The coefficient of derailment and the rate of wheel load reduction were used as the index of train running safety that was directly affected the train derailment safety. In aspects of track, the train running safety depends on the complex interaction between wheel and rail, and the track-vehicle con...
The coefficient of derailment and the rate of wheel load reduction were used as the index of train running safety that was directly affected the train derailment safety. In aspects of track, the train running safety depends on the complex interaction between wheel and rail, and the track-vehicle conditions (i.e., the curvature, cant, track system, vehicle speed and the operation conditions, etc). In this study, the relationship between the train running safety and the track curvature and vehicle speed for direct fixation concrete tracks currently employed in Korean light rapid transit was assessed by performing field tests using actual vehicles running along the service lines. The measured dynamic wheel load, lateral wheel load and lateral displacement of rail head were measured for same train running on four tested tracks under real conditions, which included curved and tangent tracks placed on the tunnel and bridge, thus increasing the train speed by approximately maximum design speed of each test site. Therefore, the measured dynamic track response was applied to the running safety analysis in order to evaluate the coefficient of derailment, the rate of wheel load reduction and the track gauge widening at each test site, and compare with the corresponding Korean train running safety standard. As the results, the lateral track response of direct fixation concrete track appeared to increase with the decreased track curvature; therefore, it was inferred that the track curvature directly affected the train running safety.
The coefficient of derailment and the rate of wheel load reduction were used as the index of train running safety that was directly affected the train derailment safety. In aspects of track, the train running safety depends on the complex interaction between wheel and rail, and the track-vehicle conditions (i.e., the curvature, cant, track system, vehicle speed and the operation conditions, etc). In this study, the relationship between the train running safety and the track curvature and vehicle speed for direct fixation concrete tracks currently employed in Korean light rapid transit was assessed by performing field tests using actual vehicles running along the service lines. The measured dynamic wheel load, lateral wheel load and lateral displacement of rail head were measured for same train running on four tested tracks under real conditions, which included curved and tangent tracks placed on the tunnel and bridge, thus increasing the train speed by approximately maximum design speed of each test site. Therefore, the measured dynamic track response was applied to the running safety analysis in order to evaluate the coefficient of derailment, the rate of wheel load reduction and the track gauge widening at each test site, and compare with the corresponding Korean train running safety standard. As the results, the lateral track response of direct fixation concrete track appeared to increase with the decreased track curvature; therefore, it was inferred that the track curvature directly affected the train running safety.
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문제 정의
또한 중량의 전동차량을 사용하는 일반적인 도시철도 보다 가벼운 경량 전동차량을 사용하고 열차편성 또한 축소운영되는 경전철의 경우 하중측면에서의 궤도부담력은 상대적으로 여유가 있으나 동적인 윤중의 증감 또는 횡압의 증감에 직접적인 영향을 받는 탈선계수 및 윤중감소 등에 의한 열차주행안전성 측면에서는 열차하중이 작다고 하여 안전성을 담보할 수는없다. 따라서 본 연구에서는 경량 전동차량을 사용하는 도시철도 직결식 콘크리트 궤도구조를 대상으로 노반구조형식별(터널, 교량) 선형조건 변화 및 열차속도변화에 따른 열차 주행안전성을 평가하였다. 현장측정을 통해 획득한 동적 윤중과 횡압을 이용하여 열차주행안전성 평가의 기준이 되는 탈선계수와 윤중감소율을 산정하여 국내, 외 기준치와 비교함으로써 대상선로의 열차주행안전성을 평가하였다.
본 연구에서는 도시철도 직결식 콘크리트 궤도구조의 열차주행안전성 평가를 위해 현장측정을 시행하였다. 현장측정 개소는 직, 곡선 터널 및 교량구간으로 총4개소로 선정하였다.
제안 방법
현장측정을 통해 획득한 동적 윤중과 횡압을 이용하여 열차주행안전성 평가의 기준이 되는 탈선계수와 윤중감소율을 산정하여 국내, 외 기준치와 비교함으로써 대상선로의 열차주행안전성을 평가하였다. 또한, 열차주행 시궤간의 확대로 인한 열차의 탈선영향을 평가하기 위해 내, 외측 레일 두부횡변위 측정결과를 이용하여 주행열차 하중에 의한 동적 궤간확대수준을 평가하였다.
본 연구는 경전철 도시철도 직결식 콘크리트 궤도구조를 대상으로 수행한 증속시험결과를 바탕으로 직,곡선 궤도구조의 열차주행안전성을 평가하였으며 평가결과를 국내․외 관련기준과 비교하여 다음과 같은결론을 도출하였다.
본 연구에서 사용한 시험차량은 철도안전법 시행규칙 제75조(철도종합시험운행 시행지침 제13조)에 의거하여 차량의 전반적인 성능이 검증된 영업시운전 차량1편성(Table 3 참조)을 대상으로 시행한 시험결과로써 차량에 의한 시험변수를 최소화하고 선로조건변화에 따른 궤도측면에서의 열차주행안전성을 입증하고자 현장측정을 계획하였다1).
