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제안 방법
- Aluminum 대차프레임에 대한 시험은 국내에서 규정 되어 있지 않은 관계로 본 시험에서는 표1의 하중조건을 바탕으로 JIS E 4207시험 규정에 따랐으며, 정하중 조건은 표2와 같이 Aluminum 대차에 작용하는 수직정하중, 좌우하중, 전후하중 3가지의 시험조건으로 수행하였다.
- 이미 소개한 바와 같이 Y Beam형 가이드레일에 적용할 수 있는 Aluminum 대차는 인천 월미모노레일을 통하여 세계 최초로 실용화 되었다. 대차가 보유해야 할 주행 성능, 승차감 및 내구성을 만족 시킨 것은 물론 경량화 성과까지 얻어냄으로서 Aluminum 대차 기술의 새로운 지평을 열었다 해도 과언이 아니라는 사실을 여러 종류의 해석과 시험 결과를 통해 입증시켰다. 앞으로 대차의 성능은 앞서 설명한 내용들 외에도 주행륜이 하중을 전달하는 노면과 안내‧안정륜의 하중을 전달하는 Y Beam의 구조 및 평탄도에 따라서 크게 차이가 날 수 있다는 점을 충분히 고려하여 종합적인 연구에 박차를 가할 것이며, 모노레일 대차기술이 발전해 나가야 할 방향을 제시하는데 앞장 설 것이다.
- 이와 같은 대차는 국내‧외적으로 적용된 사례가 없는 신기술로서 Air Spring을 2점 지지방식이 아닌 안정성과 승차감이 뛰어난 4점 지지방식을 적용하였으며, 주행륜 또한 고무타이어를 채택하여 승차감을 한층 더 증대시켰고 주행륜이 파손 되더라도 비상운행이 가능하도록 Run Plat 장치를 추가하여 차량의 안정성을 확보하였다. 안내와 안정 기능을 동시에 겸하는 4개의 안내륜은 우레탄을 사용하여 Air Spring 내부의 공기압력으로 Y Beam과 강한 결속력을 유지하는 반면 타이어와 Y Beam 레일의 접촉면을 최소화하여 주행성능을 향상시켰다. 그림2는 Y Beam형 대차의 구조이다.
- 중앙 안내방식의 모노레일은 개발 초기단계에서 부터 신개념 Y Beam 가이드 레일로 채택했고 기존 모노레일의 분리형 안내, 안정구조를 일체형으로 하여 안내와 안정 기능을 동시에 수행할 수 있도록 개발하였다. 이와 같은 대차는 국내‧외적으로 적용된 사례가 없는 신기술로서 Air Spring을 2점 지지방식이 아닌 안정성과 승차감이 뛰어난 4점 지지방식을 적용하였으며, 주행륜 또한 고무타이어를 채택하여 승차감을 한층 더 증대시켰고 주행륜이 파손 되더라도 비상운행이 가능하도록 Run Plat 장치를 추가하여 차량의 안정성을 확보하였다. 안내와 안정 기능을 동시에 겸하는 4개의 안내륜은 우레탄을 사용하여 Air Spring 내부의 공기압력으로 Y Beam과 강한 결속력을 유지하는 반면 타이어와 Y Beam 레일의 접촉면을 최소화하여 주행성능을 향상시켰다.
- 중앙 안내방식 대차의 동역학 해석에서 얻을 수 있는 하중이력을 이용하여 대차의 내구 강도를 평가하고 이를 바탕으로 Y Beam형 Aluminum 대차프레임의 내구평가 기준을 확립하기 위해 그림3과 같은 과정을 거쳐 Y Beam형 Aluminum 대차프레임 구조강도 및 내구해석 FE model을 이용하여 대차프레임 각각의 하드 포인트에 작용하는 하중분력 중 내구수명에 큰 영향을 미치는 하중을 찾아내고 어떤 조건에서 대차프레임이 취약한지를 판단하였다.
- 중앙 안내방식의 Aluminum 대차의 승차감을 향상시키기 위하여 4점지지 Air Spring 과 Y Beam형 우레탄 안내‧안정륜, 댐퍼, 현가장치 등이 실제 차량의 승차감에 어떤 영향을 미치는지 그 림8.의 KS R9160 철도차량의 진동 특성 측정 및 UIC 513R에 규정한 가중필터를 통과 시킨 후 통과한 신호를 매 5초마다 실효값(RMS)의 누적빈도분포에서 95%에 해당하는 각각의 Axp95, Ayp95, Azp95 를 구하여 시험을 진행 하였다.
- 중앙 안내방식의 모노레일은 개발 초기단계에서 부터 신개념 Y Beam 가이드 레일로 채택했고 기존 모노레일의 분리형 안내, 안정구조를 일체형으로 하여 안내와 안정 기능을 동시에 수행할 수 있도록 개발하였다. 이와 같은 대차는 국내‧외적으로 적용된 사례가 없는 신기술로서 Air Spring을 2점 지지방식이 아닌 안정성과 승차감이 뛰어난 4점 지지방식을 적용하였으며, 주행륜 또한 고무타이어를 채택하여 승차감을 한층 더 증대시켰고 주행륜이 파손 되더라도 비상운행이 가능하도록 Run Plat 장치를 추가하여 차량의 안정성을 확보하였다.
- 철 대차의 경우 그림5와 같은 선도를 응용하여 측정된 응력이 안전영역에 있는지 정의할 수 있으나 Aluminum 대차의 경우 피로 허용응력에 대한 데이터(문헌, 논문, 서적 등)가 부족하여 합당한 값을 적용하기 어렵고 Aluminum의 일반적인 피로한도(Endurance Limit)가 없으므로, 본 시험에서는 Aluminum에 대한 그림6의 등가 피로한도(Equivalent Endurance Limit)를 사용하여 "Fatigue Allowable Stress/Material"을 대체할 수 있을 것으로 판단하여 시험 결과를 도출하였다.
- 피로하중시험 또한 규정화되어 있지 않기 때문에 기존 철 대차의 시험방법인 UIC 615-4에서 규정하는총 1,000만회의 반복수하에 3단계로 구분되는 시험조건을 고려하여, 표4의 각 단계별 피로하중 조건에 대하여 그림7과 같이 시험을 수행하였다. 그 결과 모든 조건에 대하여 현재 Aluminum으로 개발된 중앙 안내방식 대차프레임은 시험규격을 만족하는 것으로 나타났다.
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