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도시철도 레일연마주기 산정을 위한 시험적 연구
Experimental Study for Establishing Rail Grinding Period in the Urban Railway 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.13 no.4 = no.59, 2010년, pp.447 - 454  

성덕룡 (대원대학 철도건설과) ,  고동춘 (서현기술단(주)) ,  박용걸 (서울산업대학교 철도전문대학원) ,  공선용 (서울메트로 철도토목팀)

초록

레일 피로 열화손상유형들은 크게 레일표면에서 발생하는 결함들과 레일내부에서 진전되어 발생하는 결함들로 구분되어질 수 있다. 본 연구에서는 국내에서 연간 누적통과톤수가 가장 많은 도시철도의 운행조건을 고려하여 현장측정을 통해 레일표면 요철성장률을 분석하였으며, 연마 후 누적통과톤수에 따른 시험편을 현장에서 발췌하여 현미경을 이용한 조직검사, 화학성분검사, 마이크로 비커스 경도시험을 수행하였다. 시험결과 신품레일의 경우 유효탈탄층 제거를 위해 약 0.3mm의 초기연마를 시행해야하며, 예방연마의 경우 전구간을 일괄적으로 연마할 경우와 특정 구간별로 구분하여 연마할 경우에 대하여 2가지 방안을 제시하여 레일표면에서 발생하는 RCF결함을 예방하거나 제거할 수 있도록 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The defects of rail head induced by fatigue and deterioration are mainly classified by two types ; one occurred on the surface of rail head the another occurred on the inner rail head. This study performed the surface irregularity measurement of rail head according to the passing tonnage in the urba...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • (3) 따라서 본 연구에서는 도시철도의 합리적인 레일연마시행을 위해 적정 레일연마주기 및 연마량을 Table 12~13과 같이 전 구간을 일괄적으로 연마할 경우와 선로구간별로 연마할 경우로 구분하여 제시함으로써 합리적인 레일연마작업이 이루어질 수 있도록 하였다. 향후 본 연구에서 다루지 못한 도상상태와 레일표면 요철성장률의 상관관계에 대한 정량적 분석, 레일표면 요철량과 소음의 정량적 상관관계 및 궤도구성품의 사용수명 연장을 위한 레일표면 요철의 임계치 분석 등이 필요할 것으로 판단된다.
  • 따라서 본 연구에서는 도시철도 운영구간에 대하여 약 2년간(통과톤수 : 약 1억톤)의 현장측정을 통해 레일표면 요철량을 측정하였고, 실제 현장에서 사용레일을 발췌하여 실내시험(화학성분검사, 조직검사, 마이크로 비커스 경도시험)을 수행하여 분석함으로써 국내 도시철도 레일열화 분석을 통한 과학적인 레일연마주기 및 연마량을 제안하고자 하였다.
  • 레일 조직검사는 유효탈탄층 깊이 및 가공경화층의 깊이를 평가하여 최적의 레일연마주기 및 연마량을 산정하는데 목적이 있다. 시험방법은 전자주사현미경(SEM-EDX, JEOL- 일본)을 이용하여 시험배율 100배로 촬영하였으며, 조직검사 위치 및 시험편 가공은 Fig.
  • 본 논문에서는 기존 레일자체의 화학성분 검사위치와 달리 레일표면으로부터 깊이에 따른 화학성분검사를 실시하였다. 시험장비는 발광분광분석기(Emission- Spectrometer, 독일)를 이용하였으며[13], Fig.
  • 본 논문에서는 레일표면결함예방, 소음 및 진동 저감, 레일사용수명 연장, 레일유지보수비용 저감 등을 위해 시행하고 있는 레일연마작업에 대하여 레일표면 요철량 및 레일내부의 물리적화학적 변화를 검토하여 과학적이고 합리적인 레일연마주기 및 연마량(안)을 제시하고자 하였다. 총 6개 구간에 대해 장기적으로(약 2년간) 레일표면요철측정을 수행하였으며, 실제 현장에서 사용하던 레일을 발췌하여 현미경 조직검사, 화학성분검사, 마이크로 비커스 경도시험을 수행하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
  • 본 연구에서는 레일에서 발생하는 결함들 중에 레일용접부에서 주로 발생하는 레일표면요철에 대하여 누적통과톤수에 따른 성장률을 분석하고자 하였다. 이를 위해 Table 3과 같은 현장측정 개소를 선정하여 약 2년간(통과톤수 약 1억톤) 정기적으로 레일표면요철측정기(RAILPROF)를 이용하여 현장측정을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 초기연마기준 수립을 위한 탈탄층 깊이 및 예방연마기준 수립을 위한 가공경화층 깊이를 분석하기 위해 국내 도시철도에서 사용되고 있는 신품 및 사용레일 시험편을 제작하여 레일표면깊이별 화학성분검사, 조직검사 및 마이크로 비커스 경도시험을 수행하였다.

