궤도틀림은 철도차량의 주행안전성과 승차감에 영향을 미칠 뿐만 아니라 유지보수와 밀접한 관계가 있다. 본 논문에서는 경부고속철도 개통 이후 경부고속선 구간에서 검측된 궤도틀림에 대하여 통계분석을 수행하였다. 우선, 궤도틀림 검측에 사용된 검측차(EM120)의 검측특성, 즉 현정시법 검측원리를 사용하는 경우에 대한 파장대역별 전달함수 특성을 조사하였다. 고저틀림과 방향틀림에 대한 파장의 분포 특성 분석결과에 의하면, 단파장의 파장대역의 분포비율이 상당히 높았으며 파장이 길어질수록 발생빈도는 감소하는 경향을 보였다. EN규정에서 규정하고 있는 파장대역별로 구분하여 분포 현황을 조사한 결과는 D1 영역의 분포비율이 대부분을 차지하고 있는 것으로 파악되었다. 또한, 궤도틀림 항목별로 궤도틀림 크기에 따른 분포 특성을 조사하였으며, 궤도틀림의 크기가 증가할수록 발생빈도는 급격히 감소하는 경향을 보였다. 이러한 궤도틀림 분포 특성에 대한 조사결과는 궤도틀림 유지보수 계획수립 및 궤도틀림 기준설정을 위한 기초자료로 유용하게 사용될 수 있을 것으로 예상된다.
궤도틀림은 철도차량의 주행안전성과 승차감에 영향을 미칠 뿐만 아니라 유지보수와 밀접한 관계가 있다. 본 논문에서는 경부고속철도 개통 이후 경부고속선 구간에서 검측된 궤도틀림에 대하여 통계분석을 수행하였다. 우선, 궤도틀림 검측에 사용된 검측차(EM120)의 검측특성, 즉 현정시법 검측원리를 사용하는 경우에 대한 파장대역별 전달함수 특성을 조사하였다. 고저틀림과 방향틀림에 대한 파장의 분포 특성 분석결과에 의하면, 단파장의 파장대역의 분포비율이 상당히 높았으며 파장이 길어질수록 발생빈도는 감소하는 경향을 보였다. EN규정에서 규정하고 있는 파장대역별로 구분하여 분포 현황을 조사한 결과는 D1 영역의 분포비율이 대부분을 차지하고 있는 것으로 파악되었다. 또한, 궤도틀림 항목별로 궤도틀림 크기에 따른 분포 특성을 조사하였으며, 궤도틀림의 크기가 증가할수록 발생빈도는 급격히 감소하는 경향을 보였다. 이러한 궤도틀림 분포 특성에 대한 조사결과는 궤도틀림 유지보수 계획수립 및 궤도틀림 기준설정을 위한 기초자료로 유용하게 사용될 수 있을 것으로 예상된다.
Track irregularities have a strong influence on the safety and the ride comfort of trains as well as track maintenance work. A statistical analysis was conducted for track irregularities data measured in Kyoungbu high speed line using a track recording car(EM120). First, the characteristics of EM120...
Track irregularities have a strong influence on the safety and the ride comfort of trains as well as track maintenance work. A statistical analysis was conducted for track irregularities data measured in Kyoungbu high speed line using a track recording car(EM120). First, the characteristics of EM120, which adopted versine measurement system, were investigated and the transfer function of EM120 was examined. The distributions of the surface and the alignment which have short wavelength were considerably high and the distribution decreased as wavelength increases. A distribution analysis of the wavelength was carried out according to EN standards and most of the track irregularities were in a D1 wavelength range. The distributions of the amplitude of track irregularities were also investigated and the results show that the distributions of track irregularities decrease rapidly as amplitude increases. These results may be helpful in making track maintenance plans and revising track irregularities criteria.
Track irregularities have a strong influence on the safety and the ride comfort of trains as well as track maintenance work. A statistical analysis was conducted for track irregularities data measured in Kyoungbu high speed line using a track recording car(EM120). First, the characteristics of EM120, which adopted versine measurement system, were investigated and the transfer function of EM120 was examined. The distributions of the surface and the alignment which have short wavelength were considerably high and the distribution decreased as wavelength increases. A distribution analysis of the wavelength was carried out according to EN standards and most of the track irregularities were in a D1 wavelength range. The distributions of the amplitude of track irregularities were also investigated and the results show that the distributions of track irregularities decrease rapidly as amplitude increases. These results may be helpful in making track maintenance plans and revising track irregularities criteria.
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문제 정의
본 연구에서는 경부고속철도 개통 즈음부터 2009년 12월 동안 경부고속선의 궤도틀림 데이터에 대한 통계분석을 수행하여 궤도유지보수 계획수립 및 궤도틀림 허용기준 설정을 위한 유용한 기초자료를 제공하고자 하였다.
본 논문에서는 어떠한 파장대역의 궤도틀림이 주로 발생하고 있는가 여부를 파악함으로써 궤도작용력 검토를 위한 수치해석 입력자료 및 궤도정정작업 등에 유용한 자료를 제공하고자 하였다. Table 1에 나타낸 궤도틀림 검측데이터에 대하여 파장빈도 해석을 수행하였다.
