본 논문은 우수한 전기전도도 및 내 아크성을 가진 동계주습판에 관한 것이다. 내마모성이 향상된 동계 주습판을 개발하여 실내실험과 현장실험을 수행하였다. 주습판 재료의 성분 조성을 변경하여 재질과 제조공정을 개선하였으며, 실내실험과 현장실험을 통하여 기존 주습판과 내마모성을 비교하였다. 실내 실험은 다이나모 실험을 통하여 이루어졌으며, 실험결과 개선품의 내마모성은 기존 제품에 비해 2배 정도 향상되었으며, 균질한 마모패턴을 보여주었다. 또한 공용중인 도시철도 구간에서 현장 시험을 수행하였으며, 현장실험결과도 실내 실험과 같이 개발된 개선품의 내구성이 기존품에 비해 2배 정도 향상되었으며, 이상마모가 발생하지 않는다는 것을 확인하였다. 내구성이 향상된 본 개발품의 현장 적용 시, 경제적이고 효과적인 도시철도 노선의 유지보수가 가능할 것으로 판단된다
본 논문은 우수한 전기전도도 및 내 아크성을 가진 동계주습판에 관한 것이다. 내마모성이 향상된 동계 주습판을 개발하여 실내실험과 현장실험을 수행하였다. 주습판 재료의 성분 조성을 변경하여 재질과 제조공정을 개선하였으며, 실내실험과 현장실험을 통하여 기존 주습판과 내마모성을 비교하였다. 실내 실험은 다이나모 실험을 통하여 이루어졌으며, 실험결과 개선품의 내마모성은 기존 제품에 비해 2배 정도 향상되었으며, 균질한 마모패턴을 보여주었다. 또한 공용중인 도시철도 구간에서 현장 시험을 수행하였으며, 현장실험결과도 실내 실험과 같이 개발된 개선품의 내구성이 기존품에 비해 2배 정도 향상되었으며, 이상마모가 발생하지 않는다는 것을 확인하였다. 내구성이 향상된 본 개발품의 현장 적용 시, 경제적이고 효과적인 도시철도 노선의 유지보수가 가능할 것으로 판단된다
This paper is about the copper slider with high electric conductivity and resistance arc. A new copper slider which has enhanced resistance against frictional wear was developed. By alteration of its material components and manufacturing process, its material property has been enhanced. To verify it...
This paper is about the copper slider with high electric conductivity and resistance arc. A new copper slider which has enhanced resistance against frictional wear was developed. By alteration of its material components and manufacturing process, its material property has been enhanced. To verify its enhanced wear-resisting capacity, a laboratory test and a field test were carried out. As the laboratory test, a dynamo test was performed and its test result showed that the developed new copper slider had superior wear-resisting capacity to the currently used copper slider. The new one showed double durability of the current one and normal wearing characteristics. A filed test was performed on the Metro subway lines at service by Seoul Metro. The field test showed similar results to those from the laboratory test, which the d eveloped new copper slider has double superior durability and sound wearing patterns. Authors strongly believe that the replacement of the copper slider currently in use by the developed new one will contribute to the economic and efficient operation of the subway line system
This paper is about the copper slider with high electric conductivity and resistance arc. A new copper slider which has enhanced resistance against frictional wear was developed. By alteration of its material components and manufacturing process, its material property has been enhanced. To verify its enhanced wear-resisting capacity, a laboratory test and a field test were carried out. As the laboratory test, a dynamo test was performed and its test result showed that the developed new copper slider had superior wear-resisting capacity to the currently used copper slider. The new one showed double durability of the current one and normal wearing characteristics. A filed test was performed on the Metro subway lines at service by Seoul Metro. The field test showed similar results to those from the laboratory test, which the d eveloped new copper slider has double superior durability and sound wearing patterns. Authors strongly believe that the replacement of the copper slider currently in use by the developed new one will contribute to the economic and efficient operation of the subway line system
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
이러한 특성은 전동차 유지관리 및 보수 비용의 상승을 초래한다. 본 연구에서는 동계 소결합금의 재질특성에 따른 재질구성과 제조공정 변경으로, 내마모성이 향상된 동계 주습판을 제시한다. 다이나모시험과 실차시험을 통하여, 사용 중인 주습판(이하 규격품)과 새로운 방식으로 구성한 주습판(이하 개선품)의 성능을 측정하였다.
