전동차 차륜에 대한 마모 특성과 차륜의 마모가 차량 진동특성에 미치는 영향을 분석하고자 도심 곡선구간에서 운용되는 전동차를 대상으로 실험적 연구를 수행하였다. 차륜답면의 마모는 차륜 원형삭정 후 주행 초기(30,000km 이하)에 차륜 치수 및 등가답면구배 변화가 심한 직립마모 특성을 보이고 있다. 시험차의 누적주행거리가 증가함에 따라 차륜의 마모가 진전되고 그에 따른 차체의 진동 수준은 증가하는 경향을 보이고 있음을 확인하였다. 차체 진동 평균은 좌우, 상하방향 모두 "양호" 수준으로 평가되고 있으나 누적주행거리 증가에 따라 증가하여 "양호" 구간의 한계치에 이르고 있다. 특히, 차체 진동 최대 값은 더욱 뚜렷한 증가 특성을 보이고 있으며, 이는 불균일한 진동발생 가능성이 커진다고 예측할 수 있다.
전동차 차륜에 대한 마모 특성과 차륜의 마모가 차량 진동특성에 미치는 영향을 분석하고자 도심 곡선구간에서 운용되는 전동차를 대상으로 실험적 연구를 수행하였다. 차륜답면의 마모는 차륜 원형삭정 후 주행 초기(30,000km 이하)에 차륜 치수 및 등가답면구배 변화가 심한 직립마모 특성을 보이고 있다. 시험차의 누적주행거리가 증가함에 따라 차륜의 마모가 진전되고 그에 따른 차체의 진동 수준은 증가하는 경향을 보이고 있음을 확인하였다. 차체 진동 평균은 좌우, 상하방향 모두 "양호" 수준으로 평가되고 있으나 누적주행거리 증가에 따라 증가하여 "양호" 구간의 한계치에 이르고 있다. 특히, 차체 진동 최대 값은 더욱 뚜렷한 증가 특성을 보이고 있으며, 이는 불균일한 진동발생 가능성이 커진다고 예측할 수 있다.
We have conducted an experimental study to analyze characteristics of the wheel profile wear and an influence of the wheel flange wear on the vehicle's vibration characteristics. In experiment with EMU, wheel profile wear is severe at the beginning of the commercial operation. In this stage, the var...
We have conducted an experimental study to analyze characteristics of the wheel profile wear and an influence of the wheel flange wear on the vehicle's vibration characteristics. In experiment with EMU, wheel profile wear is severe at the beginning of the commercial operation. In this stage, the variations of the wheel dimension parameters and equivalent conicity is changed rapidly. Along with a mileage of the test vehicle, the wear of the wheel flange is increased and also the vibration level of the car-body is increased. The peak-peak mean value of the body vibration is estimated as good level, but the level is approached at the limit of the good level as mileage increases. Especially, the peak-peak maximum value of the body vibration shows the distinct increase of vibration level.
We have conducted an experimental study to analyze characteristics of the wheel profile wear and an influence of the wheel flange wear on the vehicle's vibration characteristics. In experiment with EMU, wheel profile wear is severe at the beginning of the commercial operation. In this stage, the variations of the wheel dimension parameters and equivalent conicity is changed rapidly. Along with a mileage of the test vehicle, the wear of the wheel flange is increased and also the vibration level of the car-body is increased. The peak-peak mean value of the body vibration is estimated as good level, but the level is approached at the limit of the good level as mileage increases. Especially, the peak-peak maximum value of the body vibration shows the distinct increase of vibration level.
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문제 정의
시험대상차를 선정하여 차륜의 답면형상과 차체에 대한 진동특성 계측시험 이주기 적으로 수행되었다. 누적주행거리 에 따른 차륜답면형상 계측 데이터와 차량 진동특성 실험데이터에 대한 결과분석이 이루어졌으며 이에 대한 주요 결과를 본 논문에 소개하고자 한다.
따라서 본 논문에서는 전동차 차륜에 대한 마모 특성 분석과 차륜의 마모가 차량 동특성에 미치는 영향을 분석하고자 곡선구간 빈도가 높은 도심구간에서 운용되는 차량을 대상으로 실험적 연구를 수행하였다. 시험대상차를 선정하여 차륜의 답면형상과 차체에 대한 진동특성 계측시험 이주기 적으로 수행되었다.
