도심을 지나는 철도 궤도는 급격한 곡선 구간이 존재하며, 철도차량이 곡선부를 주행하며 발생시키는 높은 주파수의 스킬소음은 곡선부 인근에 소음 민원을 야기하고, 해당 구간 궤도의 마모를 과도하게 발생시킨다. 본 논문에서는 대표적 비선형, 과도 특성인 스킬소음의 현상을 정확하게 파악하기 위해서 실차를 대상으로 곡선부 스킬 소음실험을 수행하였다. 특정 대차내 4 차륜을 대상으로 스킬소음의 음압의 크기, 주파수 특성, 주행 속도 변화에 따른 영향, 차륜의 진동응답특성과 스킬소음의 연관관계를 파악하였다. 동시에 차륜과 레일의 접촉 위치의 변화를 촬영한 영상을 분석하여 스킬소음 발생시 차륜의 레일에 대한 상대적 움직임에 대한 현상을 살펴보았다. 철도 차량 곡선 주행시 스킬소음은 내측 전륜에서 가장 크게 발생하며, 이는 차륜의 횡방향 진동 응답 특성과 관련이 있다고 생각된다. 이 발생 스킬소음의 크기는 차량 속도 증가와는 직접적인 관련이 없음을 알 수 있었다.
도심을 지나는 철도 궤도는 급격한 곡선 구간이 존재하며, 철도차량이 곡선부를 주행하며 발생시키는 높은 주파수의 스킬소음은 곡선부 인근에 소음 민원을 야기하고, 해당 구간 궤도의 마모를 과도하게 발생시킨다. 본 논문에서는 대표적 비선형, 과도 특성인 스킬소음의 현상을 정확하게 파악하기 위해서 실차를 대상으로 곡선부 스킬 소음실험을 수행하였다. 특정 대차내 4 차륜을 대상으로 스킬소음의 음압의 크기, 주파수 특성, 주행 속도 변화에 따른 영향, 차륜의 진동응답특성과 스킬소음의 연관관계를 파악하였다. 동시에 차륜과 레일의 접촉 위치의 변화를 촬영한 영상을 분석하여 스킬소음 발생시 차륜의 레일에 대한 상대적 움직임에 대한 현상을 살펴보았다. 철도 차량 곡선 주행시 스킬소음은 내측 전륜에서 가장 크게 발생하며, 이는 차륜의 횡방향 진동 응답 특성과 관련이 있다고 생각된다. 이 발생 스킬소음의 크기는 차량 속도 증가와는 직접적인 관련이 없음을 알 수 있었다.
High frequency squeal noise can be generated when a railroad vehicle runs a sharp curved section; this noise causes environmental complaints and excessive wear on the wheel and the railroad track. In this paper, curved squeal noise experiments on a commercial railway were carried out to investigate ...
High frequency squeal noise can be generated when a railroad vehicle runs a sharp curved section; this noise causes environmental complaints and excessive wear on the wheel and the railroad track. In this paper, curved squeal noise experiments on a commercial railway were carried out to investigate this phenomenon. The relationship of the squeal noise pressure level, the frequency characteristics, the railway running speed, and the modal behavior of the wheel were investigated. At the same time, the lateral motion of the wheel relative to the rail was captured using a video camera; wheel movement was calculated when the noise was generated. queal noise occurred at the highest level at the inner front wheel; this phenomena is considered to be related to the lateral vibration response characteristics of the wheel. It can be seen that the magnitude of this squeal noise is not directly related to the increase in vehicle speed.
High frequency squeal noise can be generated when a railroad vehicle runs a sharp curved section; this noise causes environmental complaints and excessive wear on the wheel and the railroad track. In this paper, curved squeal noise experiments on a commercial railway were carried out to investigate this phenomenon. The relationship of the squeal noise pressure level, the frequency characteristics, the railway running speed, and the modal behavior of the wheel were investigated. At the same time, the lateral motion of the wheel relative to the rail was captured using a video camera; wheel movement was calculated when the noise was generated. queal noise occurred at the highest level at the inner front wheel; this phenomena is considered to be related to the lateral vibration response characteristics of the wheel. It can be seen that the magnitude of this squeal noise is not directly related to the increase in vehicle speed.
국내에서는 최용운[5] 등이 도시철도를 대상으로 콘크리트 도상에 의한 터널 구조물에서의 차량측면에서의 투과손실 향상 및 차체의 기밀 유지에 대한 방향을 제시하였다. 본 연구에서는 도시철도 차량이 곡선 레일 구간을 운행시 차륜, 레일 접촉점 근접 위치에서의 진동, 소음 측정 실험 및 차륜과 레일의 접촉점 위치 파악을 위한 영상처리 실험을 수행하였다. 스킬 소음 발생시 차륜의 횡방향 움직임을 실시간으로 파악하고자 하였으며, 스킬 소음이 크게 발생하는 내측 전륜의 역할을 알 수 있었다.