다이나모시험과 실차시험을 통하여, 사용 중인 주습판(이하 규격품)과 새로운 방식으로 구성한 주습판(이하 개선품)의 성능을 측정하였다. 측정된 결과를 이용하여, 주습판의 마모현상을 비교분석하고, 전동차용 최적 주습판을 제안함으로써 전동차의 집전성능을 향상시켜, 안전운행 및 승차감 향상, 유지보수 비용 절감을 이루고자 한다.
제안 방법
(1) 주습판 재질 구성비율 조정과 공정을 새롭게 구성하여 전동차에서 최적의 마모현상을 갖는 동계 주습판 재질을 제안하였다.
Fig. 15와 같이, 집전판에는 4개의 주습판과 2개의 고체윤활제를 조합하여 장착하였으며, 시험차량의 영업운전 후 차량기지에 입고될 때의 주습판 중앙을 중심으로 좌, 우 35mm 사이에서 각 주습판의 최대 마모 발생 위치에서 측정하였다. 버어니어 캘리퍼스를 사용하여 마모량을 측정하였으며, 최초 주습판의 중앙부 15mm 두께부터 시작하여 최소측정단위는 0.
본 연구에서는 동계 소결합금의 재질특성에 따른 재질구성과 제조공정 변경으로, 내마모성이 향상된 동계 주습판을 제시한다. 다이나모시험과 실차시험을 통하여, 사용 중인 주습판(이하 규격품)과 새로운 방식으로 구성한 주습판(이하 개선품)의 성능을 측정하였다. 측정된 결과를 이용하여, 주습판의 마모현상을 비교분석하고, 전동차용 최적 주습판을 제안함으로써 전동차의 집전성능을 향상시켜, 안전운행 및 승차감 향상, 유지보수 비용 절감을 이루고자 한다.
7과 같은 다이나모 시험을 수행하였다. 시험조건은 주행속도 80km/h 정속운전 조건, 전류치 500A의 정 전류를 인가 조건, 1,000km 연속주행 조건으로 건기조건과 우기조건으로 구분하여 시험을 실시하였다. 우기조건을 충족시키기 위하여, 분(分)당 약 10cc의 물을 살포하면서 시험을 진행하였다.
시험조건은 주행속도 80km/h 정속운전 조건, 전류치 500A의 정 전류를 인가 조건, 1,000km 연속주행 조건으로 건기조건과 우기조건으로 구분하여 시험을 실시하였다. 우기조건을 충족시키기 위하여, 분(分)당 약 10cc의 물을 살포하면서 시험을 진행하였다. 평가기준은 가선과 집전판의 마모량(중량, 두께)으로 측정하며 시험 전후 전차선의 두께, 주습판과 고체윤활제의 두께 및 중량을 각각 측정하여 결과를 비교하였다.
주습판은 높은 전기전도도, 내아크성, 내후성, 윤활성이 요구되며 우수한 내마모성이 요구된다. 이를 위한 주습판의 재료로는 동계, 철계, 카본계 주습판이 사용되고 있으며, 본 연구에서는 동계 주습판 소재의 배합비 변경을 통하여, 전기전도도 및 내아크성을 향상시키고, 기존 제품과 그 성능을 비교하였다. 동계 주습판은 여러 가지 우수한 성질이 많으나 내마모성이 다른 재질에 비해 떨어진다는 단점을 지니고 있다.
전동차에 대한 현장시험은 ADV458 편성에 대하여 수행하였으며, 동일편성 내 규격품 재질 주습판과 개선품 재질주습판을 구성하여 운행 후 마모정도를 측정하였다. 시험기간은 2007년 4월에서 2007년 9월까지 진행하였으며 운행구간 조건은 예년과 달리 장마기간이 긴 결과로 두 재질의 마모정도가 확연하게 비교를 이루면서 나타난 것을 확인하였고, 같은 기간 전차선의 마모정도는 정상적으로 마모가 진행되고 특이한 사안이 발생하지 않았다.
