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고속철도차량용 차륜 불평형에 의한 동적 거동 특성 연구
Study on the Dynamic Behavior Characteristics due to the Unbalance High Speed Railway Vehicle Wheel 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.17 no.7, 2016년, pp.175 - 181  

이승일 (한국교통대학교 철도차량시스템공학과) ,  송문석 (한국교통대학교 철도차량시스템공학과)

초록
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회전체는 질량 중심선이 축의 기하학적 중심선과 일치하지 않을 때 불평형이 발생한다. 윤축은 두 개의 차륜과 한 개의 차축으로 조립되어 철도차량을 주행시키는 회전체 역할을 하고, 차륜 재질의 불균일, 마모, 윤축 조립과정의 오차 등으로 인해 불평형이 발생할 수 있다. 또한 윤축은 축의 직경이 가늘고 고속으로 회전함으로 불평형 질량에 의한 진동의 영향이 더욱 두드러지게 나타나고 이로 인해 철도차량 고속 주행 시 주행안전성 및 주행거동에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 차륜 불평형이 고속철도차량의 동적 거동에 미치는 영향을 철도차량 다물체 동역학 해석 도구인 VI-Rail를 이용하여 해석을 수행하였다. 해석결과에서 차륜 불평형량이 증가할수록 철도차량 대차의 임계속도가 감소됨을 확인할 수 있었고, 차륜 불평형량이 주행 중 차량동적거동 악영향을 미침으로 고속주행에서는 반드시 차륜 불평형량에 대한 관리가 필요함을 확인할 수 있었다. 또한 이 연구로 차륜 불평형량의 정적 및 동적 관리 필요성을 국내 철도차량 운영기관에 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This occurs when the unbalanced rotating body is inconsistent with the mass center line axis geometric center line. Wheelsets are assembled by a single axle with two wheels and a rotating body of a running railway vehicle. Owing to non-uniformity of the wheel material, the wear, and error of the whe...

주제어

#Dynamic analysis   #High-speed railway vehicle wheel   #Running behavior   #Running safety   #Wheel unbalance  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 회전체의 불평형에 의한 주기적인 힘은 고속일수록 철도차량 동적 거동에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 차륜 불평형이 고속철도차량의 동적 거동에 미치는 영향을 시뮬레이션 해석을 통해 주행안전성 및 동적거동 측면에서 검토하고, 국내 철도차량 운영기관에 차륜 불평형량에 대한 관리 필요성을 제시하고자 하였다.

가설 설정

  • 차륜 불평형 질량이 re=0.43 m에 위치하고, 좌우차륜의 접촉각의 차이, δ0가 0.025 rad, 윤축중심으로부터 불평형 질량이 위치한 거리, le가 0.7 m이라고 가정하였다. 차량 불평형 질량 변화에 따른 차륜 불평형, Um 및 좌우(lateral)방향 불평형, UeY와 요(yaw)방향 불평형, UeZ는 각각 다음과 같다.
  • 또한 윤축은 축의 직경이 가늘고 회전속도가 고속화되어 불평형 질량에 의한 진동의 영향이 더욱 두드러지게 나타난다[1]. 회전체의 불평형에 의한 주기적인 힘은 고속일수록 철도차량 동적 거동에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 차륜 불평형이 고속철도차량의 동적 거동에 미치는 영향을 시뮬레이션 해석을 통해 주행안전성 및 동적거동 측면에서 검토하고, 국내 철도차량 운영기관에 차륜 불평형량에 대한 관리 필요성을 제시하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
차륜 불평형이 고속철도차량의 동적 거동에 미치는 영향을 검토하기 위하여 시뮬레이션 해석을 수행하였고, 해석을 통해 주행안전성 및 주행거동 특성을 확인한 결과, 어떠한 결론을 도출할 수 있는가? 첫째로 차륜 불평형량이 증가할수록 횡방향 크리프력과 가진력의 증가로 인해 철도차량 대차의 임계속도가 감소되는 것을 알 수 있었다. 둘째로 차륜 불평형량과 주행속도가 증가함에 따라 대차 좌우, 차체 좌우 및 상하진동가속도도 전반적으로 증가하였고, 대차 좌우진동가속도의 경우 주행속도 300km/h와 불평형량 500g 이상에서, 차체 상하진동가 속도의 경우 주행속도 200km/h 이상과 차륜 불평형량 500g이상에서, 차체 좌우진동가속도의 경우 주행속도 300 km/h와 불평형량 1000g에서 한계치를 초과하거나 근접하였다. 셋째로 차륜 불평형량이 주행 중 차량 동적거동에 영향을 미치는 것을 알 수 있었고, 저속주행보다 고속주행에서 차륜 불평형량에 대한 관리가 반드시 필요함을 확인할 수 있었다. 넷째로 이번 연구를 통해 국내에서도 해외 규격과 같이 차륜 불평형에 대한 정적 및 동적관리가 필요함을 확인할 수 있었다.
윤축의 역할은? 회전체는 질량 중심선이 축의 기하학적 중심선과 일치하지 않을 때 불평형이 발생한다. 윤축은 두 개의 차륜과 한 개의 차축으로 조립되어 철도차량을 주행시키는 회전체 역할을 하고, 차륜 재질의 불균일, 마모, 윤축 조립과정의 오차 등으로 인해 불평형이 발생할 수 있다. 또한 윤축은 축의 직경이 가늘고 고속으로 회전함으로 불평형 질량에 의한 진동의 영향이 더욱 두드러지게 나타나고 이로 인해 철도차량 고속 주행 시 주행안전성 및 주행거동에 영향을 미칠 수 있다.
일반적인 철도차량은 어떻게 구성되어 있는가? 일반적인 철도차량은 1개의 차체, 2개의 대차, 4개의 윤축으로 구성되어 있으며, 대차와 윤축을 통틀어 주행장치라고 한다. 윤축은 철도차량을 주행시키는 회전체 역할을 하고, 차륜 재질의 불균일, 마모, 윤축 조립과정의 오차 등으로 인해 불평형이 발생할 수 있다.
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참고문헌 (7)

  1. S. I, Lee, Y. S. Choi, "Dynamic Analysis of Railway Vehicle with Wheel Unbalance," KSME-A, Vol. 37, No.11, pp1387-1395, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.3795/KSME-A.2013.37.11.1387 

    원문보기 상세보기 crossref

  2. M. Ishida, T. Ban, K. Iida, et al., "Effect of Moderating Friction of Wheel/rail Interface on Vehicle/track Dynamic Behaviour," Wear, Vol. 265, No. 9-10, pp. 1497-1503, 2008. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2008.02.041 

    상세보기 crossref

  3. UIC code 510-2 OR 1133 IEC, "Limiting measurements for manufacture and reprofiling." 2006. 

  4. High-speed railway vehicle wheelset committee, "Railway wheelset," hwan-sun corporation publisher, pp. 210-213, 2008. 

  5. TB/T2562-1995, "Testing methods for the static balance of wheel and dynamic balance of wheelset"(in Chinese), 1995. 

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

  7. UIC CODE 518. "Testing and Approval of Railway Vehicle form the point of View of Their Dynamic Behaviour-Safety-Track fatigue-Ride Quality," UIC. 3rd ed, 2005. 

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