제안 방법
본 논문에서는 실지 차량 실험을 수행하여 대차 내 스킬소음이 주요하게 발생하는 차륜을 찾고, 영상분석을 통해 차륜과 레일의 횡방향 상대적 이동량 측정하여 스킬소음이 발생할 때의 차륜의 횡방향 거동을 살펴 보았다. 본 실차 주행 스킬 실험을 통해 얻은 결론을 나열하면 아래와 같다.
스킬소음이 이 주파수 대역에서 발생하는 원인을 알아보기 위하여, 좌, 우 차륜과 차축으로 구성된 휠셋을 대상으로 모드해석을 수행하였다. 자유경계조건을 설정하였으며, 차륜과 레일의 접촉점 위치에 단위 힘으로 가진하여 모빌리티해석을 수행하였다.
대상 데이터
호이만형 1/20 차륜과 50kgN 레일로 구성된 실지 도시철도 차량의 대차를 대상으로 하였고 실험차량은 10, 15, 20, 25km/h의 속도로 전진, 후진방향으로 주행하였다. 해당 주행 방향을 Fig.
성능/효과
1. 철도 차량 곡선 주행 시 스킬소음은 각 차륜의 근접소음 측정 결과 내측 전륜에서 가장 크게 발생하며, 해당 시간대에 차축의 저널박스에서도 횡방향 진동이 크게 나타난다.
2. 실험을 수행한 메트로 차량의 발생 스킬 소음의 주파수 대역은 2,128Hz, 3,150Hz, 4,240Hz, 5,324Hz이고, 이는 차륜의 횡 방향 진동 응답 특성과 관련이 있다고 생각되며, 이 발생 주파수 대역은 차량 속도 증가와는 직접적인 관련이 없음을 알 수 있었다.
3. 스킬소음이 발생시, 내측 전륜과 레일 접촉점이 단일 소음원 역할을 함을 알 수 있다.
4. 스킬소음 발생 구간의 횡방향 이동량과 소음 데이터 동기화 결과를 통해 스킬소음 발생영역에서 내측 전륜은 안쪽으로 미끄러지며 소음을 발생하는 것을 알 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
도시 철도 차량이 곡선 주행 시 발생하는 스킬소음 특성은?
도시철도 차량이 곡선구간 주행시 발생하는 스킬소음은 고주파수, 순음의 특성을 가지며 이 소음은 주요 환경 소음 문제 중 하나이다. 곡선 스킬소음의 발생원인은 차륜과 레일간 횡방향 접촉력-미끄러짐이 음의 기울기를 갖는 영역에서 발생된다고 알려져 있으며, 차륜과 레일간 마찰특성, 차륜, 레일 표면의 거칠기 등의 영향을 받는다고 알려져 있다[1].
실지 차량 실험 시 대차 내 스킬소음이 주요하게 발생하는 차륜은 어디인가?
1. 철도 차량 곡선 주행 시 스킬소음은 각 차륜의 근접소음 측정 결과 내측 전륜에서 가장 크게 발생하며, 해당 시간대에 차축의 저널박스에서도 횡방향 진동이 크게 나타난다.
곡선 스킬소음의 발생원인은 무엇인가?
도시철도 차량이 곡선구간 주행시 발생하는 스킬소음은 고주파수, 순음의 특성을 가지며 이 소음은 주요 환경 소음 문제 중 하나이다. 곡선 스킬소음의 발생원인은 차륜과 레일간 횡방향 접촉력-미끄러짐이 음의 기울기를 갖는 영역에서 발생된다고 알려져 있으며, 차륜과 레일간 마찰특성, 차륜, 레일 표면의 거칠기 등의 영향을 받는다고 알려져 있다[1]. 스킬소음의 발생 메커니즘을 체계적으로 파악하기 위해서 축소 스킬소음 시험장치를 제작하여, 스킬소음 실험의 외부 영향 배제, 발생인자 영향 분석 등이 진행되고 있다[2,3].
참고문헌 (6)
S. Hsu, Z. Huang, S. Iwnicki (2007) Experimental and theoretical investigation of railway wheel squeal, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 221(1), pp. 59-73.
S. Papini, L. Pugi, A. Rindi, E. Meli (2013) An integrated approach for the optimization of wheel-rail contact force measurement systems, Journal of Modern Transport, 21(2), pp. 95-102.
M. Janssens, H. Van Vliet, P. Koojiman, F. de Beer (2000) Curve squeal of rail bound vehicles, Part 3: measurement techniques for wheel/rail contact velocities and forces at squeal noise frequencies, Proceedings of the Internoise 2000, Nice, France, pp. 27-30.
N. Vincent, J. Koch (2006) Curve squeal of urban rolling stock-part 1: state of the art and field measurements, Journal of Sound and Vibration, 293, pp. 691-700.
Y. Choi, J. Koo, W. You, H. Koh (2009) A Study on the noise characteristics of subway train, Journal of the Korean Society for Railway, 12(3), pp. 329-334.
A. Matsumoto, Y. Sato, H. Ohno (2005) Improvement of bogie curving performance by using friction modifier to rail/wheel interface verification by full-scale rolling stand test, Wear, 258, pp. 1201-1208.
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