판토그라프의 주습판에 대한 마모원인과 재질특성을 분석하여 내마모성이 우수한 동계 주습판 재료를 개선하기 위하여 내마모성 금속원소의 첨가와 그에 따른 분말입경의 조정, 적절한 소결온도, 흑연형상의 조정, 금속간화합물의 적당한 크기와 고른 분포 등을 최적으로 개선하고자 하였으며, 동계 주습판 재료의 마모 특성을 통하여 확인된 개선재료를 소결합금 방법으로 제작된 동계 주습판의 개선품과 규격(기존)품을 다이나모 실험 및 전동차 실차실험에서 마모현상을 분석하여 실험을 수행하였다. 본 연구에서 도출된 결과는 다음과 같이 정리할 수 있다.
우기조건을 충족시키기 위하여, 분(分)당 약 10cc의 물을 살포하면서 시험을 진행하였다. 평가기준은 가선과 집전판의 마모량(중량, 두께)으로 측정하며 시험 전후 전차선의 두께, 주습판과 고체윤활제의 두께 및 중량을 각각 측정하여 결과를 비교하였다.
대상 데이터
개발된 개선품을 현재 운영 중인 서울지하철 4호선 구간에 적용하여 현장 실험을 수행하였다. 서울지하철 4호선은 총 연장 71.
전차선은 서울지하철 4호선에서 설치운용 중인 것과 동일하게 구성하고, 주습판과 고체윤활제는 서울지하철 4호선에서 운용 중인 기존 주습판과 개선 주습판을 시험기에 맞추어 재가공하여 Fig. 7과 같은 다이나모 시험을 수행하였다. 시험조건은 주행속도 80km/h 정속운전 조건, 전류치 500A의 정 전류를 인가 조건, 1,000km 연속주행 조건으로 건기조건과 우기조건으로 구분하여 시험을 실시하였다.
데이터처리
15와 같이, 집전판에는 4개의 주습판과 2개의 고체윤활제를 조합하여 장착하였으며, 시험차량의 영업운전 후 차량기지에 입고될 때의 주습판 중앙을 중심으로 좌, 우 35mm 사이에서 각 주습판의 최대 마모 발생 위치에서 측정하였다. 버어니어 캘리퍼스를 사용하여 마모량을 측정하였으며, 최초 주습판의 중앙부 15mm 두께부터 시작하여 최소측정단위는 0.01mm로 마모한도 3mm까지 약 1주일 단위로 측정하여 결과를 비교분석하였다.
성능/효과
(2) 다이나모 실험 및 전동차 실차실험에서 개선 동계 주습판은 규격(기존)품보다 약 2배 우수한 내구성을 갖는다.
(4) 공용 노선에 대한 현장시험 결과, 개선 동계 주습판은 건기와 우기 시에 관계없이 일정한 마모패턴을 형성하였고 과마모 및 편마모 현상이 발생하지 않았다. 또한 주습판의 개선품은 규격(기존)품 보다 사용수명 연장이 가능함을 알 수 있었으며, 다이나모 실험결과 전차선의 영향도 상대적으로 우수함을 확인하였다.
전동차의 주행에 의해 발생되는 낮은 기압, 모세관, 집전 중 온도상승에 의한 오일의 점도 감소로 표면에 과도한 오일 배출이 일어날 수 있으나, 오일포켓을 만들고 기공경을 키운 결과 오일 저장력(貯藏力) 개선으로 보호막 보존성(film retainability)이 증가하였다. 그 결과, 우기 시에도 습판체 표면에 보호막(film)을 형성유지하게 되어 습판체의 마모는 감소되었다. 보호막(film)을 습판체 표면에서 체취하여 적외선 분광 분석한 결과, 함침유와 동일한 피크를 나타내므로 보호막(film)은 윤활유막(潤滑油膜)성분으로 구성되어 있음을 알 수 있으며, 이를 Fig.
