[논문]NCM-CV 주철 제동디스크와 다양한 패드의 적합성 평가

길형균; 고태환; 조동현; 한성호; 서승일

[국내논문] NCM-CV 주철 제동디스크와 다양한 패드의 적합성 평가
Compatibility Evaluation between NCM-CV Cast Iron Brake Disk and Various Pads 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.10 no.3 = no.40, 2007년, pp.251 - 256

길형균 (한국철도기술연구원, 시스템엔지니어링팀) , 고태환 (한국철도기술연구원) , 조동현 ((주)유진기공) , 한성호 (한국철도기술연구원) , 서승일 (한국철도기술연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

The research analyzed dynamo test results to evaluate compatibility between brake disk made of NCM-CV cast iron and various pads. The dynamo test was executed with one kind of resin pad and three kinds of sintered pads suitable for 200 km/h trains according to a program which refers to UIC 541-3. The thermocouples were established in specific location in order to measure the temperature of disk and pads. In addition, the thermal imaging camera was used for capturing the instantaneous thermal characteristic of disk. The research results may be utilized to use as basis data of pad development for NCM-CV brake disk hereafter.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

본연구에서는 200km/h 급 철도 차량용으로 개발 된 다양한 형식의 제동패드를다이나모 (dynamo) 시험을 통하여 제동 디스크와 적합성을 평가하고 , 향후 제동패드개발의기초자료로써활용하고자한다.

제안 방법

다이나모시험용프로그램은 UIC₅₄1-3 에서 제시하고 있는 프로그램을 참조하여 시험장비의성능, 적용 차량의 제동 특성 및 환경적 요건 등을고려하여표 3 과같이작성하였다 . 3.
디스크 표면의 순간 온도는 열화상 카메라를사용하여실시간으로관측하였으며 , 3 개의 열전대를 디스크반경 방향으로 설치하여 디스크온도를측정하였다 . 이때 열 전대 설치 개소는 보조적인 측정이기때문에 UIC 기준보다는 적은 개수이다 .

대상 데이터

본시험에사용된그림 1 의다이나모시험장치는관성모멘트40~220kg․m․s² , 최대회전속도 1700rpm(211km/h) 의성능을갖는다 . 디스크속도 , 마찰토크및제동력의자료는이시험기의제어장치로부터출력받아스캐너에저장한 다 .
시험용패드는 200km/h 급열차에사용할수있는수지 (resin) 계패드와판형 (plate) 소결패드 , 스터드 (stud) 형 소결 패드 및 플렉시블 (flexible) 형소결패드를사용하였다 . 여기서플렉시블소결패드는스터드형패드와동일한마찰재를사용한것 으로스터드배치및고정방식이상이한특징을갖는다.
각 시험용 패드에 대하여 열화상 카메라를 통해얻은데이터는제동력 17.4kN 작용시초기속도 180km/h 및 200km/h 에대한 2 차시험결과를예시하였다 . 열화상 정보를 관찰한 결과 초기길들이기 (bedded-in) 를거쳐 2 차시험이완료되는동안디스크표면의온도분포는점차적으로낮아지고안정화 되었다.

성능/효과

025% 이상이 면모 양이 구상화되어 열전도 특성을악화시킬수있다 [7]. 분석 결과 마그네슘 함량은 0.016% 로허용범위를만족시키며흑연의 CV 화율은약 90% 로나타났다. 이러한결과는 NCM 주철디스크가 갖는 열 균열 (crack) 문제를어느정도해소시킬수있을것이다.
4kN 작용시초기속도 180km/h 및 200km/h 에대한 2 차시험결과를예시하였다 . 열화상 정보를 관찰한 결과 초기길들이기 (bedded-in) 를거쳐 2 차시험이완료되는동안디스크표면의온도분포는점차적으로낮아지고안정화 되었다.
시험전반에걸쳐소결패드는패드형식과는무관하게디스크표면온도가높게나타났으며부분적으로열점현상이관찰 되었다 . 따라서장기간사용시열에의한손상이발생될 수 있기 때문에 이에 대한 추가적인 검증이필요하다.
한편그림 16 의플렉시블소결패드는약 80km/h 대를 중심으로 순간 마찰계수의 변동 폭이 크게증가하였다 . 그리고 전체적으로 곡선의 형태 (shape) 가매우유사한반면그변화율은플렉시블패드가보다선형적임을확인할 수 있다.
100% 인 경우는 이상적인 마찰재로서 계산 결과 수지패드는 83.8%, 판형소결패드는 81.2%, 스터드형 소결 패드는 84.8% 로나타난반면플렉시블소결패드는 71 % 로상대적으로마찰계수안정성이낮게나타났다 .
(1) 수지패드는디스크및패드의온도특성이우수하고마찰계수의안정성측면에서매우양호하였다 . 반면초기온도가높은경우마찰계수가크게낮아지는문제를나타내었다.
(2) 판형 소결 패드는 온도 특성이 양호하고 마찰계수는안정적이지만평균마찰계수가너무낮게나타났다.
(3) 스터드형소결패드는평균마찰계수와마찰계수안정성측면에서우수한반면디스크최대온도가높고온도비또 한크게나타났다 . 그리고디스크표면의마찰작용선이고정적이기때문에장기간사용시디스크손상의주요원 인으로작용할 수 있다.
(4) 플렉시블소결패드는스터드형패드에비해온도특성이개선되었으며마모량이작은장점이있는반면에평균마 찰계수값이증가하였으며또한마찰계수안정성이크게 저하되는것으로 나타났다.
(5) 본시험동안디스크표면의손상은발생되지않았다. 하지만소결패드의경우높은온도특성을나타내기때문에 UIC₅₄1-3 전체 프로그램 또는 별도의 내구성 평가 프로그램에대한추가시험이요구된다.

후속연구

따라서장기간사용시열에의한손상이발생될 수 있기 때문에 이에 대한 추가적인 검증이필요하다.

참고문헌 (9)

백남욱 외3인(1997), 철도차량총서, pp.43-62
이종형, 최병호, 김정(1997), '동계 소결마찰재 개발에 관한 연구', 대한기계학회논문집(A), 제21권, 제1호, 대한기계학회, pp.83-92

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김석삼, 김재호, 안효준(1998), '고성능 금속마찰재의 트라이볼로 지적 특성', 한국윤활학회지, 제14권, 제1호, 한국윤활학회, pp.45-53

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김청균, 이일권(1999), '디스크 브레이크의 마찰열 접촉거동에 관한 트라이볼로지적 연구', 대한기계학회논문집(A), 제23권, 제10호, 대한기계학회, pp.1845-1852

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김재훈(2005), '철도차량용 제동디스크의 온도변화 측정 및 물성치 변화에 관한 연구(I)', 한국철도학회 논문집, 제8권, 제3호, 한국철도공학회, pp.222-227

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한국철도기술연구원(1996), 철도차량의 제동성능 향상에 관한 연구, pp.134-165
한국철도기술연구원(2005), 제동시스템 실용기술 개발 보고서
방희장(1992), '고온에서 사용되는 구상흑연주철', 한국주조공학회지, 제12권, 제2호, 한국주조공학회, pp.102-107
H. S. Qi and A. J. Day(2007), 'Investigation of disc/pad interface temperatures in friction braking', WEAR 262, pp.505-513

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