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축상스프링 노화에 따른 탈선안전도 영향 분석
Analysis of Influence on Derailment due to Primary Spring Aging 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.20 no.3 = no.100, 2017년, pp.320 - 328  

허현무 (Korea Railroad Research Institute) ,  신유정 (Korea Railroad Research Institute) ,  유원희 (Korea Railroad Research Institute) ,  박준혁 (Korea Railroad Research Institute)

초록
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철도차량에 폭 넓게 적용되고 있는 축상고무스프링의 노화에 따른 탈선안전도 영향을 분석하고자 노화 축상고무스프링 시료를 대상으로 특성시험을 수행하였다. 그리고 축상고무스프링 노화가 탈선 안전에 미치는 영향을 분석하기 위하여 주행 동특성 해석을 수행하였다. 사용연수 17년이 지난 롤고무 축상스프링 시료를 대상으로 한 상하방향 특성시험결과, 고무 노화로 인하여 변위 복원기능이 저하되었고 스프링강성이 현저히 증가하였다. 그리고 EN14363규격 적용 twist궤도 주행 시를 모사한 주행동특성 해석결과, 정상 차량모델(Case1)에 비하여 노화 축상스프링 특성을 적용한 차량모델(Case2)의 탈선계수와 윤중감소가 증가하여 탈선안전도는 저하하였다. 특히 급격한 선형 변동이 발생하는 천이구간 주행 시 윤중감소로 인한 탈선안전도는 취약하게 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to analyze the influence on derailment safety according to the aging of primary rubber springs widely applied to railway vehicles, characteristic tests were carried out on aged primary rubber spring samples. To analyze the effect of primary rubber spring aging on derailment safety, a vehicl...

주제어

#축상고무스프링   #노화   #탈선   #윤중감소   #안전  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 축상스프링 노화로 인한 차량 탈선안전도에 미치는 영향을 분석하고자 한다. 이를 위하여 노화 축상스프링 시료 샘플을 대상으로 특성시험을 수행하여 특성변화를 분석하였다.
  • 철도차량에 폭 넓게 적용되고 있는 축상고무스프링의 노화에 따른 탈선안전도 영향을 분석하고자 노화 축상고무스프링 시료를 대상으로 특성시험을 수행하였다. 그리고 축상고무스프링 노화가 탈선 안전에 미치는 영향을 분석하고자 차량 주행동특성 해석을 수행하였다.

가설 설정

  • 그리고 노화 축상스프링 특성변화에 의한 순수한 윤중에 미치는 영향을 분석하고자 궤도틀림은 설정하지 않았다. R200 궤도모델은 저속 이상의 영업속도에서의 주행안전성을 검토하고자 on-track test의 여러 시험조건 중 급곡선 통과 시를 가정한 궤도모델로서 실궤도 중 R200 곡선에 해당하는 구간을 샘플링하여 모델링하였으며 Fig. 10과 같다.
  • 궤도모델은 EN14363 4.1.3.1에 명시된 Twisted test track 모델과 급곡선 구간인 곡률반경 200m인 R200 궤도모델로 가정하였다. Fig.
  • 주행 동특성 해석을 위한 해석프로그램은 철도차량 다물체동역학 전용 해석프로그램인 VAMPIRE(Vehicle dynAmic Modelling Package In a Railway Environment)를 사용하였다. 차량모델은 도시철도차량 1량을 대상으로 하였으며 기존 전동차 모델(Case1)과 노화 축상스프링 특성을 가정한 전동차 모델(Case2)의 2가지 경우를 가정하여 해석을 수행하였다. Table 3은 차량모델에 대한 주요 물성치를 나타낸다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
철도차량은 언제 탈선사고가 날 수 있는가? 철도차량은 레일 위를 상시 접촉하며 주행하여야 하나 분기기 구간과 같이 급격한 선형 및 구배 변동이 일어나는 구간에서는 차륜의 윤중 감소에 의한 탈선사고가 발생할 수 있다. 이는 일반적인 2축대차가 정상적인 선로를 주행할 경우, 대차 내 4개의 차륜이 레일에 상시 접촉하고 윤중이 균일하게 분포하여 차륜 레일간 4점 접촉의 안정된 거동을 보이고 있는 반면, 급격한 선형 및 구배 변동이 일어나는 천이구간에서는 차륜 레일간 3점 접촉현상이 발생 할 가능성이 있다.
사용연수 17년이 지난 롤고무 축상스프링 시료를 대상으로 한 상하방향 특성시험결과는 어떠한가? 그리고 축상고무스프링 노화가 탈선 안전에 미치는 영향을 분석하기 위하여 주행 동특성 해석을 수행하였다. 사용연수 17년이 지난 롤고무 축상스프링 시료를 대상으로 한 상하방향 특성시험결과, 고무 노화로 인하여 변위 복원기능이 저하되었고 스프링강성이 현저히 증가하였다. 그리고 EN14363규격 적용 twist궤도 주행 시를 모사한 주행동특성 해석결과, 정상 차량모델(Case1)에 비하여 노화 축상스프링 특성을 적용한 차량모델(Case2)의 탈선계수와 윤중감소가 증가하여 탈선안전도는 저하하였다.
차륜 레일간 3점 접촉현상이 발생하는 이유는 무엇인가? 이러한 현상은 천이구간에서 캔트나 완화곡선 길이 변화에 대한 충분한 체감율이 적용되지 않은 선로의 구조적 특성과 관련된 요인과 차량 축상지지장치의 상하방향 특성에 기인한 요인이 있다. 특히 1차현가장치 축상스프링의 노화로 인한 스프링 복원기능이 저하되면 천이구간 주행 시 차륜 들림현상으로 인하여 차륜 레일간 3점 접촉현상이 발생하여 윤중감소로 인한 탈선안전도를 저하시킬 수 있다[1]. 최근 철도차량에서 폭 넓게 적용되고 있는 1차현가 축상고무스프링의 경우, 장기간 사용으로 인한 노화로 크립이 증가하고 경화되어 축상스프링 상하방향 복원기능이 현저히 저하하여 탈선 안전도에 악영향을 미칠 수 있다[2-4].
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참고문헌 (7)

  1. K.J. Woo, S.Y. Jeong, Y.W. Kim (2015) A study on the wheel climbing derailment of the degraded trains, Proceedings Conference of the Korean Society for Railway, Yeosu, Korea, pp. 559-566. 

  2. H.M. Hur, W.H. You, T.W. Park (2007) Analysis on the properties of conical rubber spring for railway rolling-stock, Proceedings Conference of the Korean Society for Railway, Busan, Korea, pp. 68-73. 

  3. H.M. Hur, J.H. Park, W.H. You, T.W. Park (2008) A study on the properties of the aged conical rubber spring for the railway rollingstock, 4th Asian Conference on Multibody Dynamics, Jeju, Korea, pp. 670-677. 

  4. M. Suzuki, A. Hamada, T. Shimomura (2004) Analysis of properties of three-layed conic rubber spring for axle-box supporting system, Railway Technical Research Institute Report, 18(10), pp. 9-14. 

  5. British Standards Institution (2005) Railway applications - Testing for the acceptance of running characteristics of railway vehicles - Testing of running behaviour and stationary tests, EN14363. 

  6. S. Iwnicki (2006) Handbook of Railway Vehicle Dynamics, CRC Press, NW, pp. 209-235. 

  7. Ministry of Land, Infrastructure and Transport (2014) Technical Specifications for Urban Railway Vehicles, KRTS-VE-Part51-2014(R1). 

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