[논문]궤도구조에 따른 고속철도차량의 진동특성 분석

허현무; 박준혁; 유원희

doi:10.7736/kspe.2012.29.6.593

궤도구조에 따른 고속철도차량의 진동특성 분석
Analysis on the Vibration Characteristics of High Speed Train according to Track Structure 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.29 no.6, 2012년, pp.593 - 599

허현무 (한국철도기술연구원 고속철도연구본부) , 박준혁 (한국철도기술연구원 고속철도연구본부) , 유원희 (한국철도기술연구원 고속철도연구본부)

Abstract ▼ AI-Helper

To analyze the effect of the track structure on the running performance of the railway vehicle, we studied on the vibration and ride characteristics of the high speed train. As results, vibration and ride level of high speed train on the concrete bed track is more reduced than on the ballast bed track. Peak-peak value of carbody vibration on the concrete bed track at 300km/h is half of the peak-peak value of carbody vibration on the ballast bed track. Ride level on the concrete bed track at 300km/h is same level as that on the ballast bed track at 250km/h. Thus, Vibration and ride performance of the high speed train on the concrete bed track is greatly improved compared with that on the ballast bed track.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

궤도 유형에 따른 진동특성 비교 연구가 궤도 구성요소인 레일, 침목, 도상에 대하여 수행된 바 있으나 차량 주행성능관점에서 수행된 연구는 없었다.⁷ 따라서 본 논문에서는 궤도구조가 차량의 주행성능에 미치는 영향을 분석하고자 궤도구조에 따른 고속철도차량의 진동 특성 및 승차감에 대하여 분석하고자 한다.
궤도구조가 차량의 주행성능에 미치는 영향을 분석하고자 궤도구조에 따른 고속철도차량의 진동 및 승차감 특성에 대한 실험적 연구를 수행하였다.

제안 방법

계측한 시험데이터에 대한 분석은 진동시험 및 승차감시험에 대한 국내 시험규격을 준용하였다. 진동시험 분석방법은 국내 철도차량 진동시험규격으로 통용되고 있는 도시철도차량성능시험기준 별 표 52 의 “소음, 진동 및 승차감시험” 규격을 준용하였다.
궤도구조에 따른 고속철도차량의 진동 및 승차감 특성을 분석하고자 실 차량을 대상으로 한 실차시험을 수행하였다.
그리고 차체진동은 객실 내 차체 바닥에 가속도센서(±2G)를 취부하여 차체의 좌우, 상하방향 진동을 계측하였다.
대차진동은 대차프레임 중앙 측면 상단에 가속도센서(±10G)를 취부하여 좌우 및 상하방향 진동을 계측하였다.
계측량은 차량의 동적거동 특성을 파악할 수 있는 차량 속도, 대차 및 차체진동가속도로 하였다. 속도는 시험차량의 차륜 주위에 속도센서를 설치하여 주행속도를 계측하였다. 대차진동은 대차프레임 중앙 측면 상단에 가속도센서(±10G)를 취부하여 좌우 및 상하방향 진동을 계측하였다.
그리고 차체진동은 객실 내 차체 바닥에 가속도센서(±2G)를 취부하여 차체의 좌우, 상하방향 진동을 계측하였다. 주행 중 취득한 속도 및 진동가속도 데이터는 시험 후 분석을 위하여 데이터취득장치(data acquisition system)에 저장하였다.

대상 데이터

시험차량은 10 량 편성인 KTX 산천을 대상으로 하였다. 계측량은 차량의 동적거동 특성을 파악할 수 있는 차량 속도, 대차 및 차체진동가속도로 하였다. 속도는 시험차량의 차륜 주위에 속도센서를 설치하여 주행속도를 계측하였다.
시험구간은 경부고속철도 고속선 구간인 광명~부산 구간으로 하였다. 이중 자갈도상궤도 구간은 section-1 과 section-2 에 해당하는 광명(22.
시험차량은 10 량 편성인 KTX 산천을 대상으로 하였다. 계측량은 차량의 동적거동 특성을 파악할 수 있는 차량 속도, 대차 및 차체진동가속도로 하였다.

