The 3 way segmented Maglev switch is developed for the urban Maglev vehicle, which is scheduled to debut at the middle of 2013 in Incheon International Airport. The 3 way switch is composed of 3 moving girders, 4 fixed girders, driving units, moving units, clamping units and articulated angle reliev...
The 3 way segmented Maglev switch is developed for the urban Maglev vehicle, which is scheduled to debut at the middle of 2013 in Incheon International Airport. The 3 way switch is composed of 3 moving girders, 4 fixed girders, driving units, moving units, clamping units and articulated angle relieving equipment etc. In this paper, the measured results on the interaction between vehicle and switch are discussed. The measured results are following; First, continuous moving test and natural frequency for girder and levitation rail. Second, levitation and lateral air gap of the bogies running on the curved switch. Third, noise of moving mechanical parts of the 3 way segmented switch. Forth, thermal displacement of the girder due to temperature change. With over the measured results, more reliability and stability of the 3 way segmented switch are secured.
The 3 way segmented Maglev switch is developed for the urban Maglev vehicle, which is scheduled to debut at the middle of 2013 in Incheon International Airport. The 3 way switch is composed of 3 moving girders, 4 fixed girders, driving units, moving units, clamping units and articulated angle relieving equipment etc. In this paper, the measured results on the interaction between vehicle and switch are discussed. The measured results are following; First, continuous moving test and natural frequency for girder and levitation rail. Second, levitation and lateral air gap of the bogies running on the curved switch. Third, noise of moving mechanical parts of the 3 way segmented switch. Forth, thermal displacement of the girder due to temperature change. With over the measured results, more reliability and stability of the 3 way segmented switch are secured.
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문제 정의
본 논문에서는 국내에서는 처음으로 개발된 도시형 자기부상열차용 관절식 3방향 분기기의 개발현황과 기계연 시험선에서의 성능시험 결과에 대하여 논의코저 한다.
기계연 시험선에 설치된 3방향 관절식 분기기에 대하여 동작성 검증과 신뢰성 확보를 위한 100만회의 연속동작시험을 수행하였고, 차량 통과시 거더의 처짐측정, 거더 구조물의 열팽창과 고유진동수 측정, 곡선으로 설정된 분기기에 차량 통과시 대차 횡방향변위 측정, 분기기 이동시 장경간거더 끝단부의 이동궤적 측정, 분기기 제어반 응답시험 등을 수행하였다. 시험결과 중 일부를 본 논문에서 논하고자 한다.
제안 방법
20kN/m인 공차 상태의 차량이 분기기를 통과시 이동단 거더들에 처짐을 측정하였다. 처짐측정을 위하여 공극센서를 그림 12와 같이 각각의 거더 중간 위치 중앙부에 설치하였고, 차량의 주행속도는 5km/h와 10km/h로 제한하였다.
그림 7은 곡선형태로 설정된 분기기에 진입하는 시범노선 적용 자기부상열차 시제차량의 사진을 보여주고 있다. 기계연 시험선에 설치된 3방향 관절식 분기기에 대하여 동작성 검증과 신뢰성 확보를 위한 100만회의 연속동작시험을 수행하였고, 차량 통과시 거더의 처짐측정, 거더 구조물의 열팽창과 고유진동수 측정, 곡선으로 설정된 분기기에 차량 통과시 대차 횡방향변위 측정, 분기기 이동시 장경간거더 끝단부의 이동궤적 측정, 분기기 제어반 응답시험 등을 수행하였다. 시험결과 중 일부를 본 논문에서 논하고자 한다.
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 6에 보이는 것과 같이 거더의 굴절부에 링크장치를 활용하여 부상레일이 거더 굴절각인 2.3°의 절반인 1.15°만큼만 굴절되도록 구성된 각도완화장치를 적용하였다.
100만회의 연속동작시험을 통하여 위치검지센서를 근접센서로 확정하였으며, 잠금장치의 체결핀을 수직과 수평방향을 완전히 구속할 수 있는 구조로 개선하였고, 끝단연결장치의 힌지구조를 개선하여 외팔보 끝단에서의 처짐을 최소화할 수 있도록 하였다. 또한 구조해석 및 차량의 주행시험을 통하여 장경간거더의 중앙부에 설치되어 있던 잠금장치를 제외시켜 구조의 단순화를 도모하였다.
