본 연구에서는 급곡선과 급구배가 많은 산악 도로 상의 궤도에서 운행할 수 있는 산악트램의 추진시스템 핵심 기술을 개발하였다. 국내 산악 관광지는 겨울철 폭설과 결빙에 의해 교통이 통제되고 있어 지형 조건 뿐만 아니라 기후 조건에도 무관한 산악철도가 필요하다. 먼저, 일반적인 120‰ 구배 등반에 소요되는 견인전동기 출력을 고려하여 추진시스템을 설계하였으며, 추진장치 설치 공간을 고려하여 동력 전달 계통을 설계하고 감속기 및 동력 전달축을 개발하였다. 급구배 상승을 위해 필요한 랙앤피니언 추진장치의 강체 접촉에 의한 진동 소음을 줄이기 위해 탄성 피니언을 개발하여 적용하였으며, 충격 비교 시험을 통해 기존 강체 피니언에 비해 진동이 1/3이하로 감소됨을 확인하였다. 반경 10m의 급곡선을 운행할 수 있도록 개별 회전 차륜 차축을 개발하였다. 또한 급구배 주행중 제동력 향상을 위해 밴드 제동장치를 개발하였으며, 제동력 시험을 통해 요구 제동력을 발휘할 수 있음을 확인하였다. 개발된 주요 부품은 시험을 통해 성능을 검증하였고, 최종적으로 급구배 및 급곡선 운행 대차시스템에 적용된다.
본 연구에서는 급곡선과 급구배가 많은 산악 도로 상의 궤도에서 운행할 수 있는 산악트램의 추진시스템 핵심 기술을 개발하였다. 국내 산악 관광지는 겨울철 폭설과 결빙에 의해 교통이 통제되고 있어 지형 조건 뿐만 아니라 기후 조건에도 무관한 산악철도가 필요하다. 먼저, 일반적인 120‰ 구배 등반에 소요되는 견인전동기 출력을 고려하여 추진시스템을 설계하였으며, 추진장치 설치 공간을 고려하여 동력 전달 계통을 설계하고 감속기 및 동력 전달축을 개발하였다. 급구배 상승을 위해 필요한 랙앤피니언 추진장치의 강체 접촉에 의한 진동 소음을 줄이기 위해 탄성 피니언을 개발하여 적용하였으며, 충격 비교 시험을 통해 기존 강체 피니언에 비해 진동이 1/3이하로 감소됨을 확인하였다. 반경 10m의 급곡선을 운행할 수 있도록 개별 회전 차륜 차축을 개발하였다. 또한 급구배 주행중 제동력 향상을 위해 밴드 제동장치를 개발하였으며, 제동력 시험을 통해 요구 제동력을 발휘할 수 있음을 확인하였다. 개발된 주요 부품은 시험을 통해 성능을 검증하였고, 최종적으로 급구배 및 급곡선 운행 대차시스템에 적용된다.
In this study, core technologies of a traction system on a mountain tram operating on the track of mountain road full of sharp curves and steep gradients were developed. In domestic mountain resort areas, sometimes the transportation service is not provided in winter because of ice and heavy snow on...
In this study, core technologies of a traction system on a mountain tram operating on the track of mountain road full of sharp curves and steep gradients were developed. In domestic mountain resort areas, sometimes the transportation service is not provided in winter because of ice and heavy snow on roads, so a mountain railway service independent of the climate and geographic conditions is needed. A traction system was designed taking into account of the power of a traction motor to climb the gradient of 120 ‰, which is common in domestic mountainous areas. and power transmission system was designed to consider the installation space for the traction system. In addition, a reduction gear and a propeller shaft were developed. An elastic pinion was developed and applied to the rack & pinion bogie system for steep gradient so that noise and vibration generated by contact between the steel gears could be reduced. Impact comparison tests showed that the vibration level of the elastic pinion is one-third lower than that of previous steel pinion. Independent rotating wheels and axles were developed for the bogie system to operate on the sharp curve of a 10 meter radius. In addition, the band braking system was developed to enhance the braking force during running on the steep gradient. A test for the braking force showed it exerts the required braking force. The performance of the developed core components were verified by the tests and finally they were applied to the bogie system running on the track of steep gradient and sharp curve.
In this study, core technologies of a traction system on a mountain tram operating on the track of mountain road full of sharp curves and steep gradients were developed. In domestic mountain resort areas, sometimes the transportation service is not provided in winter because of ice and heavy snow on roads, so a mountain railway service independent of the climate and geographic conditions is needed. A traction system was designed taking into account of the power of a traction motor to climb the gradient of 120 ‰, which is common in domestic mountainous areas. and power transmission system was designed to consider the installation space for the traction system. In addition, a reduction gear and a propeller shaft were developed. An elastic pinion was developed and applied to the rack & pinion bogie system for steep gradient so that noise and vibration generated by contact between the steel gears could be reduced. Impact comparison tests showed that the vibration level of the elastic pinion is one-third lower than that of previous steel pinion. Independent rotating wheels and axles were developed for the bogie system to operate on the sharp curve of a 10 meter radius. In addition, the band braking system was developed to enhance the braking force during running on the steep gradient. A test for the braking force showed it exerts the required braking force. The performance of the developed core components were verified by the tests and finally they were applied to the bogie system running on the track of steep gradient and sharp curve.
본 연구에서는 급곡선과 급구배가 많은 산악도로에서 운행할 수 있는 산악트램의 실용화를 위해 추진시스템의 핵심 기술을 개발하였다. 급곡선 운행을 위한 개별 구동 차륜을 개발하였고, 급구배 운행에 필요한 랙앤피니언의 진동소음 문제를 해결하기 위해 탄성피니언을 개발하여 성능을 검증하였으며, 급곡선을 주행하면서 랙앤피니언 장치를 구동할 수 있는 추진장치를 개발하고 성능을 검증하였다.
