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EN 규격에 기반한 도시철도차량 차축의 경량화
Weight Reduction of an Urban Railway Axle Based on EN Standard 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.36 no.5, 2012년, pp.579 - 590  

한순우 (한국철도기술연구원 신교통연구본부) ,  손승완 (한국철도기술연구원 신교통연구본부) ,  정현승 (한국철도기술연구원 신교통연구본부)

초록
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도시 철도차량의 윤축은 차량 안전에 있어서 매우 중요하지만, 차량 전체의 중량에서 큰 비중을 차지하는 요소로서 철도차량의 경량화에 있어 필수적인 고려 대상이다. 본 연구에서는 현재 중실축인 한국형 표준전동차의 부수 차축과 동력 차축을 중공축화하여 경량화하고자 하였으며, 객관적인 강도 평가를 위해 EU의 차축 설계 및 강도 평가 기준을 적용하였다. 현재 중실 차축의 강도를 평가하고, 이와 동일한 하중 조건에서 중공화된 차축의 응력 수준을 계산하여 현실적으로 적용 가능한 중공축의 내경크기를 결정하고 경량화율을 추정하였다. 또한, 중실차축 및 중공차축에 대해 유한 요소 해석을 수행하여 계산 결과의 타당성을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Weight reduction of a railway axle, which is one of heaviest parts in an urban railway vehicle, is discussed in this paper. A wheelset of a railway vehicle is very important with regard to railway safety, and its structural strength should always be considered when attempting to reduce the railway a...

주제어

#경량화   #철도차량 차축   #EN 규격   #응력해석  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
차축 설계가 철도 안전 부분에 있어 매우 중요한 이유는? 철도 차량의 차축은 차량 하중 외에 수직력, 수평력, 견인 전동기의 토크 및 제동 디스크와 차륜에 가해지는 제동력을 지지해야 하며, 각 하중에 의한 비틀림, 굽힘 및 전단 응력이 반복적으로 가해지므로 차축의 설계 시에는 이러한 하중 조건 및 사용될 재질의 피로 한도 등을 고려하게 된다. 차축은 고장 안전(fail-safe) 설계가 사실상 불가능하므로 만일 주행 중인 차량의 차축이 파손되면 열차 탈선 등의 대형 사고가 발생한다. 따라서 차축 설계는 철도 안전에 있어서 매우 중요한 요소라 할 수 있다.
차축 설계시에 하중 조건 및 피로 한도를 고려하게 되는 이유는? 철도 차량의 차축(axle)은 차륜(wheel)과 함께 차량의 하중을 지지하며 전동기의 동력을 차륜에 전달하여 차량을 구동하거나 제동 디스크 등을 통해 차량을 멈추는 철도 차량의 핵심적인 요소이다. 철도 차량의 차축은 차량 하중 외에 수직력, 수평력, 견인 전동기의 토크 및 제동 디스크와 차륜에 가해지는 제동력을 지지해야 하며, 각 하중에 의한 비틀림, 굽힘 및 전단 응력이 반복적으로 가해지므로 차축의 설계 시에는 이러한 하중 조건 및 사용될 재질의 피로 한도 등을 고려하게 된다. 차축은 고장 안전(fail-safe) 설계가 사실상 불가능하므로 만일 주행 중인 차량의 차축이 파손되면 열차 탈선 등의 대형 사고가 발생한다.
철도의 차축이 갖는 역할은? 철도 차량의 차축(axle)은 차륜(wheel)과 함께 차량의 하중을 지지하며 전동기의 동력을 차륜에 전달하여 차량을 구동하거나 제동 디스크 등을 통해 차량을 멈추는 철도 차량의 핵심적인 요소이다. 철도 차량의 차축은 차량 하중 외에 수직력, 수평력, 견인 전동기의 토크 및 제동 디스크와 차륜에 가해지는 제동력을 지지해야 하며, 각 하중에 의한 비틀림, 굽힘 및 전단 응력이 반복적으로 가해지므로 차축의 설계 시에는 이러한 하중 조건 및 사용될 재질의 피로 한도 등을 고려하게 된다.
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참고문헌 (11)

  1. Hirakawa, K. and Kubota, M., 2001, "On the Fatigue Design Method for High-Speed Railway Axles," Proc. Instn. Mech. Engrs., Vol. 215, pp. 73-82. 

  2. Korea Railroad Research Institute, 2010, "A Study on the Weight Reduction of a Railway Vehicle System for Green Train," Research report of KRRI. 

  3. Iwnicki, S., 2006, Handbook of Railway Vehicle Dynamics, Tayler & Francis, Boca Raton, pp. 39-83. 

  4. Japanese Standards Association, 2011, Japanese Industrial Standard E4501:1995 Axles for Railway Rolling Stock. 

  5. Technical Committe CEN/TC 256, 2009, BS EN 13103:2009 - Railway Applications - Wheelsets and Bogies - Non-Powered Axles - Design Method, British Standards Institution. 

  6. Technical Committe CEN/TC 256, 2009, BS EN 13104:2009 - Railway Applications -Wheelsets and Bogies - Powered Axles - Design Method, British Standards Institution. 

  7. Ham, Y. S. and You, W. H., 2011, "Measurement and Evaluation Methods of Derailment Coefficient for Railway Vehicle," Proceedings of KSME Dynamics and Control, pp. 96-97. 

  8. Altair Engineering, 2008, "RADIOSS Linear," HyperWorks 9.0 Training book. 

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  10. Alfi, S., Mazzola, L., Bruder, T. and Luke, M., 2007, "Numerical Simulation of Improving the Design of Running Gear PART 2 : Improvement of Wheelset Durability and Safety," Proceeding of BOGIE07 Conference. 

  11. Battenbo, H. and Baines, B.,1974, "Numerical Stress Concentrations for Stepped Shafts in Tortion with Circular and Shaped Fillets," The Journal of Strain Analysis for Engineering Design, Vol. 9, No. 2, pp. 90-101. 

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