특히, 해당노선의 곡선부 중 최소곡선반경인 R=100 m 구간을 측정구간에 포함하여 현장측정을 실시하였다. 열차속도변화에 따른 열차주행안전성을 평가하기 위해 각각의 측정구간별 설계 최고 속도대역까지 단계별 증속시험(10~80 km/h)을 수행함으로써 증속에 따른 열차주행안전성을 분석하였다.
따라서 본 연구에서는 경량 전동차량을 사용하는 도시철도 직결식 콘크리트 궤도구조를 대상으로 노반구조형식별(터널, 교량) 선형조건 변화 및 열차속도변화에 따른 열차 주행안전성을 평가하였다. 현장측정을 통해 획득한 동적 윤중과 횡압을 이용하여 열차주행안전성 평가의 기준이 되는 탈선계수와 윤중감소율을 산정하여 국내, 외 기준치와 비교함으로써 대상선로의 열차주행안전성을 평가하였다. 또한, 열차주행 시궤간의 확대로 인한 열차의 탈선영향을 평가하기 위해 내, 외측 레일 두부횡변위 측정결과를 이용하여 주행열차 하중에 의한 동적 궤간확대수준을 평가하였다.
대상 데이터
Fig. 1(a)와 같이 도시철도법에서 제시하고 있는 측정방법을 준용하여 측정구간별 총 6개의 측점을 구성하고 측점간의 거리는 1.95 m를 확보하여 현장측정을 수행하였다1,3,7). 측정항목으로는 윤중, 횡압 및 레일두부횡변위를 측정하였다.
본 연구에서는 도시철도 직결식 콘크리트 궤도구조의 열차주행안전성 평가를 위해 현장측정을 시행하였다. 현장측정 개소는 직, 곡선 터널 및 교량구간으로 총4개소로 선정하였다. 특히, 해당노선의 곡선부 중 최소곡선반경인 R=100 m 구간을 측정구간에 포함하여 현장측정을 실시하였다.
이론/모형
또한 열차주행에 따른 과대횡압 작용 시 레일의 이동 및 기울어짐 현상이 발생하며, 이는 순간적인 궤간확대를 초래하여 레일사이에 차륜이 이탈하여 탈선이 발생될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 도시철도법(도시철도시설성능시험기준, 2009)에 제시되어 있는 열차주행에 따른 동적 궤간확대량 허용기준치(레일두부횡변위 한계치) 4 mm를 궤간확대에 따른 탈선영향 평가의 검토기준으로 적용하였다1,3).
2로 제시하였다6). 본 연구에서는 차체진동을 고려한 차량전복에 대한 동적 윤중 감소율의 한계치를 국외의 선행연구결과 보다 다소 보수적인 기준을 적용하기 위해 국내 도시철도법(도시철도시설성능시험기준, 2009)에서 제시한 기준값인 0.13을 적용하였다2,3).
따라서 현재 국내에는 열차주행안전성 평가의 근거로 제시할 만한 유효한 관련 법령이 없는 실정이다. 이에 본 연구에서는 현재는 삭제된 기준이나 최근까지도 일반적으로 사용되고 있는 Table 1의 도시철도법 궤도성능시험 평가기준(도시철도시설성능시험기준, 2009)을 비롯하여 최근에 발표된 국내, 외 연구결과를 바탕으로 본 연구의 열차주행안전성 평가기준의 근거로써 활용하였다.
성능/효과
1) 실 운행차량(시운전 차량)을 이용한 탈선계수, 윤중 감소율 및 궤간확대안전성 검토결과, 측정구간 모두 측정치가 관련기준치를 만족하는 것으로 나타나 대상선로의 주행속도 및 궤도선형 측면에서 열차주행안전성을 충분히 확보하고 있는 것을 실험적으로 입증하였다.
2) 본 연구에서 검토한 탈선계수 및 윤중감소는 환경요인에 따른 차륜과 레일간의 마찰계수 변화, 차륜과 레일의 마모에 따른 접촉각 변화, 열차속도 변화 및 궤도지지강성의 변화 등 다양한 요인에 의해 공용기간중 변동이 가능하다.
대상구간의 측정 위치별 속도변화에 따른 탈선계수평가결과, Fig. 5(a)와 같이 열차의 속도변화에 따른 탈선계수 증가 경향이 뚜렷하지 않았으며, 4개소 모두 임계탈선계수 0.8보다 하회하는 수준으로 나타나 대상구간에서의 열차 증속에 따른 열차 주행안정성 확보에는 큰 문제가 없을 것으로 판단된다.
따라서 교량 곡선부(Section 4)의 운행속도는 내, 외측 궤도부담력의 균형 및 열차주행안전성 측면에서 적정한 것으로 분석되었다.
따라서 선형조건에 적합하지 않은 속도대역으로 열차 주행 시 이러한 과도한 궤도부담력이 장기적인 궤도변형 및 열차주행안전에 직접적인 영향을 미칠 수있으므로 해당선로의 선형조건에 적합한 적정 속도로 열차가 주행하는 것이 곡선부 열차주행안전 확보를 위해 중요할 것으로 판단된다.