본 논문에서는 전동차 차륜에 대한 마모 특성 분석과 차륜의 마모가 차량 진동특성에 미치는 영향을 분석하고자도심 곡선구간에서 운용되는 전동차를 대상으로 실험적 연구를 수행하였다. 이에 대한 주요 결과는 다음과 같다.
제안 방법
변화를 분석하였다. 답면형상 변화는 Fig. 6과 같이 초기 형상에 비교하여 플랜지두께 FT(mm), 플랜지높이 FH(mm), 플랜지경사각(deg)과 같은 차륜 치수 인자에 대하여 분석하였다.
시험차의 누적주행거리 증가에 따라 차륜의 마모로 인한답면형상 변화를 분석하였다. 답면형상 변화는 Fig.
시험차는 차량 상태를 중수선 수준으로 검수 완료한 차량 1편성을 대상으로 하였다. 운용 노선은 60kg 레일이 적용된 급곡선 빈도가 높은 도심 구간으로 운용토록 하였으며 운행조건은 정상 영업운행 조건으로 하였다. 시험기간은 시험차량으로 지정된 영업운행 시점으로부터 4차 시험일까지 12개월 이상이었으며 시험 개시 후 총 누적주행거리는 약 113, 911km 이다.
차량의 사행동 안정성과 관련된 레일과의 기하학적 접촉해석 인자인 등가답면구배(equivalent conicity)를 산출하였다. 등가답면구배는 윤축횡 변위와 구름반경 차간의 기울기의 반으로 정의된다.
차륜의 마모에 따른 차량 동특성 영향 분석을 위하여 차체 진동특성 분석을 수행하였다. 차량 진동시험 데이터 분석 방법은 ''도시철도성능시험기 준 진동시험규격''을 준용하였다.
대상 데이터
등가답면구배는 차량의 사행동과 반비례하는 관계를 갖고 있으며 통상적으로 원추형답면일 경우 차륜답면의 마모가 진전되면 등가답면구배는 커지는 것이 일반적인 경향이다. 등가답면구배 산출 과정에서 차륜 답면 데이터는 실측한 각각의 차륜답면형상 측정데이터를 적용하였으며 차륜내면간거 리는 1356mni를 적용하였다. 레일은 60kg 레일 원형형상을 대상으로 하였으며 궤간은 1435mm, 레일 경좌는 1/40로 하였다[3-6].
등가답면구배 산출 과정에서 차륜 답면 데이터는 실측한 각각의 차륜답면형상 측정데이터를 적용하였으며 차륜내면간거 리는 1356mni를 적용하였다. 레일은 60kg 레일 원형형상을 대상으로 하였으며 궤간은 1435mm, 레일 경좌는 1/40로 하였다[3-6].
시험데이터를 100m 간격으로 나누어 그 때의 주행속도와 발생된 진동가속도의 peak to peak 최대값을 그 구간의 대표값으로 하고 전 구간에 대하여 속도별 산술평균을 취하는 분석방법으로 속도 대역에 따른 진동 수준을 파악하는 데 적합한 분석 기법이라 할 수 있다[7]. 비교분석 대상으로 한 시험데이터는 차량 진동시험 시 시험구간이 동일한 1차(testl), 2차(test2), 4차(test3) 시험데이터를 대상으로 하였다. 차량 각 부의 진동 수준 변화는 다음과 같다.
시험규격에 의거하여 진동가속도센서 계측개소는대차중심 상부 차체 바닥으로 하였으며 시험차 운용선로상에서 영업운행에 준하는 주행속도로 시험하였다. Fig.
운용 노선은 60kg 레일이 적용된 급곡선 빈도가 높은 도심 구간으로 운용토록 하였으며 운행조건은 정상 영업운행 조건으로 하였다. 시험기간은 시험차량으로 지정된 영업운행 시점으로부터 4차 시험일까지 12개월 이상이었으며 시험 개시 후 총 누적주행거리는 약 113, 911km 이다. 차륜의 마모 및 차량 동특성 계측은 3개월 단위로 시험 대상차에 대하여 수행하였으며 계측 항목 및 시험차의 누적주행거리는 Table 1과 같다.