분기기 거더 구조물의 열팽창을 측정하기 위하여 그림 8과 같은 계측장비와 계측 모니터링시스템을 구축하였고, 그림 9와 같이 거더 구조물의 길이방향과 수직방향의 열팽창 변화량 측정장치를 설치하였다. 계측 및 측정장비로는 BI-LTEM100 측정기구, PC, 모니터, Themocouple, 온도계, LVDT, C-Clamp, Magnet Base를 사용하였다.
분기기 거더들과 대차 전자석의 공진해석을 위하여 임팩트 테스트를 통한 거더들의 고유진동수 측정을 수행하였다. 그림 11은 장경간거더에 대한 1차 고유진동수 측정 및 모달해석결과를 나타낸 것이다.
분기기의 끝단부에는 설치시에 고정부와의 좌우레벨 차이를 보정해주거나, 추후 구조물의 변형시 선형 및 상대높이 조정을 용이토록 하기위하여 외팔보 형태의 힌지구조물인 끝단연결장치를 적용하였다.
연속동작시험은 크게 2회에 나누어 실시하였다. 2008년 5월부터 2009년 6월까지 경남 산청군 소재 (주)대명엔지니어링에서 42만회의 연속동작시험을 수행하면서 3방향 분기기 시작품의 불합리한 기구부를 개선하였다.
잠금장치의 구동원인 파워실린더의 동작회수에 따른 수명평가를 수행하였고, 이송롤러의 형태 및 설치각도에 따른 소음 감소방안을 마련하였다.
대상 데이터
연속동작시험은 크게 2회에 나누어 실시하였다. 2008년 5월부터 2009년 6월까지 경남 산청군 소재 (주)대명엔지니어링에서 42만회의 연속동작시험을 수행하면서 3방향 분기기 시작품의 불합리한 기구부를 개선하였다. 2009년 말에는 기계연 시험선에 개선된 3방향 분기기를 이설하여 2010년 3월부터 2011년 1월까지 58만회의 연속동작시험을 수행하여 총 100만회를 달성하였다.
분기기 거더 구조물의 열팽창을 측정하기 위하여 그림 8과 같은 계측장비와 계측 모니터링시스템을 구축하였고, 그림 9와 같이 거더 구조물의 길이방향과 수직방향의 열팽창 변화량 측정장치를 설치하였다. 계측 및 측정장비로는 BI-LTEM100 측정기구, PC, 모니터, Themocouple, 온도계, LVDT, C-Clamp, Magnet Base를 사용하였다.
성능/효과
100만회의 연속동작시험을 통하여 위치검지센서를 근접센서로 확정하였으며, 잠금장치의 체결핀을 수직과 수평방향을 완전히 구속할 수 있는 구조로 개선하였고, 끝단연결장치의 힌지구조를 개선하여 외팔보 끝단에서의 처짐을 최소화할 수 있도록 하였다. 또한 구조해석 및 차량의 주행시험을 통하여 장경간거더의 중앙부에 설치되어 있던 잠금장치를 제외시켜 구조의 단순화를 도모하였다.
금번에 개발된 3방향 분기기에 대하여 연속동작시험과 거더의 길이 및 수직방향에 대한 열변형 측정, 고유진동수 측정, 처짐측정, 분기기가 곡선형태 설정시 주행하는 차량의 대차 횡방향변위 측정, 차량이 분기구간 주행시 부상공극 변동 측정 등 다양한 성능시험을 수행했고 해석결과와 비교함으로써 동작의 신뢰성과 거더의 변형량, 차량 주행시 구조물과의 공진 가능성 등에 있어 안전하며 실용화에 적용 가능한 제품임을 입증할 수 있었다. 3방향 분기기의 개발결과와 동작의 원활성 및 동작시 소음 감소 등의 보완을 통하여 시저스 분기기의 설계자료를 도출했으며, 이를 바탕으로 시저스 분기기 중 가장 복잡한 형태인 선로중심간격 6m 시저스 분기기를 개발할 수 있었다. 3방향 분기기 및 시저스 분기기의 개발로 인천국제공항 인근에 설치되는 도시형 자기부상열차 시범노선 건설사업의 성공적 수행과 도시형 자기부상열차가 대중교통 수단으로써 제 역할을 수행하는데에 있어 일조를 할 수 있을 것으로 기대되어 진다.