제안 방법
본 연구에서는 급곡선과 급구배가 많은 산악도로에서 운행할 수 있는 산악트램의 실용화를 위해 추진시스템의 핵심 기술을 개발하였다. 급곡선 운행을 위한 개별 구동 차륜을 개발하였고, 급구배 운행에 필요한 랙앤피니언의 진동소음 문제를 해결하기 위해 탄성피니언을 개발하여 성능을 검증하였으며, 급곡선을 주행하면서 랙앤피니언 장치를 구동할 수 있는 추진장치를 개발하고 성능을 검증하였다. 또한 구배에서 제동시, 추가의 제동력 확보를 위해 밴드 제동장치를 설계‧제작하고 성능을 검증하였다.
급곡선 운행을 위한 개별 구동 차륜을 개발하였고, 급구배 운행에 필요한 랙앤피니언의 진동소음 문제를 해결하기 위해 탄성피니언을 개발하여 성능을 검증하였으며, 급곡선을 주행하면서 랙앤피니언 장치를 구동할 수 있는 추진장치를 개발하고 성능을 검증하였다. 또한 구배에서 제동시, 추가의 제동력 확보를 위해 밴드 제동장치를 설계‧제작하고 성능을 검증하였다.
성능/효과
(2) 산악트램 객실 진동소음 저감을 위해 차축과 외측 타이어가 고무 탄성재로 절연된 탄성피니언을 개발하였고, 시험을 통해 기존 강체 피니언 대비 진동 수준이 1/3로 저감됨을 확인하였다.
(3) 국내 산악지역 도로에서 운행할 수 있도록 반경 10m의 급곡선을 운행할 수 있는 개발 회전 차륜․차축을 개발하였다.
(4) 급구배 제동시, 제동력 향상을 위해 요구 제동력에 따라 밴드제동장치를 설계하였고, 제작 후, 성능시험을 통해 요구 제동력을 확인하였다.
후속연구
핵심 부품인 전동기, 탄성피니언, 개별 회전 차륜, 대차프레임, 밴드제동기 등을 개발하여 개별적인 성능 검증을 하였다. 핵심 기술 개발 성과는 향후, 개발되는 산악트램에 적용될 예정이다. 본 연구 결과를 정리하면 다음과 같다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기존의 랙앤피니언 추진장치의 한계점은 무엇인가?
급구배를 운행하는 랙앤피니언(rack & pinion) 추진장치는 오래 전부터 산악철도에 활용되어 왔는데, 다양한 형태가 있어 지형 조건에 따라 달리 적용되고 있다[1]. 그러나 기존의 랙앤피니언 추진장치는 강체가 맞물리면서 진동과 소음이 발생하고, 객실로 전달되어 승차감을 저하시키는 문제가 있었다. 도로를 운행하는 노면트램이나 인터모달 트램[2]의 경우 도로에서 자동차와 병행하기 위해 급곡선(반경 30m 이상)의 주행이 불가피하여 차축이 없는 독립 구동 대차를 적용하여 곡선을 주행한다[3].
노면 트램을 산악 철도에 적용시, 얻을 수 있는 장점은 무엇인가?
친환경적이고 지형조건을 극복할 수 있는 전천후 교통수단으로는 산악철도가 제일 적합하다. 노면 트램을 산악철도에 적용하게 된다면 기존의 산악도로를 궤도로 활용할 수 있고, 자연 훼손도 없어 친환경성을 더할 수 있다. 그러나, 산악도로는 곡선과 구배가 심하므로 기존 노면트램으로는 운행이 곤란하고, 산악도로에 맞는 산악트램이 필수적이다.
산악트램에 매립형 궤도의 적용이 필요한 이유는 무엇인가?
그러나, 산악트램은 급곡선 뿐만아니라 급구배 운행을 위해 랙앤피니언 추진장치를 부착하여야 하므로 차축이 필요하여 기존의 독립구동 대차를 적용하기가 곤란하다. 더욱이, 산악도로는 도시의 도로에 비래 최소 곡선 반경이 더 작기(10m) 때문에 차륜이 차축과 개별적으로 회전할 수 있는 개선된 구동시스템이 필요하고, 도로와 겸용이므로 매립형 궤도[4]의 적용도 필요하다.
참고문헌 (8)
N. P. Christos, Railway Transportation Systems, Design, Construction, Operation, CRC Press, pp. 237-250, 2016.
S. I. Seo, J. G. Kim, H. S. Jung, A study on the applicability of newly developed stainless steel for weight reduction of carbody of intermodal tram, J. of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, vol. 17, no. 3, pp. 457-463, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2016.17.3.457
S. I. Seo, et al., "State-of-arts of technologies on mountain railway and proposal of concept design of mountain tram", Railway J., The Korean Society for Railway, vol. 15, no. 6, pp. 53-58, 2012.
M. H. Hwang, K. M. Yun, S. C. Kim, N. H. Lim, A study on the optimized cross-section of embedded rail system, J. of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, vol. 15, no. 4, pp. 2511-2518, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2014.15.4.2511
MOLT, Technical Specifications for Urban Railway Vehicles, Enforcement 2014-434, KRTS-VE-Part51, Ministry of Land and Transport, pp. 37-50, 2014.
S. H. Kim, Introduction of railway system, Jajak Academy, pp. 100-120, 2007.
S. I. Seo, H. S. Mun, "Development of a low vibration rack&pinion traction system for more comfortable cabin on mountain tram", J. of Korean Society of Hazard Mitigation, vol. 15, no. 3, pp. 23-26, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.9798/KOSHAM.2015.15.3.23
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