[논문]지하철 스퀼소음에 관한 연구

문경호; 유원희; 김재철

문제 정의

또한 레일 도유기를 사용하였을 때 스퀼소음이 어느정도 효과가 있는지 알아보고자 하였다. 실험을 한 결과, 스퀼소음의 주파수는 차륜의 차축 방향 모우드와 일치하는 것으로 나타났으며 이것은 스퀼소음을 줄이기 위해서 차륜의 방사소음[5][6]을 줄이는 것이 효과적임을 알 수 있었고, 레일 도유기 사용 전 .

제안 방법

곡선부 소음 측정은 곡선반경이 작고 소음이 심한 구간을 중심으로 측정하였다. 1호선의 경우 시청-종각 (R=140), 2호선은 서초-방배(R=200), 4호선은 당고개- 상계 (R=180) 를 측정구간으로 하였으며 측정에 사용된 장비는 표 3과 같다.
5m 거리에서 측정하였다. 도유기 시험의 경우, 레일 측면을 분사하는 방식(그림 5)은 서초-방배구간에서 측정하였고 레일상부 도유방식(그림 6)은 당고개-상계 구간에서 측정하였다.
레일도유기 사용에 대한 소음저감 효과는 현재 보통으로 사용하고 있는 레일도유기인 레일 측면에 분사하는 방식과 이번에 적용된 레일상부 분사방식의도유기에 대하여 비교하였다.
본 연구에서는 수치해석을 통하여 차륜의 모 우드별 주파수를 파악하고 실차시험을 통한 스퀼주파수와 비교하였다. 또한 레일 도유기를 사용하였을 때 스퀼소음이 어느정도 효과가 있는지 알아보고자 하였다.

대상 데이터

해석대상으로 하였다. 그림 1은 해석에 사용된 유한요소모델로써 8절점 Solid Element(CHEXA)를 사용하였으며, 해석 모델의 요소수는 12, 528개와 절 점수 14, 257개로 구성되어있다. 해석에서 사용된 물성치는 표 1과 같다.
진행방향 좌 . 우즉 소음을 비교하기 위해서 지상 구간에서 시험을 하였으며 곡선반경이 큰 당고개-상계구간(R=180)에서 측정하였다. 그림 9는 내측레일과 외측레일에 대한 소음수준을 나타낸 것으로 원심력에 의해서 외측레일쪽의 소음이 클 것으로 예상되었으나 측정 결과, 별다른 차이는 없는 것으로 나타났다.
차륜의 모델은 디스크가 축에 장착되어있지 않는 윤축을 해석대상으로 하였다. 그림 1은 해석에 사용된 유한요소모델로써 8절점 Solid Element(CHEXA)를 사용하였으며, 해석 모델의 요소수는 12, 528개와 절 점수 14, 257개로 구성되어있다.
1호선의 경우 시청-종각 (R=140), 2호선은 서초-방배(R=200), 4호선은 당고개- 상계 (R=180) 를 측정구간으로 하였으며 측정에 사용된 장비는 표 3과 같다. 측정위치는 그림 4와 같이 곡선의 중앙 부근에서 측정하였고 마이크로폰 측정 높이는 레일바닥에서 0.7m, 지상구간은 레일에서 1.3m, 지하구간은 레일에서 1.5m 거리에서 측정하였다. 도유기 시험의 경우, 레일 측면을 분사하는 방식(그림 5)은 서초-방배구간에서 측정하였고 레일상부 도유방식(그림 6)은 당고개-상계 구간에서 측정하였다.

성능/효과

(1) 스퀼소음의 주파수는 차륜의 차축방향 고유진동수와 일치함을 알 수 있었고 이로 인하여 곡선 부소 음은 스틱-슬립에 의해서 나타난 횡방향 가 진력이 차륜을 공진시켜서 나타나는 현상임을 알 수 있었다.
(2) 속도가 커질수록 소음수준도 커지고 있으며 지상 구간의 경우에 열차 통과시 뚜렷하게 나타나는 전동음은 스퀼소음에 묻히어 잘 나타나지 않음을 알 수 있었다.
(3) 레일도유기를 사용한 결과, 레일 측면 분사 방식의 경우 저감효과가 미미하였으나 레일상부 도유방식은 스퀼소음 저감효과가 있는 것으로 판단된다. 따라서 스퀼소음은 플랜지 마모보다 차륜이 레일 상부를 횡 방향으로 가로지르면서 발생하는 소음이 우세하다는 것을 알 수 있었다.
따라서 스퀼소음은 레일과 차륜 플랜지의 접촉에 의한 소음보다 차륜이 레일 상부를 가로지르는 스틱-슬립 현상으로 인한 소음이 우세하다는 것을 알 수 있었다.
따라서 스퀼소음은 플랜지 마모보다 차륜이 레일 상부를 횡 방향으로 가로지르면서 발생하는 소음이 우세하다는 것을 알 수 있었다.
레일측면 도유기보다 레일상부 도유기를 적용하였을 때 소음저감효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서 스퀼소음은 레일과 차륜 플랜지의 접촉에 의한 소음보다 차륜이 레일 상부를 가로지르는 스틱-슬립 현상으로 인한 소음이 우세하다는 것을 알 수 있었다.
모드해석결과로부터 방사방향은 약2000㎐ 이상의 영역에서 모드가 발생하고 차축방향의 모드에 대한주파수는 방사방향보다 낮은 주파수 영역에서 나타나고 있음을 알 수 있었다. 차륜의 차축방향에 대한 모드해석 결과 중 일부분을 그림 2~3에 나타냈다.
또한 레일 도유기를 사용하였을 때 스퀼소음이 어느정도 효과가 있는지 알아보고자 하였다. 실험을 한 결과, 스퀼소음의 주파수는 차륜의 차축 방향 모우드와 일치하는 것으로 나타났으며 이것은 스퀼소음을 줄이기 위해서 차륜의 방사소음[5][6]을 줄이는 것이 효과적임을 알 수 있었고, 레일 도유기 사용 전 . 후를 비교한 결과에서는 레일상부 도유방식이스퀼소음 저감에 효과가 있는 것으로 나타났다.
것이다[7]. 측정결과, 설치전의 평균 마찰 계수는 레일 상부 0.49, 레일측면 0.21 이며 설치 후 레일 상부의 마찰계수는 0.37로서 도유기 적용시에 가속 및 제동에 악영향을 미치지 않을 것으로 보인다[8].
실험을 한 결과, 스퀼소음의 주파수는 차륜의 차축 방향 모우드와 일치하는 것으로 나타났으며 이것은 스퀼소음을 줄이기 위해서 차륜의 방사소음[5][6]을 줄이는 것이 효과적임을 알 수 있었고, 레일 도유기 사용 전 . 후를 비교한 결과에서는 레일상부 도유방식이스퀼소음 저감에 효과가 있는 것으로 나타났다.

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