A segmented scissors type switch has been developed for the urban transit maglev demonstration line to be commercialized near Incheon International Airport in 2013. Based on the design of the previous segmented 3-way switch, the scissors switch is composed of four segmented 2-way switches up/down an...
A segmented scissors type switch has been developed for the urban transit maglev demonstration line to be commercialized near Incheon International Airport in 2013. Based on the design of the previous segmented 3-way switch, the scissors switch is composed of four segmented 2-way switches up/down and left/right and a turn table in the mid point. The main function of the scissors switch is to change the running direction of the train at end terminals. The developed scissors switch is planned to be installed in front of the 102 station, which has a side platform, of the demonstration line. The total length of the switch is 65m and the distance between the up and down track centerlines is 6m. The 2-way switches and turn table are made of steel box type beams, and have their own driving unit, locking unit, control unit, levitation and propulsion rails, and so on. Installed in the factory, a 100,000-cycle continuous operation test was carried out after manual and automatic test operations. The applicapability of the developed switch was verified through the measurements of the linearity of the track after repetitive operations, the mechanical operation noise, the load of the main driving motor, the safety of the control panel, the natural frequency of the girder, the deformation of the girder, and so on.
A segmented scissors type switch has been developed for the urban transit maglev demonstration line to be commercialized near Incheon International Airport in 2013. Based on the design of the previous segmented 3-way switch, the scissors switch is composed of four segmented 2-way switches up/down and left/right and a turn table in the mid point. The main function of the scissors switch is to change the running direction of the train at end terminals. The developed scissors switch is planned to be installed in front of the 102 station, which has a side platform, of the demonstration line. The total length of the switch is 65m and the distance between the up and down track centerlines is 6m. The 2-way switches and turn table are made of steel box type beams, and have their own driving unit, locking unit, control unit, levitation and propulsion rails, and so on. Installed in the factory, a 100,000-cycle continuous operation test was carried out after manual and automatic test operations. The applicapability of the developed switch was verified through the measurements of the linearity of the track after repetitive operations, the mechanical operation noise, the load of the main driving motor, the safety of the control panel, the natural frequency of the girder, the deformation of the girder, and so on.
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문제 정의
본 논문에서는 국내에서는 처음으로 개발된 도시형 자기부상열차용 시저스분기기의 개발현황과 공장 내 설치 및 성능시험 결과에 대하여 논의코자 한다.
제안 방법
도시형 자기부상열차에 적용되는 분기기는 관절식으로 시범노선에는 2방향 분기기 2조와 3방향 분기기 4조, 2방향+2방향 건넘선 분기기 2조, 2방향+3방향 건넘선 분기기 1조, 시저스 분기기 1조 등이 적용되어진다. 도시형 자기부상열차 실용화사업의 보완연구를 통하여 3방향 분기기와 시저스 분기기가 개발되었으며, 3방향 분기기는 성능입증을 위하여 기계연 시험선에서 다양한 시험을 수행하였다.
따라서 이러한 단점을 보완하기 위하여 그림 8에 보이는 것과 같이 거더의 굴절부에 링크장치를 활용하여 부상레일이 거더 굴절각인 2.3°의 절반인 1.15°만큼만 굴절되도록 구성된 각도완화장치를 적용하였다.
시저스분기기 거더들에 대한 고유진동수를 측정하였다. 측정대상은 시작단 고정거더와 이동부 단경간거더 2개, 이동단 장경간거더 1개, 턴테이블거더, 끝단 고정거더를 대상으로 하였으며, 이동단 장경간거더를 제외한 모든 거더들은 길이가 짧기 때문에 200Hz 내외의 고주파수를 갖고 있으므로 자기부상열차의 제어에 문제가 발생치 않음을 확인하였다.
시저스분기기를 구성하고 있는 2방향 분기기 4조와 중앙부 턴테이블에 대하여 구동시험시 동작의 이상 유무를 측정하였다. 측정대상은 연속동작 작동상태와 접점신호, 위치결정 센서신호, Fault 신호, 분기 완료 신호, 구동모터 작동 신호, 잠금장치용 파워실린더 작동 신호돠 제어반의 조작스위치와 표시 램프의 이상 유무, 결선상태 등을 측정하였다.
시저스분기기를 구성하고 있는 거더 구조물에 대하여 연속동작시험이 완료된 후 거더의 변형량을 측정하였다. 측정대상은 시저스분기기를 구성하고 각 거더의 평면상태와 측면직진상태를 측정하였으며, 측정장비는 최소 측정단위가 0.
시저스분기기에 대한 연속동작시험은 각각의 2방향 분기기를 턴테이블과 연계하여 각각의 이동거더들이 10만회씩 수행되도록 하였다. 직선에서 곡선으로 전환할 때의 동작시간은 18초였으며, 한 곡선에서 다른 곡선으로 전환할 때에는 48초가 소요된다.
