[논문]신형전동차 대차프레임 하중시험결과 분석 연구

김원경; 윤성철; 전창성

신형전동차 대차프레임 하중시험결과 분석 연구
A Study on Analysis of Load Test Result of Bogie Frame for New Electrical Multiple Unit 원문보기

김원경 (한국철도기술연구원) , 윤성철 (한국철도기술연구원) , 전창성 (한국철도기술연구원)

This paper describes the results of structure analysis and load test of a bogie frame. The purpose of the test is to evaluate the safety and functionality of the bogie frame under maximum load. The bogie system consist of the bogie frame, suspensions, whee/sets, a brake system and a transmission system. Of these components, the bogie frame is the major component subjected to the vehicle and passenger loads. The evaluation method used the JIS E 4207 specifications throughout static load test. The test results have shown the bogie frame to be safe under design load conditions.

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문제 정의

주행장치는크게대차프레임 , 차륜및차축 , 1차 2 차 현가장치 , 제동장치 , 전동기 및 동력전달장치 등으로 구성되며 , 대차의 구조물이라 할 수 있는 data-checked="false">대차프레임은형상이복잡하고하중을직접지지할뿐만아니라하중조건도정적및동적하중이복합적으로작용하고 있어 , 차체자중및승객하중에의한정하중과곡선주행 , 제 동시 발생하는 준 정적하중 및 불규칙한 선로와차체 , 주행장치 , 윤축의운동모드에의한동하중을받고있다. data-checked="false">본연구에서는새로개발된주행장치의주요구성품인대차프레임에대한하중시험결과분석을통해피로강도를확인하여대차의구조안전 성을 평가하고자 한다.

제안 방법

대차 프레임의 구조해석 결과를 참고하여 각 하중조건에서높은응력이예상되는부위와형상변화등에의한응력집중이예상되는부위에스트레인게이지를부착하여수직하중 , 비틀림하중 , 전후하중 , 좌우 하중 , 구동장치하중 , 주전동기하중 , 브레이크하중을측정하였다 . 스트레인 게이지는 대차 프레임의 대칭성을 고려하여 1/2 부분에집중적으로취부하였으며 , 중량은표 1 과같으며하중시험장치는그림 1 과 같다.
대차프레임에 작용하는 하중은 성능시험의 대차시험에따라다음과 같이계산되며표의3하중조건을 적용하여 하중시험을 수행하였다.
대차 프레임의 구조해석 결과를 참고하여 각 하중조건에서높은응력이예상되는부위와형상변화등에의한응력집중이예상되는부위에스트레인게이지를부착하여수직하중 , 비틀림하중 , 전후하중 , 좌우 하중 , 구동장치하중 , 주전동기하중 , 브레이크하중을측정하였다 . 스트레인 게이지는 대차 프레임의 대칭성을 고려하여 1/2 부분에집중적으로취부하였으며 , 중량은표 1 과같으며하중시험장치는그림 1 과 같다.
시험결과 응력을 조합응력으로 환산하여 피로내구선도를 이용하여 무한수명여부를 판정한다. 조합응력은 평균응력과 응력진폭으로 구분되며 다음과 같이 계산된다.
조합된 평균응력과 응력진폭의 분포를 주행시와 제동시로 구분하여 나타내었다 . 용접부 , 용접 후 그라인딩 부 , 모재부에서의 평균응력과 응력진폭이 모두 피로내구선도상의 안전영역에 위치하고 있다.
하중시험에적용된하중조건은도시철도차량의성능시험에관한기준을우선적용하여수직하중 비, 틀림하중 , 전후하중 , 좌우하중 , 구동장치하중 , 주전동기하중 , 브레이크 하중의 시험 하중에 대한 하중시험을수행하였으며 , 구조해석 결과를 참고하여 각 하중 조건에서 높은응력이예상되는부위에스트레인게이지를 부착하여 도시철도차량의 성능시험에 관한 기준에 의거하여 성능시험을 수행하였다.

대상 데이터

아래그림과같이각하중조건에서높은응력이예상되는부위에 67 개의스트레인게이지를취부하였다 .

성능/효과

1) 최대응력 발생부위는 수직하중시 side frame 의 primary spring 에서 -18.32 ㎏ f/ ㎟ , 비틀림 하중 시 side frame 의 primary spring 에서 14.22 ㎏ f/ ㎟ 으로 사용재질의 항복응력의 이내에 포함된다. .
2) 조합응력에서용접부 , 용접후그라인딩부 , data-checked="false">모재부에서의평균응력과응력진폭이모두피로내구선도상의안전영역에위치하고있어대차프레임은조합하중에대한피로강도를만족하는것으로판단된다. 이상의결과로부터신형전동차대차프레임은충분한정적강도와피로강도를갖고있는것으로판단된다.
이상의결과로부터신형전동차대차프레임은충분한정적강도와피로강도를갖고있는것으로판단된다.

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