기존선 속도향상을 위해 개발된 틸팅열차는 기존열차에 비하여 승차감의 저하 없이 곡선부를 더욱 빠르게 주행할 수 있기 때문에 전체 운행시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나 일반적으로 주행열차에 의해 궤도에 발생하는 힘은 주행속도의 함수로 표현되므로 주행속도가 증가하는 만큼 궤도가 부담해야할 힘의 크기도 증가하게 된다. 따라서 본 연구에서는 틸팅차량의 기존선 곡선부 주행 시 내 외측 레일의 탈선계수를 산정하여, 곡선반경 증속 여부, 선로개량 유 무에 따른 주행안정성을 평가하였으며, 기존에 운행중인 일반열차와 고속열차의 주행안정성을 비교, 분석하였다. 연구결과, 측정대상 구간에서 측정된 동적 윤중을 이용하여 산출한 동적 윤중 감소량은 차체진동을 고려한 차량 전복에 대한 동적윤중 감소한계치를 모두 만족하는 것으로 나타나 향후 틸팅차량 투입시 대상구간에서의 윤중 감소에 따른 열차탈선의 위험은 없을 것으로 판단된다.
기존선 속도향상을 위해 개발된 틸팅열차는 기존열차에 비하여 승차감의 저하 없이 곡선부를 더욱 빠르게 주행할 수 있기 때문에 전체 운행시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나 일반적으로 주행열차에 의해 궤도에 발생하는 힘은 주행속도의 함수로 표현되므로 주행속도가 증가하는 만큼 궤도가 부담해야할 힘의 크기도 증가하게 된다. 따라서 본 연구에서는 틸팅차량의 기존선 곡선부 주행 시 내 외측 레일의 탈선계수를 산정하여, 곡선반경 증속 여부, 선로개량 유 무에 따른 주행안정성을 평가하였으며, 기존에 운행중인 일반열차와 고속열차의 주행안정성을 비교, 분석하였다. 연구결과, 측정대상 구간에서 측정된 동적 윤중을 이용하여 산출한 동적 윤중 감소량은 차체진동을 고려한 차량 전복에 대한 동적윤중 감소한계치를 모두 만족하는 것으로 나타나 향후 틸팅차량 투입시 대상구간에서의 윤중 감소에 따른 열차탈선의 위험은 없을 것으로 판단된다.
A tilting train, which was developed to run the curve section without reducing the speed and compromising the riding quality, can improve the speed so as to reduce the travel time, compared to the existing trains. Then the force generated by the train operation to the track is in proportion to train...
A tilting train, which was developed to run the curve section without reducing the speed and compromising the riding quality, can improve the speed so as to reduce the travel time, compared to the existing trains. Then the force generated by the train operation to the track is in proportion to train operation speed, which means the track shall bear the increased force as much as the increase in train operation speed. Particularly, wheel load and lateral wheel load generated by train operation and distributed to the rail tend to cause the track to suffer the strain and furthermore the severe disaster such as derailment. To deal with such problem and ensure the train will run safety and stably, the tolerance in wheel load change, lateral wheel load and derailment coefficient was determined for quantitative evaluation of the train operation stability. In this study, derailment coefficient of inner and outer rail at existing curve section of tilting train was determined to evaluate the curve radius, possibility of acceleration and the need of rail improvement, which was then compared with the existing traditional train and high speed train. Conducting the quantitative evaluation of dynamic wheel load and lateral wheel load of each train, which was based on field survey, derailment coefficient and static & dynamic wheel load change, which serve the evaluation criteria of train operation stability, were determined for comparison with the standards, thereby analyzing the stability of the tilting train.