다이나모 시험결과, 규격품 재질의 주습판보다 개선품 재질의 주습판의 마모량이 상대적으로 적은 것을 확인할 수 있었고, 전차선의 마모도 미소하지만 개선품 재질의 주습판이 상대적으로 적게 마모되는 것을 확인할 수 있었다.
표면 상태는 전차선에 직접적으로 영향을 주는 인자이고 마모 속도를 결정하는 중요한 요소로 작용하는 것을 확인하였다. 또한 교환주기를 비교분석한 결과 기존 주습판이 개선 주습판에 비하여 약 2배 정도 조기에 교환함을 알 수 있으며, 이는 개선품이 기존품에 비해 약2배의 내구성을 갖는다는 것을 의미한다.
본 측정 자료를 살펴보면, 주습판의 경우 기존 규격품은 우기시 마모량이 크게 증가하나, 개선품의 경우에는 우기 시에도 양호한 마모 상태를 보여줌을 알 수 있다. 또한 우기/건기에 상관없이 개선품의 내마모성은 기존 규격품에 상당히 우수함을 알 수 있다. 전차선의 마모 측정결과 마모량이 미소하지만 규격품에서 상대적으로 많이 진행된 것을 알 수 있다.
(4) 공용 노선에 대한 현장시험 결과, 개선 동계 주습판은 건기와 우기 시에 관계없이 일정한 마모패턴을 형성하였고 과마모 및 편마모 현상이 발생하지 않았다. 또한 주습판의 개선품은 규격(기존)품 보다 사용수명 연장이 가능함을 알 수 있었으며, 다이나모 실험결과 전차선의 영향도 상대적으로 우수함을 확인하였다.
13은 기존의 규격품과 개선품의 건기조건과 우기조건에 따른 마모량을 보여주며, 여기서 전차선 마모량의 단위는 두께(mm)이고 주습판 마모량의 단위는 무게(g)이다. 본 측정 자료를 살펴보면, 주습판의 경우 기존 규격품은 우기시 마모량이 크게 증가하나, 개선품의 경우에는 우기 시에도 양호한 마모 상태를 보여줌을 알 수 있다. 또한 우기/건기에 상관없이 개선품의 내마모성은 기존 규격품에 상당히 우수함을 알 수 있다.
전동차에 대한 현장시험은 ADV458 편성에 대하여 수행하였으며, 동일편성 내 규격품 재질 주습판과 개선품 재질주습판을 구성하여 운행 후 마모정도를 측정하였다. 시험기간은 2007년 4월에서 2007년 9월까지 진행하였으며 운행구간 조건은 예년과 달리 장마기간이 긴 결과로 두 재질의 마모정도가 확연하게 비교를 이루면서 나타난 것을 확인하였고, 같은 기간 전차선의 마모정도는 정상적으로 마모가 진행되고 특이한 사안이 발생하지 않았다.
주석(Sn)은 구리의 내마모성 및 강도와 같은 기계적 성질을 향상시키는 역할을 한다. 주석의 함량이 8w% 이하이면 주습판의 기계적 강도향상 효과가 거의 없고, 12w% 이상이면 내마모성금속이 함유되더라도 저융점 금속인 주석의 과다분포로 내아크성 및 내열성이 현저히 감소되고 도전성도 저하된다. 흑연(C)은 주습판에 내아크성 및 윤활을 부여하는 작용을 하며, 0.
17에서 상대적으로 개선 주습판의 표면상태가 전체적으로 양호한 것을 알 수 있다. 표면 상태는 전차선에 직접적으로 영향을 주는 인자이고 마모 속도를 결정하는 중요한 요소로 작용하는 것을 확인하였다. 또한 교환주기를 비교분석한 결과 기존 주습판이 개선 주습판에 비하여 약 2배 정도 조기에 교환함을 알 수 있으며, 이는 개선품이 기존품에 비해 약2배의 내구성을 갖는다는 것을 의미한다.