시저스분기기의 동작 완료 후 부상레일 측면부의 횡방향 변위를 측정하였다. 일반 궤도부 이음매구간에서의 횡방향 변위의 허용량은 0.
시저스분기기의 동작시에 포터블소음계를 사용하여 소음측정을 수행하였다. 동작시 소음은 잠금장치가 작동할 때에 잠금장치용 파워실린더에서 가장 크게 나타났으며 65dB 이하로 계측되어, 도시형 자기 부상열차 실용화사업에서 요구하는 65dB 이하를 만족시킴을 입증하였다.
대상 데이터
턴테이블에는 1조의 회전거더가 적용되며, 턴테이블의 상하부에 고정거더가 각각 1조씩 설치된다. 거더는 높이가 1.4m 거더의 박스형 강재로 제작되며 상부에 전자석과 선형유도전동기의 대향면으로 사용되는 부상레일과 추진레일이 설치되어 진다. 이동부에서 각각의 거더들은 2.
시저스분기기의 턴테이블구간은 그림 9에 보이는 것처럼 약 4.6m의 단경간거더의 양끝단을 롤러로서 지지토록 하였고 주구동모터에 감속기를 연결하여 13.8° 회전토록 구성하였다.
시저스분기기 거더들에 대한 고유진동수를 측정하였다. 측정대상은 시작단 고정거더와 이동부 단경간거더 2개, 이동단 장경간거더 1개, 턴테이블거더, 끝단 고정거더를 대상으로 하였으며, 이동단 장경간거더를 제외한 모든 거더들은 길이가 짧기 때문에 200Hz 내외의 고주파수를 갖고 있으므로 자기부상열차의 제어에 문제가 발생치 않음을 확인하였다. 이동단 장경간거더는 1차 고유진동수 10Hz로서 차체의 고유진동수인 15Hz와는 분리되어 있음을 알 수 있다.
시저스분기기를 구성하고 있는 거더 구조물에 대하여 연속동작시험이 완료된 후 거더의 변형량을 측정하였다. 측정대상은 시저스분기기를 구성하고 각 거더의 평면상태와 측면직진상태를 측정하였으며, 측정장비는 최소 측정단위가 0.001mm인 LEICA Absolute Tracker를 사용하였다.
시저스분기기를 구성하고 있는 2방향 분기기 4조와 중앙부 턴테이블에 대하여 구동시험시 동작의 이상 유무를 측정하였다. 측정대상은 연속동작 작동상태와 접점신호, 위치결정 센서신호, Fault 신호, 분기 완료 신호, 구동모터 작동 신호, 잠금장치용 파워실린더 작동 신호돠 제어반의 조작스위치와 표시 램프의 이상 유무, 결선상태 등을 측정하였다. 측정결과 시저스분기기의 동작시 모든 구성품들이 오동작 없이 제대로 동작하고 있음을 확인하였다.
성능/효과
시저스분기기의 동작시에 포터블소음계를 사용하여 소음측정을 수행하였다. 동작시 소음은 잠금장치가 작동할 때에 잠금장치용 파워실린더에서 가장 크게 나타났으며 65dB 이하로 계측되어, 도시형 자기 부상열차 실용화사업에서 요구하는 65dB 이하를 만족시킴을 입증하였다.
1mm 이내로 계측되었다. 따라서 10만회에 걸친 연속동작시험 후에도 거더의 변형은 발생치 않은 것으로 판정되었다.
시저스분기기의 경우 4조의 2방향 분기기가 2조씩 번갈아 가며 턴테이블과 선형을 설정하게 된다. 부상레일 측면부에 다이얼게이지를 설치하여 횡방향 변위를 측정하였으며, 횡방향 변위 측정량은 최대 0.3mm 이하로 설치한도를 만족시킴을 확인하였다.
측정대상은 연속동작 작동상태와 접점신호, 위치결정 센서신호, Fault 신호, 분기 완료 신호, 구동모터 작동 신호, 잠금장치용 파워실린더 작동 신호돠 제어반의 조작스위치와 표시 램프의 이상 유무, 결선상태 등을 측정하였다. 측정결과 시저스분기기의 동작시 모든 구성품들이 오동작 없이 제대로 동작하고 있음을 확인하였다.
후속연구
금번에 개발된 시저스 분기기는 선로의 중심간격이 좁은 구간에 적용되는 제품으로서 선로의 중심간격이 6m이고 시범노선의 102 정거장 인근에 설치되도록 되어 있다. 시저스분기기에 대한 설계와 공장 내 설치를 통한 연속 동작시험과 고유진동수 측정, 소음측정, 반복정밀도 측정, 동작시 구성품들의 이상 유무를 측정함으로써 시저스분기기에 대한 사용성을 입증하였고 이로 인하여 인천국제공항 인근에 설치되는 도시형 자기부상열차 시범 노선 건설사업의 성공적 수행과 도시형 자기부상열차가 대중교통 수단으로써 제 역할을 수행하는데에 있어 일조를 할 수 있을 것으로 기대되어 진다.
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