A tilting train, which was developed to run the curve section without reducing the speed and compromising the riding quality, can improve the speed so as to reduce the travel time, compared to the existing trains. Then the force generated by the train operation to the track is in proportion to train operation speed, which means the track shall bear the increased force as much as the increase in train operation speed. Particularly, wheel load and lateral wheel load generated by train operation and distributed to the rail tend to cause the track to suffer the strain and furthermore the severe disaster such as derailment. To deal with such problem and ensure the train will run safety and stably, the tolerance in wheel load change, lateral wheel load and derailment coefficient was determined for quantitative evaluation of the train operation stability. In this study, derailment coefficient of inner and outer rail at existing curve section of tilting train was determined to evaluate the curve radius, possibility of acceleration and the need of rail improvement, which was then compared with the existing traditional train and high speed train. Conducting the quantitative evaluation of dynamic wheel load and lateral wheel load of each train, which was based on field survey, derailment coefficient and static & dynamic wheel load change, which serve the evaluation criteria of train operation stability, were determined for comparison with the standards, thereby analyzing the stability of the tilting train.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 틸팅차량의 기존 선곡선 곡선부주행 시내.외측 레일의 탈선계수를 산정하여, 곡선 반경(R400, R600, R3000), 증속 여부, 선로 개량 유.
분석을 통해 향후 틸팅차량의 기존선 투입 시 궤도에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. Fig.
제안 방법
3과 같이 침목간 중심에서 각각 100mm 떨어진 위치에 레일 복부의 중립축에 45°의 각도를 가지고 8방향으로 결선된 윤중게이지를 부착하여 측정한다. 계측시 열차는 고속으로 주행하므로 실제 발생한 윤중을 왜곡하거나 데이터의 손실이 발생되지 않도록 충분한 수집율(Sampling Rate)을 설정하였다. 그리고 발생한 윤중이외의 노이즈 성분들은 주파수 분석을 통해 디지털 필터로 로패스 필터링과 하이패스 필터링 처리를 함으로써 데이터의 신뢰성을 높였다.
계측시 열차는 고속으로 주행하므로 실제 발생한 윤중을 왜곡하거나 데이터의 손실이 발생되지 않도록 충분한 수집율(Sampling Rate)을 설정하였다. 그리고 발생한 윤중이외의 노이즈 성분들은 주파수 분석을 통해 디지털 필터로 로패스 필터링과 하이패스 필터링 처리를 함으로써 데이터의 신뢰성을 높였다.
기존선에서의 틸팅차량 및 일반차량에 의한 궤도 부담력 검토를 위해 틸팅 차량의 시험선 구간인 충북선(구간 A~C)과호남선(구간 D)에서 정밀 궤도 측정을 수행하였다. Table 1은 측정구간의 궤도 현황을 나타낸 것이며, 전경은 Fig.
외측 레일의 탈선계수를 산정하여, 곡선 반경(R400, R600, R3000), 증속 여부, 선로 개량 유. 무에 따른 주행안정성을 평가하였으며, 기존에 운행 중인 일반열차(무궁화)와 고속열차 (KTX)의 주행안정성과 비교, 분석하였다.
내.외 측 레일에 변형률 게이지를 부착하여 측정하였다. 레일에 발생하는 횡압을 측정하기 위한 횡압게이지 설치 전경 및 부착도는 Fig.
10은 곡선부를 주행하는 틸팅차량에 의해 발생하는 내 . 외측레일의 윤중측정 데이터를 이용하여 차체 진동을 고려한 차량 전복에 대한 안정성 판단 기준인 동적윤중 감소량 산정 결과를 나타낸 것이다.
외측레일의 탈선계수를 산정하여 곡선 반경, 증속 여부, 선로개량 유무에 따른 주행안정성을 평가하였으며, 기존에 운행 중인 일반 열차와의 주행 안정성을 비교, 분석하였다.
측정구간을 통과하는 열차는 크게 틸팅 열차(TTX), 무궁화호, 화물열차, 고속열차(KTX)로 구분되며, 틸팅차량과 유사 속도 대역으로 주행하는 일반차량과의궤도성능 비교. 분석을 통해 향후 틸팅차량의 기존선 투입 시 궤도에 미치는 영향을 평가하고자 하였다.
현장 측정을 통해 획득한 기존 선곡선 곡선부궤도의 동적 응답을 바탕으로 틸팅 열차에 의해 발생하는 윤중과 횡압을 정량적으로 평가함으로써 주행 안정성의 평가기준이 되는 탈선계수와 정, 동적 윤중 감소율을 산정하여 기준치와의 비교 및 검토를 통하여 틸팅열차의 주행 안정성을 평가하고자 한다
대상 데이터
본 연구에서는 틸팅차량의 기존 선곡선 곡선부주행 시내.외측 레일의 탈선계수를 산정하여, 곡선 반경(R400, R600, R3000), 증속 여부, 선로 개량 유.