구조해석으로 60℃의 온도변화시 3방향 분기기에 대한 길이방향 열팽창 변화량을 해석한 결과 열팽창계수가 약 12×10-6/℃로 계산되었으나, 그림 10과 같이 실제 측정결과는 평균 30℃의 온도변화에 대하여 열팽창계수의 평균값이 약 5.8×10-6/℃로 해석치의 절반 정도가 되는 것을 확인할 수 있었고, 이동단 끝단부에서 고정단과의 간섭방지를 위하여 설정한 50mm의 유격이 충분하며, 약 10mm의 축소가 가능하다고 결론지을 수 있었다.
일반 철차륜방식의 궤도시스템에서도 사고 발생 가능성이 가장 높은 것이 분기장치이며, 도시형 자기부상 열차 또한 실용화되기 위해서는 정확한 동작성과 신뢰성을 갖는 분기장치의 개발이 필수적이고, 이러한 필요성으로 인하여 도시형 자기부상열차 실용화사업에서 보완연구과제로서 분기기 개발을 수행하고 있다. 금번에 개발된 3방향 분기기에 대하여 연속동작시험과 거더의 길이 및 수직방향에 대한 열변형 측정, 고유진동수 측정, 처짐측정, 분기기가 곡선형태 설정시 주행하는 차량의 대차 횡방향변위 측정, 차량이 분기구간 주행시 부상공극 변동 측정 등 다양한 성능시험을 수행했고 해석결과와 비교함으로써 동작의 신뢰성과 거더의 변형량, 차량 주행시 구조물과의 공진 가능성 등에 있어 안전하며 실용화에 적용 가능한 제품임을 입증할 수 있었다. 3방향 분기기의 개발결과와 동작의 원활성 및 동작시 소음 감소 등의 보완을 통하여 시저스 분기기의 설계자료를 도출했으며, 이를 바탕으로 시저스 분기기 중 가장 복잡한 형태인 선로중심간격 6m 시저스 분기기를 개발할 수 있었다.
2m로 아주 짧기 때문에 1차 고유진동수가 300Hz 내외로 높게 해석 및 측정이 되어 7Hz의 범위에 있는 대차와는 공진가능성이 없음을 알 수있었다. 길이가 17m인 장경간거더는 측정치가 11.66Hz였고 해석치가 13.63Hz로서 대차와의 공진가능성이 적음을 확인할 수 있었다.
후속연구
3방향 분기기의 개발결과와 동작의 원활성 및 동작시 소음 감소 등의 보완을 통하여 시저스 분기기의 설계자료를 도출했으며, 이를 바탕으로 시저스 분기기 중 가장 복잡한 형태인 선로중심간격 6m 시저스 분기기를 개발할 수 있었다. 3방향 분기기 및 시저스 분기기의 개발로 인천국제공항 인근에 설치되는 도시형 자기부상열차 시범노선 건설사업의 성공적 수행과 도시형 자기부상열차가 대중교통 수단으로써 제 역할을 수행하는데에 있어 일조를 할 수 있을 것으로 기대되어 진다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
3방향 분기기에 적용되는 거더는 무엇으로서 구성되는가?
3방향 분기기에 적용되는 거더는 시작단과 끝단의 고정거더 및 2개의 단경간거더와 1개의 장경간거더의 이동거더들로서 구성된다. 거더는 높이가 1.
3방향 분기기는 무엇으로 구성되는가?
3방향 분기기는 그림 3과 같이 거더와 구동장치, 이송장치, 잠금장치, 각도완화장치, 끝단연결장치로 구성된다. 3방향 분기기는 약 40톤의 중량을 갖고 20초 이내에 분기동작을 완료할 수 있다.
2007년에 도시형 자기부상열차 실용화사업 시범노선의 설치장소로 결정난 곳은?
2006년 12월부터 국토해양부 주관으로 시범노선 건설을 통한 도시형 자기부상열차 실용화사업이 수행되고 있다. 2007년에 시범노선의 설치장소로 그림 1에 보이는 것처럼 인천국제공항의 교통센터에서부터 영종도와 무위도 일대를 연결하는 복선 6.1km 구간이 결정되었으며, 현재 토목기초작업과 PSC 거더 제작작업 등이 진행되고 있다.
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