기존 규격품의 경우, 장마기간인 우기를 거치면서 이상마모가 발생하고, 이후 이상마모가 확대되고 집전판에서 편마모가 발생하였다. 하지만, 개선품의 경우에는 이상마모는 발생하지 않고 정상마모만이 발생하여 주습판의 내마모 성능이 크게 개선되었음을 시각적으로 확인할 수 있었다.[5]
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
판토그라프 주습판에 요구되는 것은?
현재 전동차에 사용되는 판토그라프 주습판의 마모 정도는 기상조건의 영향을 크게 받으며, 특히 우기 시에는 과마모현상과 편마모현상이 발생하여 전동차 관리 및 운용에 많은 제약을 주고 있다. 주습판은 높은 전기전도도, 내아크성, 내후성, 윤활성이 요구되며 우수한 내마모성이 요구된다. 이를 위한 주습판의 재료로는 동계, 철계, 카본계 주습판이 사용되고 있으며, 본 연구에서는 동계 주습판 소재의 배합비 변경을 통하여, 전기전도도 및 내아크성을 향상시키고, 기존 제품과 그 성능을 비교하였다.
판토그라프는 어떤 장치인가?
판토그라프(pantograph)는 전기기관차 또는 전동차에 설치되어 가선과 접촉하는 집전장치로서, 전동차 지붕위에 설치되며 상단부에 집전판이 설치된다. 판토그라프의 형태와 습 동부 재질에 따라 전차선이나 판토그라프 마모량은 큰 편차를 보인다.
판토그라프 주습판의 마모 정도는 무엇의 영향을 크게 받는가?
현재 전동차에 사용되는 판토그라프 주습판의 마모 정도는 기상조건의 영향을 크게 받으며, 특히 우기 시에는 과마모현상과 편마모현상이 발생하여 전동차 관리 및 운용에 많은 제약을 주고 있다. 주습판은 높은 전기전도도, 내아크성, 내후성, 윤활성이 요구되며 우수한 내마모성이 요구된다.
참고문헌 (10)
J.D. Chung, S.Y. Han, W.K. Kim, S.G. Lee, Y.K. Hong, R.H. Jung (2002) An evaluation on a wearing test for EMU's panto shoes, 2002 Spring Conf. of Korean Society for Railway, pp. 417-422.
H.W. Oh (2002) A Study on Measurement and Analysis for Pantograph Slider Wearing of Electric Multiple Unit, Thesis for Master's Degree, Seoul National University of Technology, Seoul, Korea.
Y.G. Kim (2007) A Study on the Wearing Phenomenon Analysis of Pantograph Slider for the Subway Cars, Thesis for Master's Degree, Seoul National University of Technology, Seoul, Korea.
Seunglim Carbon Metal (2004) Research Report for Copper Slide, Seunglim Carbon Metal, Ansan, Korea.
Y.G. Kim, Y.J. Yang (2007) A study on the Weaning Phenomenon of Pantograph Slider for the SEOUL METRO Line 4 Rail Vehicles, 2007 Autumn Conference of Korean Society for Railway, pp. 50-55.
Y.G. Kim, S.C. Park, S.T. Won, K.J. Choi (2007) A Metallurgical Study on the Abrasion of Slider, 2007 Autumn Conference of Korean Society for Railway, pp. 56-61.
Y.G. Kim, Y.J. Yang, S.T. Won, K.J. Choi (2007) A Study on the Wearing Phenomenon Analysis of Phantograph Slider for the Subway Cars, 2007 Spring Conference of Korean Society for Railway, pp. 47-52.
S.H. Kim (1997) Introduction To The Railway System, Ja Jak Academy, Seoul, Korea.
Seoul Metropolitan Subway Corporation (1994) Rail-Vehicle Maintenance Manual for Line 4, Seoul Metropolitan Subway Corporation, Seoul, Korea.
Y.G. Kim, J.Y. Mok, H.S. Lee (2005) An Experimental Study on the Correlation between Span Types and the Contact Force of the Pantograph for High-speed Train, Journal of the Korean Society for Railway, 8(5), pp. 398-404
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.