가설 설정

  • 2와 같이 레일용접부 열영향부(100~150mm)에 대하여 누적통과톤수에 따른 요철성장률을 확인하는 것으로 하였다[4]. 즉, 본 연구에서는 누적통과톤수에 의해 발생한 최대표면요철량을 삭정하는 것을 적정 레일연마량으로 가정하여 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
레일표면결함의 발생 원인은 무엇인가? 레일표면결함은 신품레일의 경우 탈탄층으로부터 발생하고, 사용레일의 경우 가공경화층으로 인해 발생하게 된다. 탈탄층은 레일 제조 시 탄소가 용광로 속의 산소와 결합함으로써 경도가 낮고 산화되기 쉬운 금속조직이며, 가공경화층은 반복하중에 의한 피로층으로 탈탄층과는 달리 경도가 높아져 내마모성이 약화되고 취성 성질을 가지게 된다[8].
레일에서 발생하는 피로·열화손상의 유형은 어떻게 구분되는가? 탈탄층은 레일 제조 시 탄소가 용광로 속의 산소와 결합함으로써 경도가 낮고 산화되기 쉬운 금속조직이며, 가공경화층은 반복하중에 의한 피로층으로 탈탄층과는 달리 경도가 높아져 내마모성이 약화되고 취성 성질을 가지게 된다[8]. 레일에서 발생하는 피로·열화손상의 유형을 크게 레일표면에서 발생하는 결함(표면미세균열, 압좌 등의 요철)과 레일 내부에서 진전되어 발생하는 결함(표면박리, 흑점균열 등)으로 구분하고 있다[9].
레일연마 개념이 도입된 이유는 무엇인가? 레일연마에 대한 개념은 20세기 초반에 도입되었다. 이는 레일두부 표면결함을 제거함으로써 많은 비용이 필요한 레일교환을 피하기 위함이었다. 이후 레일연마는 50여년 동안 레일두부 표면을 제거하기 위한 제한적인 방법으로 적용되어 왔으며, 1980년대 이후 서부 호주 광산에서부터 기 발생된 레일두부 표면결함의 제거뿐만 아니라 레일과 차륜의 접촉에 의한 결함 발생을 제어 및 예방하기 위한 개념으로 적용되었다[1,2].
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참고문헌 (15)

  1. A.M. Zarembski (2005) The art and science of rail grinding, Simmons-Boardman Book, Inc. 

  2. S. Kumar (2006) A study of the rail degradation process to predict rail breaks, Lulea University of Technology. 

  3. M. Ishida (1999) Experimental study on the effect of preventive grinding on RCF defects of Shinkansen rails, IHHA'99 STS-Conference. 

  4. Tadashi DESHIMARU (2006) Estimation of Service Life of Aged Continuous Welded Rail, QR of RTRI, Vol. 47, No. 4, Nov. 

  5. Bernhard Lichtberger (2005) Track compendium, Eurail press 

  6. Coenraad Esveld (2001) Modern railway track - second edition, MRT-Production. 

  7. Korea Railroad Research Institute (2006) A Study on Establishment of the Rail Grinding Criteria(레일연마기준 수립에 관한 연구보고서), Korail 

  8. M.C. Kim, T.K. Kang (2008) Rail Grinding Criteria of Kyeong-Bu High-Speed Line for Effective Rail Maintenance, Journal of the Korean Society for Railway, Vol. 11 No.3, pp. 272-279. 

  9. Graduate School of Railway (2009) Development of Track System for High-Speed Train(고속화를 위한 선로구축물 핵심기술개발 연구보고서) Korea Institute of Construction & Transportation Tech. Evaluation and Planning. 

  10. Y.G. Park, S.K. Suh, J.Y. Choi (2003) Logicality Estimate for Domestic the Periodic Replacement Criteria of CWR based on Accumulated Passing Tonnage, Journal of the Korean Society for Railway, Vol. 11, No. 3, pp. 143. 

  11. Graduate School of Railway (2009) A Study on the Maintenance and Estimate of Fatigue Life for Used Rail(노후레일 피로손 상 평가 및 유지보수방안 연구보고서), Seoul Metro. 

  12. KS D 0216 : Methods of measuring decarburized depth for steel(강의 탈탄층 깊이 측정 방법). 

  13. KS D 1652 : Iron and steel-Method for spark discharge atomic emission spectrometric analysis(철 및 강의 스파크 방전 원자 방출 분광 분석 방법). 

  14. KS R 9106 : RAILS(보통레일에서 정한 화학성분검사 방법) 

  15. MLTM Railroad Policy Division(국토해양부 철도산업과) (2005) Maintenance Standard for High-Speed Railroad, No. 37(Rail grinding)(고속철도 선로정비지침 제37조(레일연마)). 

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