또한 동적 윤중감소율 측면에서 검토한 열차주행안전성 평가 결과, Fig. 5(b)와 같이 측정된 모든 열차에서 국내기준치인 0.13을 모두 만족하는 것으로 나타났으며 열차 속도변화에 따른 편차 역시 미소한 것으로분석되었다.
증속시험의 최저속도인 10 km/h에서 가장 뚜렷한 과캔트 현상이 나타났으며 해당구간의 선형에 적합한 속도대역(60 km/h)으로 증속주행 할수록 내․외측 궤도부담력의 편차가 줄어들어 균형캔트 상태를 나타내는것으로 분석되었다.
후속연구
따라서 궤도구조의 구조적 안전성 및 열차주행안전성을 확보하기 위해서 영업차량을 대상으로 정기적인시험을 수행하여 철도안전확보를 위한 궤도성능 및 열차주행안전성을 모니터링하는 것이 필요할 것으로 판단된다.
또한 본 연구에서 수행한 증속시험은 개통전 시운전차량을 이용한 실험이었으므로 탑승객 중량이 제외된 차량의 중량만을 고려하여 산출된 결과로써 추후 실제탑승객의 중량까지 고려한다면 동적 윤중의 수준은 보다 더 낮아질 것이므로 동적 윤중감소 수준은 관련기준치에 보다 큰 여유를 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
탈선계수란?
탈선이 시작될 때에 차륜은 플랜지부분에서 레일과 한 점에서 접촉하면서 레일을 올라타게 되며 올라탐이 발생하는 횡압과 윤중의 비를 탈선계수(Coefficient ofderailment, Q/P)라 하며 이를 이용하여 과대횡압에 의한 또는 과소윤중에 의한 열차의 올라탐 탈선을 평가한다. 일반적으로 일본과 국내에서는 한계탈선계수 0.
탈선계수를 이용하여 무엇을 평가하는가?
탈선이 시작될 때에 차륜은 플랜지부분에서 레일과 한 점에서 접촉하면서 레일을 올라타게 되며 올라탐이 발생하는 횡압과 윤중의 비를 탈선계수(Coefficient ofderailment, Q/P)라 하며 이를 이용하여 과대횡압에 의한 또는 과소윤중에 의한 열차의 올라탐 탈선을 평가한다. 일반적으로 일본과 국내에서는 한계탈선계수 0.
철도종합시험운행 시행지침 제13조는 어떠한 시험항목인가?
현행 국내 철도안전법 철도종합시험운행 시행지침 제13조와 관련하여 시설물검증시험 점검항목이 제시되어 있으며 열차주행안전성에 관한 시험항목 및 평가내용은 차량과의 연계성 부분에 증속 및 선로최고속도 주행시험으로 제시되어 있다1). 더욱이 해당지침은 고속철도에 한하여 차륜 및 레일프로파일이 변동된 경우에만 선택적으로 시행되는 시험항목이다1). 또한 궤도분야에서의 시험항목으로는 윤중, 횡압 및 궤도변위 등을 측정하는 궤도성능검증시험이 제시되어 있으나 이 역시 고속철도의 경우에만 필수사항이고 일반철도의 경우에는 차량과의 연계성 및 궤도검측 결과를 토대로 취약구간에만 제한적으로 적용될 수 있는 실정이다1).
참고문헌 (7)
Republic of Korea, Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Enforcement of Railway Comprehensive Testing Operations, 2015.
M. K. Kim, B. G. Eom and H. S. Lee, "Running Safety Analysis of Railway Vehicle Passing through Curve Depending on Rail Inclination Change", The Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Vol. 23, No. 3, pp. 199-208, 2013.
Y. G. Park, J. Y. Choi, D. Y. Sung and D. S. Chun, "Characteristics of Curved Track Behaviors According to Traveling Tilting Train", Journal of the Korean Society for Railway, Vol. 10, No. 6, pp. 692-700, 2007.
J. S. Koo and H. S. Oh, "Study of Influence of Wheel Unloading on Derailment Coefficient of Rolling Stock", The Korean Society of Mechanical Engineers, Vol. 37, No. 2, pp. 177-185, 2013.
J. T. Oh and T. S. Kwon, "A Study on the Assessment of Derailment Factor for the Enhancement of Train Running Safety", Spring Conference & Annual Meeting of the Korean Society for Railway, Changwon, Vol. 2010, No. 5, pp. 210-217, 2010.
K. Wang, C. Huang, W. Zhai and P. Liu, S. Wang, "Progress on Wheel-rail Dynamic Performance of Railway Curve Negotiation", Journal of Traffic and Transportation Engineering, Vol. 1, Issue 3, pp. 209-220, 2014.
J. Y. Choi, "Qualitative Analysis for Dynamic Behavior of Railway Ballasted Track", Technische Universitat Berlin, Ph.D thesis, 2014.
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