이론/모형

승차감시험 분석방법은 한국산업규격인 KS R9216 “철도차량 – 승차감 측정 및 평가방법”을 준용하였다.
진동시험 분석방법은 국내 철도차량 진동시험규격으로 통용되고 있는 도시철도차량성능시험기준 별 표 52 의 “소음, 진동 및 승차감시험” 규격을 준용하였다.

성능/효과

대차 및 차체 진동 분석결과, 자갈도상궤도구간에 비하여 콘크리트궤도 구간에서의 진동이 크게 저감되었다. 속도 300km/h 에서 차체 좌우진동의 전진폭 최대값은 자갈도상궤도에서 0.
따라서 자갈도상궤도 구간에 비하여 콘크리트궤도 구간에서의 차량 진동 특성 및 승차감이 크게 개선되었다고 평가된다. 이러한 결과는 진동 승차감측면에서 콘크리트궤도가 자갈도상궤도에 비하여 우수하다는 특성에서 기인한 결과로 추론된다.

후속연구

이러한 결과는 진동 승차감측면에서 콘크리트궤도가 자갈도상궤도에 비하여 우수하다는 특성에서 기인한 결과로 추론된다. 그러나 콘크리트궤도 구간 개통 이후 운용 기간이 아직 오래되지 않은 만큼 향후 장기간에 걸친 진동 승차감에 대한 모니터링 연구가 필요할 것으로 판단되며 본 연구결과가 향후 300km/h 이상급 고속화 연구에 기초로 활용될 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	철도의 쾌적성 향상을 위해 중요시해야 하는 것은 무엇인가?	또한 철도의 속도 향상은 승객의 안전과 쾌적성 확보가 선행되어야 한다. 쾌적성은 여객 수송의 품질을 결정하는 요소로 서비스, 객실 환경, 승차감 등 승객이 편안하게 느낄 수 있는 여러 복합적인 요소로 구성되지만 주행 중 발생하는 진동에 대하여 인체가 느끼는 진동 승차감을 향상시키는 것이 우선 시 되고 있다. 승차감은 차량의 주행성능을 평가하는 최종적인 인자로서 차량 특성, 차량이 주행하는 궤도의 특성, 운용환경 등에 의하여 좌우된다.
	자갈도상의 역할은 무엇인가?	1 과 같이 자갈로 구성된 궤도구조로 철도 개통 초기부터 사용되어 왔다. 자갈도상은 레일, 침목을 거쳐 전달되는 하중을 널리 분산하여 노반에 전달하고 차량주행에 의한 진동 에너지를 흡수하는 역할을 한다.
	철도차량이 주행하는 궤도 제작 시 만족해야 하는 조건은 무엇인가?	견고한 노반 위에 도상을 두께로 부설하고 그 위에 침목을 일정한 간격으로 부설한 후 침목 위에 레일을 궤간에 해당하는 간격으로 시공한다. 궤도 설계 조건은 열차 충격하중을 견딜 수 있는 재료로 구성될 것, 열차하중을 노반에 균등하게 전달할 것, 차량 동요 및 진동을 억제하고 승차감이 양호할 것, 경제적이고 유지보수 비용이 적을 것 등의 조건이 고려된다. 경부고속철도 고속선 구간은 자갈도상구조와 콘크리트구조로 구성되어 있다.

참고문헌 (10)

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원문보기 상세보기
Hwang, H. S., Kim, S. W., Park, C. K., Mok, J. Y., Kim, K., W., and Kim. Y. G., "Discussion for Ride Evaluation of High Speed Train by using Inferential Statistics," J. of Korean Society for Railway, Vol. 11, No. 6, pp. 543-549, 2008.
Kim, Y. G., Park, C. K., and Kim, K. H., "Evaluation of Ride Comfort for Railway Vehicle according to EN Standard," Proc. of the Korean Society for Precision Engineering Spring Conference, pp. 1557-1558, 2011.
Lee, C. W., Ham, Y. S., and Kim, J. C., "Vibration Characteristics of High-speed Railway Lines on the Type of Track," Proc. of Korean Society for Railway Spring Conference, pp. 332-336, 2011.
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