시험을 수행하였다. 시험차는 차량 상태를 중수선 수준으로 검수 완료한 차량 1편성을 대상으로 하였다. 운용 노선은 60kg 레일이 적용된 급곡선 빈도가 높은 도심 구간으로 운용토록 하였으며 운행조건은 정상 영업운행 조건으로 하였다.
시험차의 차륜은 신조 차륜으로 교체하였으며 차륜답면형상은 Fig. 1과 같이 국내 전동차에 적용하고 있는 1/20구배 차륜답면형상으로 원형 삭정하였다. 차륜답면형상 계측은 Fig.
주행거리 누적에 따른 차륜의 마모와 그에 따른 차량 동특성 영향 분석을 목적으로 도시형 전동차를 대상으로 현 차 시험을 수행하였다. 시험차는 차량 상태를 중수선 수준으로 검수 완료한 차량 1편성을 대상으로 하였다.
시험기간은 시험차량으로 지정된 영업운행 시점으로부터 4차 시험일까지 12개월 이상이었으며 시험 개시 후 총 누적주행거리는 약 113, 911km 이다. 차륜의 마모 및 차량 동특성 계측은 3개월 단위로 시험 대상차에 대하여 수행하였으며 계측 항목 및 시험차의 누적주행거리는 Table 1과 같다.
이론/모형
진동특성 분석을 수행하였다. 차량 진동시험 데이터 분석 방법은 ''도시철도성능시험기 준 진동시험규격''을 준용하였다. 시험데이터를 100m 간격으로 나누어 그 때의 주행속도와 발생된 진동가속도의 peak to peak 최대값을 그 구간의 대표값으로 하고 전 구간에 대하여 속도별 산술평균을 취하는 분석방법으로 속도 대역에 따른 진동 수준을 파악하는 데 적합한 분석 기법이라 할 수 있다[7].
차량 진동 계측은 “도시철도성능시험기준 진동시험규격”에 의거하여 진동가속도 센서와 계측시스템을 구성하였다[4]. 시험규격에 의거하여 진동가속도센서 계측개소는대차중심 상부 차체 바닥으로 하였으며 시험차 운용선로상에서 영업운행에 준하는 주행속도로 시험하였다.
성능/효과
. 시험차의 누적주행거리가 증가함에 따라 차륜의 마모가 진전되고 그에 따른 차체 진동 수준은 증가하는 경향을 보이고 있음을 확인하였다. 차체진동 평균은 좌우, 상하 방향 모두 “양호” 수준으로 평가되고 있으나 누적주행거리 증가에 따라 증가하여 “양호” 구간의 한계치에 이르고 있다.
상기 진동분석결과로부터 시험차의 누적주행거리가 증가함에 따라 차륜의 마모가 진전되고 그에 따른 차체의 진동 수준은 좌우, 상하방향 모두 증가하는 경향을 보이고 있음을 확인하였다.
후속연구
따라서 차륜 유지보수의 개념이 차량의 균일한 주행성능확보와 차륜 결함 예방을 위한 적절한 차륜유지보수 주기도출관점에서 보면, 누적주행거리에 따른 차륜 마모와 차체 진동과의 관계규명을 위한 본 논문에서 수행한 실험적연구는 의미 있다고 할 수 있으며 이에 대한 실험은 향후에도 지속적으로 수행될 예정이다.
이러한 누적 주행거리와 차체 진동과의 관계는 철도 현장에서 승객 서비스 향상을 위한 균일한 주행성능 확보관점에서 매우 관심이 큰 주제라 할 수 있다. 즉 차량의 균일한 주행성능 확보와 차륜 결함 예방을 위한 계획 경제삭정관점에서 볼 때 일정 수준의 차체 진동 성능을 확보하기 위해서는 적절한 차륜삭정 주기 도출이 필요하고 이는 본 연구와 같이 차륜 마모와 차체 진동과의 관계 규명이 수반되어야 한다.
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