. 외측 레일의 윤중과 횡압측정 데이터를 이용하여 선로개량유. 무에 따른 탈선계수를 산정하였으며, 그 결과를 Table 4 에 정리하였다.
데이터처리
또한, 횡압의 경우도 동적 윤중 산정과 동일한 방법으로 횡압검정 및 선형 회귀분석을 통해 산출된다. Fig.
레일에 부착한 변형률 게이지를 통하여 직접 측정한 값은윤중에 비례하여 발생하는 변형률 데이터로써 데이터 수집 장비(Data Acquisition System)를 통하여 얻은 변형률을 실제 작용하는 윤중의 절대량으로 환산하기 위하여 윤중 검정(Calibration) 을 수행하고 이때 얻어진 정적 윤중 데이터를 이용하여 선형회귀분석(Linear Regression)을 통해 환산윤중을 도출함으로써 하중단위의 동적 윤중값을 구한다. Fig.
성능/효과
(1) R400 구간 및 R600 구간 모두 최대 외측 윤중 및 횡압이동력차에서 발생하였으며, R400의 경우 최대 탈선계수는내측 레일의 동력 객차에서 0.53으로 측정되었다. 이는 임계탈선계수 0.
(3) 선로 개량을 시행한 구간의 경우 틸팅차량과 유사한 속도 대역으로 주행한 화물열차의 외측레일 탈선계수가 틸팅 차량의 경우보다 약 2배 정도 크게 나타나 틸팅차량은 해당 속도(60km/h)에서 비교적 안정적인 것으로 분석되었으며, 임계탈선 계수 0.8에도 만족하였다.
(4) 측정 대상 구간에서 측정된 동적 윤중을 이용하여 산출한 동적 윤중감소량은 차체 진동을 고려한 차량 전복에 대한동적윤중 감소한 계치를 모두 만족하는 것으로 나타나 향후 틸팅차량 투입 시 대상 구간에서의 윤중감소에 따른 열차탈선의 위험은 없을 것으로 판단된다.
또한 구간 C(R600)는 구간 A(R400)에 비하여 탈선 계수가 상당히 작은 것으로 나타나 주행 안정성 확보에는 큰 무리가 없을 것으로 판단되나 최대 외측 윤중의 크기가 구간 A(R400) 와 유사한 수준으로 나타나 곡선부 증속에 신중해야 할 것으로 판단된다. 또한 궤도 상태 불량 구간에서의 증속을 위해서는 대상 구간에 대한 선로 개량을 통한 선로 안정화 작업이 수반되어야 할 것으로 판단된다.
선로 개량 유. 무에 따른 탈선계수의 차이는 뚜렷하지 않았으나 선로 개량을 하지 않은 구간의 내측레일 동력차에서 선로 개량 시행구간의 탈선계수보다 약 2배 정도 큰 값이 산출되었다.
선로 개량 유. 무에 따른 탈선계수의 차이는 뚜렷하지 않았으나 선로 개량을 하지 않은 구간의 내측레일 동력차에서 선로 개량 시행구간의 탈선계수보다 약 2배 정도 큰 값이 산출되었다.
후속연구
판단된다. 또한 궤도 상태 불량 구간에서의 증속을 위해서는 대상 구간에 대한 선로 개량을 통한 선로 안정화 작업이 수반되어야 할 것으로 판단된다.
보다 많은 측정 개소에서 충분한 데이터를 획득하여 기존 선의 궤도 상태를 정량적으로 파악하고 틸팅차량 주행에 따른 궤도의 거동한 계기준을 수립하기 위한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
참고문헌 (6)
한국전산구조공학회 논문집, 고속철도 교량의 동특성 해석을 위한 준3차원 차량/궤도/교량 상호작용 해석기법 개발, 제16권 제2호, pp.141-151
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