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철도의 철로와 차륜간의 탄성유체 윤활(EHL between rail and wheel of railways)

전문가 제언: □ 철로와 차륜의 접촉면에서 접선 방향의 힘이 철도의 고속화와 함께 철로와 차륜 간에 힘의 전달이 차량을 가속, 감속하는 경우에 전달되고 있는 접선력(tangential force)을 점착력(adhesive force)이라 한다. 차량의 곡선통과, 진동 및 탈선 등을 해석하는 차량 운동역학에서 미끄럼이 적은 영역에서 각 방향으로 전달되는 접선력을 크리이프력(creep force)이라 정의한다. 점착력을 철로와 차륜의 표면조건에 좌우되고 물이 있는 상태에서 속도의 영향을 크게 받는다.

□ 철도 차량의 현가 시스템의 성능해석으로 크리이프(creep) 현상에 관한 해석, 철로와 차륜의 접촉이론(contact theory)에 대한 동역학 모델 정립과 동력학 방법이 적용되도록 해석에서 수식의 정형화가 요구된다. 철로와 차량 동력학의 시간영역 해석으로 철로와 차륜간의 기하학적 접촉관계, 철로의 경사도에 의한 수직주행 시뮬레이션이 요구된다.

□ 트라이볼로지(trobology)에서 접촉조건이 점착력에 미치는 영향, 물의 윤활상태에서 접선력 계수와 미끄럼율의 관계에서 미끄럼율은 부하 토크 증가와 함께 포화하여 거시 미끄럼 상태로 이동한다. 물의 윤활상태에서 속도의 증가와 함께 점착계수는 감소되었다.

□ 접촉 중앙부의 최소 수막 두께는 거의 동일한 것으로부터 Dowson－Higginson의 속도, 하중 및 재료의 각 인자를 이용하여 속도 200㎞/h에서 최대 접촉압 784MPa의 조건에서 최대수막 두께는 수온을 20℃의 경우에 0.4㎛로 산출되었다.

□ 철로의 합금강의 마모거동은 하중에 의한 수직응력, 마찰응력 및 합성응력에 의하여 표면부분은 소성변형을 받게 되고 기포(void) 및 찌르레기 무리(grackle)를 생성시킨다. 생성된 이들은 표면에 평행하게 작용해 전단력에 의해 성장하고 전파되어 시트(sheet) 형태로 탈락한다. 피로결함인 박편(flake), 깍지(shell)가 작고 표면 경화층이 얇은 깊이로 내마모성이 우수한 합금강의 철로가 바람직하다.

저자: Tadao OHYAMA ; Hua CHEN ; Makoto ISHIDA
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