[논문]경부고속열차의 기존선 주행시 차륜마멸특성에 관한 연구

강부병; 이희성

doi:10.9725/kstle.2003.19.4.187

경부고속열차의 기존선 주행시 차륜마멸특성에 관한 연구
A Study on the Wheel Wear of High Speed Train Running on the Conventional Line 원문보기

This paper describes the characteristics of wheel wear of high speed train running on the conventional line. Conventional line has many curved tracks that cause severe wheel flange wear. The influences of lubrication, cant deficiency, curve radius on wheel wear are also described considering the operation performance of the highspeed trainset. A method of calculation using contact patch work model is presented for determination of the evolution by wear of railway wheels.

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문제 정의

마멸에 영향을 미치게 된다. 따라서 대구-부산 기존선 구간에서 가장 곡선비율이 높은 R600m 선로 주행시 캔트부족량에 따른 마멸수의 변화를 검토하였다.
본 연구에서는 Kalker의 마멸계수와 AEA사의 마멸계산방법을 적용하여 마멸량을 추정해보고자 하였다.
물론 실제 윤활시의 마찰계수 및 최적의 마찰계수의 선정 등은 앞으로 더 연구해야 할 부분이다. 본 연구에서는 윤활시 마찰계수를 0.1로 정하여 윤활 전·후의 마멸량의 차이를 비교해 보고자 하였다. Fig.
차륜의 마멸량 예측 및 마멸특성 분석 기술은 차량의 설계 및 효율적인 유지보수를 위해서 매우 중요하므로, 본 연구에서는 고속열차의 기존선 주행시 철도 차량동력학 해석프로그램인 Munpire를 이용한 차륜마멸패턴 예측기법과 곡선반경 및 캔트부족량의 변화, 플랜지 윤활 유무에 따른 차륜마멸특성을 고찰하였다.
해석에 사용된 궤도는 동대구-부산간 기존선 구간 중 유천-청도 구간을 이용하였고 고속선로는 독일의 고속선 선로데이타를 이용하여 해석하여 그 차이를 보고자 하였다. 기존선 유천-청도구간은 길이 12 km로 기존선 새마을호 운전속도로 해석하였고 고속선구간은 ICE선로로 길이 4 km 구간을 주행속도 270 km/h로 해석하였다.

제안 방법

4. 기존의 동력학 해석 프로그램을 이용한 마멸패턴예측기법을 수립하였다.
하였다. 기존선 유천-청도구간은 길이 12 km로 기존선 새마을호 운전속도로 해석하였고 고속선구간은 ICE선로로 길이 4 km 구간을 주행속도 270 km/h로 해석하였다.
16과 같이 3가지 경우에 대하여 해석하였다. 기존선에서 일반적으로 허용 캔트부족량을 100 mm으로 하는데 본 연구에서는 50 mm 정도의 캔트부족량 변동이 있을 때의 마멸지수 변화를 검토하였다.
1과 같이 6량으로 구성된 차량모델을 구성하여 해석에 이용하였다. 하중조건은 만차상태인 W₂를 기준으로 하였고 현가장치 구성요소 특성치는 Alstom 공급자 자료를 이용하여 정량화하였다.

대상 데이터

경부고속열차는 동력차 2량, 동력객차 2량, 객차 16 량으로 총 20량 1편성으로 되어 있다. 동력차와 동력객차 전위부 대차는 일반적인 2축대차 형식이며, 객차와 연결되는 동력객차 후위부에서 부터는 관절대차(Articulated Bogie)로 되어 있다.
사용하였다. 비선형크리이프모델을 이용히여 접촉 데이타들을 계산하였고 축중은 170kN, 차륜외경은 920 mm, 선로게이지는 1435 mm를 적용하였다.
차륜 답면부 형상 모델에는 경부고속열차에 적용된 NFF 0112를 사용하였고 레일 형상에는 경부선 기존선 구간에는 KS 50레일을, 고속선구간에는 UIC 60 레일을 사용하였다. 비선형크리이프모델을 이용히여 접촉 데이타들을 계산하였고 축중은 170kN, 차륜외경은 920 mm, 선로게이지는 1435 mm를 적용하였다.
동력차와 동력객차 전위부 대차는 일반적인 2축대차 형식이며, 객차와 연결되는 동력객차 후위부에서 부터는 관절대차(Articulated Bogie)로 되어 있다. 편성차량 전부를 해석하기에는 해석장비의 용량이 부족하고 복잡성을 배제하기 위하여 Fig. 1과 같이 6량으로 구성된 차량모델을 구성하여 해석에 이용하였다. 하중조건은 만차상태인 W₂를 기준으로 하였고 현가장치 구성요소 특성치는 Alstom 공급자 자료를 이용하여 정량화하였다.

이론/모형

접촉 재질특성과 주변 환경조건 등에 따라서도 마멸패턴이 상이함으로 다양한 마멸모델이 존재한다. 차륜/레일 마멸해석에 적용가능한 마멸모델은 피로마멸[1-3], 변형마멸[4,5], 접촉에너지 마멸모델 등이 있는데 본 연구에는 접촉에너지 마멸모델을 이용하였다.

성능/효과

1. 기존선 주행시 급곡선부에서의 플랜지 마멸이 차륜 마멸에 따른 삭정주기를 결정한다는 것을 확인할 수 있었다.
2. 곡선부에서의 캔트부족량도 플랜지 마멸에 영향을 주는데 캔트부족량 50 mm 증가가 7.0% 플랜지 마멸량의 증가를 가져와 곡선부가 많은 기존선에서는 주행안정성을 해치지 않는 범위에서 캔트부족량의 적정관리가 플랜지 마멸량을 감소시킬 수 있을 것으로 판단된다.
3. 플랜지윤활을 통하여 플랜지 마멸량을 30% 감소시킬 수 있다는 해석결과를 얻었고 이에 따라 차륜/레일 인터페이스에서의 최적윤활은 매우 중요하다.
1로 정하여 윤활 전·후의 마멸량의 차이를 비교해 보고자 하였다. Fig. 15의 해석결과를 보면 플랜지윤활을 통하여 답면마멸의 경우는 차이가 없으며 플랜지의 경우는 30% 정도의 마멸량을 감소시킬 수 있다는 결과를 얻었다.
14는 곡선반경에 따른 마멸지수의 변화를 보여준다. 결과에서 알 수 있듯이 플랜지마모가 곡선반경에 따라 크게 영향을 받는 것을 확인할 수 있다.
17을 보면 5번 차륜의 경우 캔트부족량이 클수록 플랜지마멸량은 증가하고 외측차륜답면의 마멸은 큰 변화가 없으며 내측차륜답면의 경우는 마멸량이 줄어드는 경향을 보이고 있다. 캔트부족량 100mm일 때의 값을 기준으로 했을 때 플랜지마멸량이 캔트부족량 150 mm일 경우는 7.0% 증가하고, 50 mm일 경우는 3.6% 감소하였다.

후속연구

1이하 인 것으로 알려져 있다. 물론 실제 윤활시의 마찰계수 및 최적의 마찰계수의 선정 등은 앞으로 더 연구해야 할 부분이다. 본 연구에서는 윤활시 마찰계수를 0.
그림에서와 같이 AEA사의 방법이 Kalker의 마멸계수 적용방법보다 마멸량을 크게 예측하는 것을 알 수 있다. 앞으로 고속열차 운행과 함께 실측된 마멸량을 통하여 적정한 마멸계수를 적용한다면 좀더 정확한 마멸량을 해석적으로 예측하는 것이 가능하리라 판단된다.

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DOI : 10.9725/kstle.2003.19.4.187 [무료]
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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