제안 방법
우선, 고저틀림과 방향틀림에 대한 파장별 발생빈도 특성을 조사함으로써 고속선에서 발생하는 궤도틀림 파장의 특성을 파악하였다. 또한, 고저틀림, 방향틀림, 뒤틀림, 궤간 등의 궤도틀림의 크기별 분포 특성을 조사하였다.
우선, 고저틀림과 방향틀림에 대한 파장별 발생빈도 특성을 조사함으로써 고속선에서 발생하는 궤도틀림 파장의 특성을 파악하였다. 또한, 고저틀림, 방향틀림, 뒤틀림, 궤간 등의 궤도틀림의 크기별 분포 특성을 조사하였다.
본 절에서는 궤도틀림 크기별 분포 특성을 기술하였다. 2004년 ~ 2009년 동안 경부고속선에서 EM120 검측차에서 검측된 고저틀림, 방향틀림, 뒤틀림 및 궤간틀림에 대하여 각 궤도틀림 크기별 분포특성을 조사하였다. 또한, 각 궤도틀림 항목별로 일정한 크기를 초과하는 비율을 그래프로 정리하였다.
본 논문에서는 KTX 개통 이전 시운전 기간을 일부 포함하여 2009년도까지의 경부고속선에서 검측된 궤도틀림 검측결과에 대한 통계분석을 수행하였다.
우선, 고저틀림과 방향틀림의 파장대역별 빈도분포특성을 조사하였다. 3m 이내의 짧은 파장의 궤도틀림의 분포비율이 높았으며, 파장이 커질수록 분포 비율이 감소하는 경향을 보였다.
한편, 궤도틀림 크기별 빈도분포특성과 누적빈도분포특성 조사를 수행하였다. 궤도틀림의 크기 증가에 따라 분포비율과 누적빈도분포비율은 급격히 감소하였으며, 이러한 통계분석결과는 유지보수 계획수립 및 궤도틀림 기준변경 등에 따른 유지보수 작업량의 증가 또는 감소 예측에 유용한 자료로 활용될 수 있을 것으로 예상된다.
대상 데이터
본 연구에서 궤도틀림 분포 특성 조사를 위하여 2004년~2009년 동안의 경부고속선에서 EM120 검측차에 의해 검측된 궤도틀림 데이터를 이용하였으며, Table 1에 관련 내용을 정리하였다. 본 연구에서 사용한 데이터는 궤도작업 직후 서행구간, 분기기 구간 등을 모두 포함하여 분석하였으며, 이러한 데이터에 의하여 궤도틀림의 크기가 큰 경우 실제 조건보다 다소과대평가될 수 있음을 감안하여야 한다.
본 연구에서 궤도틀림 분포 특성 조사를 위하여 2004년~2009년 동안의 경부고속선에서 EM120 검측차에 의해 검측된 궤도틀림 데이터를 이용하였으며, Table 1에 관련 내용을 정리하였다. 본 연구에서 사용한 데이터는 궤도작업 직후 서행구간, 분기기 구간 등을 모두 포함하여 분석하였으며, 이러한 데이터에 의하여 궤도틀림의 크기가 큰 경우 실제 조건보다 다소과대평가될 수 있음을 감안하여야 한다.
궤도틀림 분석을 위해서는 검측에 사용되는 검측시스템의 검측원리에 따라서 검측 값이 달라지기 때문에 궤도틀림의 검측원리 및 특성을 이해하는 것이 중요하다. 본 연구에서 사용한 궤도틀림 데이터는 EM120 검측차에서 검측된 검측결과이며, EM120의 고저틀림과 방향틀림은 Fig. 2에 나타낸 바와 같이 10m 대칭현을 갖는 현정시법(Versine) 검측원리를 이용하여 검측되고 있다.
이론/모형
파장빈도 분석은 Level crossings[10] 기법을 사용하였으며, Level은 200m 이동평균을 사용하였다.
성능/효과
우선, 고저틀림과 방향틀림의 파장대역별 빈도분포특성을 조사하였다. 3m 이내의 짧은 파장의 궤도틀림의 분포비율이 높았으며, 파장이 커질수록 분포 비율이 감소하는 경향을 보였다. 또한, 10m 파장의 궤도틀림의 빈도 분포가 다소 높게 나타났는데, 이는 검측차의 검측특성이 일부 반영된 것으로 판단된다.
3m 이내의 짧은 파장의 궤도틀림의 분포비율이 높았으며, 파장이 커질수록 분포 비율이 감소하는 경향을 보였다. 또한, 10m 파장의 궤도틀림의 빈도 분포가 다소 높게 나타났는데, 이는 검측차의 검측특성이 일부 반영된 것으로 판단된다. EN규정[9]에서 제시하고 있는 파장대역별로 분포비율을 조사한 결과에 의하면, 고저틀림은 단파장(D1) 영역의 파장대역이 전체의 약 65%로 높은 비중을 차지하였으며, D2와 D3영역의 파장은 상대적으로 발생 빈도가 감소하였다.
