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차륜 불평형이 있는 철도차량의 동적해석
Dynamic Analysis of Railway Vehicle with Wheel Unbalance 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.37 no.11, 2013년, pp.1387 - 1395  

이승일 (한국교통대학교 철도차량시스템공학과) ,  최연선 (성균관대학교 기계공학부)

초록
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차륜 불평형은 차륜의 무게중심이 윤축의 기하학적 중심축에서 벗어나 있을 때 발생한다. 차륜 불평형을 수정하지 않고 주행하면 불평형에 의한 원심력이 차체의 진동을 발생시키게 되며 차륜의 마모를 촉진시키거나 차축 베어링에 손상을 주게 된다. 본 연구에서는 철도차량 동적해석을 통하여 차륜 불평형이 차량 임계속도와 차체 진동에 미치는 영향을 검토하였다. 차륜 불평형은 임계속도를 감소시키고 차체 공진을 유발할 수 있음을 알 수 있었다. 또한 차륜의 정적, 동적 불평형에 따른 차체진동을 해석함으로써 불평형 수정은 양면 밸런싱이 필요함을 밝혔다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

When the center of mass of a railway wheel is not aligned with the geometrical center of the wheel axis, wheel unbalance occurs. If a railway vehicle runs without removing the wheel unbalance, vibrations will be produced. This will also cause wear and damage of the axle bearing. In this study, dynam...

주제어

#철도차량 차륜   #차륜 불평형   #임계속도   #동적해석  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 해석모델을 이용한 철도차량의 동적해석을 통하여 차륜 불평형 및 차륜 답면구배에 따른 임계속도의 변화와 차륜 불평형이 차체 공진에 미치는 영향을 검토하였다. 또한 윤축의 정적, 동적 불평형 효과와 이에 따른 차륜의 불평형 수정방안을 제안하였다.

가설 설정

  • 철도차량 주행속도는 0 km/h 부터 10 km/h 단위로 증가시켰다. 수치해석 시 차륜 불평형은 회전축 중심으로부터 반경방향으로 re위치에 불평형 질량, me가 0, 50, 150, 250, 500, 1000 g 있다고 가정하였다. 철도차량 주행속도 Table 1에는 본 연구에서 사용된 용접일체형 고속화차용 Y25 대차의 제원(10)을 나타내었다.
  • 11에 각각 나타내었다. 차륜 불평형은 윤축의 약 1/1000정도인 430 g·m으로 가정하였다. 주파수 분석은 차체의 저차 고유모드만을 고려하기 위해 0~50 Hz 성분만 고려하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
차륜 불평형은 언제 발생하는가? 차륜 불평형은 차륜의 무게중심이 윤축의 기하학적 중심축에서 벗어나 있을 때 발생한다. 차륜 불평형을 수정하지 않고 주행하면 불평형에 의한 원심력이 차체의 진동을 발생시키게 되며 차륜의 마모를 촉진시키거나 차축 베어링에 손상을 주게 된다.
편심은 무엇인가? 회전체에서 무게중심이 기하학적 중심축과의 편차, 즉 편심(eccentricity)이 있게 되면 편심질량과 편심거리의 곱에 해당하는 불평형(unbalance)이 발생하게 된다. 불평형은 회전체의 회전속도에 비례 하는 원심력을 유발하여 회전체의 진동을 일으킨다.
회전기계의 제작 및 조립 시 평형잡기가 필요한 이유는? 회전체에서 무게중심이 기하학적 중심축과의 편차, 즉 편심(eccentricity)이 있게 되면 편심질량과 편심거리의 곱에 해당하는 불평형(unbalance)이 발생하게 된다. 불평형은 회전체의 회전속도에 비례 하는 원심력을 유발하여 회전체의 진동을 일으킨다. 따라서 회전기계의 제작 및 조립 시에는 항상 평형잡기(balancing)를 하여야 한다.
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참고문헌 (13)

  1. Ishida, M., Ban, T., Iida, K., Ishida, H. and Aoki, F., 2008, "Effect of Moderating Friction of Wheel/rail Interface on Vehicle/track Dynamic Behaviour," Wear, Vol. 265, No. 9-10, pp. 1497-1503. 

    상세보기 crossref

  2. Research Group on the Wheel Axis of High-Speed Train, 2008, "Railway Wheel Axis," Maruzen Pub. Co., pp. 210-213. 

  3. UIC code 510-2 OR 1133 IEC, 2006, "Limiting Measurements for Manufacture and Reprofiling." 

  4. TB/T2562-1995, "Testing Methods for the Static Balance of Wheel and Dynamic Balance of Wheelset"(in Chinese). 

  5. Du, L. J. and Zhang, L. N., 2008, "The New Dynamic Balance Technology of Wheelsets for High Speed Cars," Science & Technology Information, Vol. 30, pp. 419-421(in Chinese). 

  6. Wang, Y., Kang, H., Song, X. and Liang, Y., 2011, "Influence of Dynamic Unbalance of Wheelsets on the Dynamic Performance of High-Speed Cars," Journal of Modern Transportation (in Chinese), Vol. 19, No. 3, pp. 147-153. 

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  7. Choi, Y. H. and Joe, C. R., 1996, "An Analysis of the Vibration due to the Wheel Imbalance in a Single Wheelset Suspension System," Proceedings of the 6th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, Vol. 1, pp. 123-131. 

  8. Petersen, Ch. k., 1986, "Chaos in a Railway Bogie," Acta Mechanica 61, pp. 89-107. 

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  9. Jung, W. J., 1998, "An Analysis of Critical Speed of a Train using the Bifurcation Theory," KSME Fall Proceedings Transactions A, pp. 694-699. 

  10. Jang, S. H. and Lee, S. I., 2006, "Numerical Simulation of Dynamic Behaviour of a Gauge-changeable Freight Wagon," Journal of the Korean Society for Railway, Vol. 9, No. 4, pp. 461-466. 

  11. VI-Rail, 2005, r2. 11.0 documentation. 

  12. Bosso, N., Gugliotta, A. and Soma, A. 2000, "Simulation of a Freight Bogie with Friction Dampers," Proc. of the t\5th ADAMS/Rail User's Conference, Netherlands. 

  13. Rao, S. S., 1992, "Mechanical Vibrations," Addison Wesley, pp. 418-425. 

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