[논문]틸팅차량의 기존선 곡선부 주행안정성 평가

엄기영; 엄주환; 유영화; 최정호

틸팅차량의 기존선 곡선부 주행안정성 평가
Evaluation of Running Stability of Tilting Trains in Conventional Curved Track 원문보기

The investigation of running stability of the train for curved track is necessary in view of preventing the train from derailment caused by unbalanced forces transferred from the wheel and guaranteeing moderate level of running safety in curve sections. This paper carried out an analysis of running stability of tilting trains in conventional line which the test operation of tilting trains under development are scheduled. For this purpose, the wheel load and lateral pressure to the rail are evaluated. The criteria for the calculated wheel load and derailment coefficient are compared to the design criteria for running stability. It is founded that the running stability of tilting trains for curved track is guaranteed to have sufficient safety and the train speed in curve is governed by the geometric layout of track rather than the criteria for running stability.

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문제 정의

본 연구에서는 기존선의 속도향상을 목적으로 개발 중인 틸팅차량의 기존선 곡선부에 대한 주행안정성을 예측평가 하고자 한다. 이를 위하여 틸팅차량의 제원과 특성 등을 이용하여 주행안정성 평가에 널리 사용되고 있는 탈선계수와 윤중감소율을 산정하여 기준치와 비교하였다.
본 연구에서는 틸팅차량 투입 예정 노선인 기존 선의 궤도에 대해서 철도기술연구원에서 개발 중인 틸팅차량의 제원과 특성을 사용하여 곡선부 주행시에 대한 틸팅열차의 주행 안정성을 검토하였고, 이에 따른 곡선부 제한속도를 평가하였다. 또한 이를 선형적합성 분석결과에 의한 곡선부 제한속도와의 비교검토를 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

제안 방법

곡선주행 시 곡률 반경 및 열차속도별 탈선을 검토하기 위하여 이미 계산된 윤중 및 횡압을 사용하여 탈선계수를 구하였다. 탈선계수 산정에 있어서 횡압은 정상분과 변동분의 합을 검토횡압으로 하였고 윤중은 정상분만을 고려하였다.
따라서 본 연구에서도 기존선에 투입예정으로 개발 중인 틸팅열차의 제원과 특성을 사용하여 틸팅열차가 기존선의 곡선부를 주행할 때, 각 곡선반경과 캔트량에 따라 발생하는 윤중과 횡압을 정량적으로 평가하였다. 또한, 주행 안정성의 평가기준이 되는 정적 및 동적 윤중감소율과 탈선계수를 산정하여 기준치와의 비교 및 검토를 통하여 틸팅열차의 주행안정성을 평가하도록 한다.
124m인 것으로 산정하였다. 또한 곡선부 주행시의 윤중과 횡압은 안전측면을 고려하여 최대 틸팅각, ±8°를 기준으로 평가하였다.
또한 이를 선형적합성 분석결과에 의한 곡선부 제한속도와의 비교검토를 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
또한, 주행 안정성의 평가기준이 되는 정적 및 동적 윤중감소율과 탈선계수를 산정하여 기준치와의 비교 및 검토를 통하여 틸팅열차의 주행안정성을 평가하도록 한다. 또한 주어진 선형조건에 대한 주행안정성을 만족하는 곡선부 제한속도를 검토하고, 이를 선형적합성 검토에 의해 예측한 제한속도와 비교하도록 한다[5].
윤중과 횡압을 정량적으로 평가하였다. 또한, 주행 안정성의 평가기준이 되는 정적 및 동적 윤중감소율과 탈선계수를 산정하여 기준치와의 비교 및 검토를 통하여 틸팅열차의 주행안정성을 평가하도록 한다. 또한 주어진 선형조건에 대한 주행안정성을 만족하는 곡선부 제한속도를 검토하고, 이를 선형적합성 검토에 의해 예측한 제한속도와 비교하도록 한다[5].
기존선 곡선부에 대한 주행안정성을 예측평가 하고자 한다. 이를 위하여 틸팅차량의 제원과 특성 등을 이용하여 주행안정성 평가에 널리 사용되고 있는 탈선계수와 윤중감소율을 산정하여 기준치와 비교하였다.
탈선계수 산정에 있어서 횡압은 정상분과 변동분의 합을 검토횡압으로 하였고 윤중은 정상분만을 고려하였다.
틸팅열차가 곡선부를 주행하는 경우, 주행안정성에 관한 검토를 위하여 궤도에 작용하는 윤중 및 횡압을 정량적으로 분석하고, 탈선계수를 기준치와 비교하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 틸팅차량의 제원으로부터 차량이 정지되어 있는 상태에서 레일면으로부터 무게중심까지의 거리 가약 1.124m인 것으로 산정하였다. 또한 곡선부 주행시의 윤중과 횡압은 안전측면을 고려하여 최대 틸팅각, ±8°를 기준으로 평가하였다.

성능/효과

(1) 틸팅열차가 기존선의 곡선부를 주행하는 경우 주행 안정성 평가의 기준이 되는 윤중감소율과 탈선계수는 기준치 이하로 평가되었고 열차의 주행안정성은 확보되어있는 것으로 나타났다.
(2) 주행안정성 검토에 의한 곡선부 제한속도는 궤도의 선형적합성 검토에 의한 제한속도보다 비교적 크게 나타났기 때문에, 틸팅열차의 곡선부 제한속도는 주행 안정성보다는 선형적합성 측면에서 검토된 제한속도에 의해 좌우되는 것으로 나타났다.
그 결과, 곡선부의 정적 윤중 한계치에 대한 최고 통과속도는 캔트량과 곡선반경이 클수록 통과속도가 증가하는 것으로 나타났으며, 또한 동적 윤중 감소 한계치보다는 정적윤중 한계치에 의하여 제한속도가 결정됨을 알 수 있다. 또한 틸팅열차의 탈선계수 검토결과로부터 제1 및 저)2 탈선계수의 기준치 이내에서 만족하고 있음을 알 수 있다.
있다. 또한 틸팅열차의 탈선계수 검토결과로부터 제1 및 저)2 탈선계수의 기준치 이내에서 만족하고 있음을 알 수 있다. Table 2는 실측 조사결과를 바탕으로 궤도의 선형 적합성 분석에 의한 곡선반경별 제한속도를 나타낸다[5, 8].
또한 Table 3은 본 연구의 주행안정성 분석에 의한 제한속도를 정리한 것이다. 이 두 결과로부터 틸팅열차가 기존선을 주행하는 경우, 열차의 제한속도는 궤도의 선형조건에 의해서 지배됨을 알 수 있으며, 따라서 선형적합성 분석에 의한 제한속도로 곡선부를 주행하여도 열차의 안정성에는 문제가 없음을 알 수 있다.
17은 안전측을 고려하여 정상 윤중만을 고려한 경우에 대한 일반레일(이음매) 구간과 장대레일 구간에서의 탈선계수를 곡선반경별로 각각 나타낸 것이다. 이들 결과로부터, 곡선부에서 윤중 정상분만을 고려한 탈선을 검토하는 경우 모든 속도대역에서 기준치를 만족하고 있음을 알 수 있다.

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