또한, 10m 파장의 궤도틀림의 빈도 분포가 다소 높게 나타났는데, 이는 검측차의 검측특성이 일부 반영된 것으로 판단된다. EN규정[9]에서 제시하고 있는 파장대역별로 분포비율을 조사한 결과에 의하면, 고저틀림은 단파장(D1) 영역의 파장대역이 전체의 약 65%로 높은 비중을 차지하였으며, D2와 D3영역의 파장은 상대적으로 발생 빈도가 감소하였다. 한편, 방향틀림은 3m 이하 파장이 전체의 약 73%를 차지하고 있어서 D1 영역의 분포비율이 26.
후속연구
한편, 궤도틀림 크기별 빈도분포특성과 누적빈도분포특성 조사를 수행하였다. 궤도틀림의 크기 증가에 따라 분포비율과 누적빈도분포비율은 급격히 감소하였으며, 이러한 통계분석결과는 유지보수 계획수립 및 궤도틀림 기준변경 등에 따른 유지보수 작업량의 증가 또는 감소 예측에 유용한 자료로 활용될 수 있을 것으로 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
철도차량의 안전한 운행과 쾌적한 승차감을 확보하는 것에 영향을 미치는 요소는 무엇인가?
철도차량의 안전한 운행과 쾌적한 승차감을 확보는 차량의 현가장치, 차륜마모 등 차량 특성 뿐만 아니라 궤도의 선형과도 밀접한 관련이 있다. 따라서, 차량의 승차감과 주행안전성을 고려하여 궤도의 평면곡선, 종곡선, 완화곡선 및 설정캔트등을 설계·시공하지만, 노선 준공 이후 차량의 반복하중, 레일 요철, 교량 상판의 온도신축 등 여러 원인에 의하여 궤도는 당초 설계된 위치로부터 변형이 발생하게 된다.
궤도틀림이란?
철도차량의 안전한 운행과 쾌적한 승차감을 확보는 차량의 현가장치, 차륜마모 등 차량 특성 뿐만 아니라 궤도의 선형과도 밀접한 관련이 있다. 따라서, 차량의 승차감과 주행안전성을 고려하여 궤도의 평면곡선, 종곡선, 완화곡선 및 설정캔트등을 설계·시공하지만, 노선 준공 이후 차량의 반복하중, 레일 요철, 교량 상판의 온도신축 등 여러 원인에 의하여 궤도는 당초 설계된 위치로부터 변형이 발생하게 된다. 이러한 변형을 궤도틀림이라 하며, 궤도틀림이 과도하게 발생하게 되면 차량의 주행안전성 및 승차감이 저하되므로 일정한 허용기준을 초과하는 경우 궤도틀림에 대한 정정작업을 수행하도록 규정되어 있다[1].
궤도틀림은 어떤 문제점을 일으키는가?
이러한 궤도틀림은 수평틀림/뒤틀림, 궤간틀림, 고저틀림 및 방향틀림으로 구분되며, 수평틀림은 차량의 롤링(Roll), 스웨이(Sway), 뒤틀림(Twist)의 원인이 되며, 고저틀림은 차량의 피칭(Pitch)과 바운스(Bounce)를 유발하고, 방향틀림과 궤간틀림은 과도한 횡방향 힘을 유발하여 탈선과 궤도 구성품의 손상의 원인이 된다[2].
참고문헌 (10)
Korea Rail Network Authority (2008) Maintenance Standard for Railroad.
sMagdy El-Sibaie, David Jamieson, David C. Tyrell, J. Christopher Dorsey, et al. (1997) Engineering studies in support of the development of high-speed track geometry specifications, IEEE/ASME Joint Railroad Conference,USA, pp. 2-3.
K.D. Kang (2004) A study of analysis method for the track geometry measuring data on high speed railway, Journal of the Korean Society for Railway, 7(4), pp. 291-295.
B.K. Woo, Y.H. Kim, U.S. Yun, K.H. Kim, et al. (2009) Analysis of relationship between the irregularities of rail weld surface and track irregularities, Proceeding of the Korean Society for Railway, Korea, pp. 539-545.
I.Y. Choi, D.H. Koo, S.Y. Hwang, Y.S. Lim (2010) Analysis on safety and ride comfort of KTX according to track surface, Journal of the Korean Society for Railway, 13(6), pp. 583-588.
I.Y. Choi, et al. (2010) Analysis of track irregularities on high speed line, Korea Rail Network Authority.
I.Y. Choi, D.H. Koo, S.Y. Hwang, Y.S. Lim (2010) A study on the crushing characteristics of the ballast gravel at high-speed railroad, Journal of the Korean Society for Railway, 11(4), pp. 384-389.
J.T. Oh, et al. (2000) Mechanization and modernization of track maintenance work, Korea Railroad Research Institute
European Standard (2008) Railway Applications-Track - Track geometry quality - Part 5: Geometric quality levels. BS EN 13848-5.
Julius S. Bendat, Allan G. Piersol (2000) Random Data - Analysis and measurement procedures JOHN WILEY & SONS, INC. New York, pp. 171-185.
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