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철도차량의 주행안전성평가 : 차륜하중, 횡압, 탈선계수의 계측

전문가 제언: ○ 철도의 차량시스템은 철궤도 위에 4개의 차륜으로 구성되는 대차가 차량 전방과 후방의 차체를 지지하여 1량의 차량을 형성하는 것이 일반적이다. 이러한 차량 수량을 편성하여 열차를 구성하고 있다.

○ 철도차량 1량의 하중은 일반차량일 경우 약 25~45톤이며 KTX와 같이 고속차량은 40~60톤 정도이다. 이들 차량이 궤도 위를 주행할 때 차체를 지지하는 차륜과 궤도 사이에는 차륜하중력과 차체 횡방향으로 횡압(lateral force)이 작용한다. 이들 작용력을 최적 제어함으로써 철도차량 운행의 효율화로 경제성의 극대화를 달성할 수 있는 것이다.

○ 횡압과 차륜하중의 비를 탈선계수로 표시하며 탈선계수가 적을수록 차량주행의 안전성은 향상된다. 즉 차량하중이 증가하고 횡압이 적을 경우에 안전계수는 증가하게 된다. 횡압과 차륜하중의 비인 탈선계수를 작게 하기 위해서는 궤도변위의 범위를 어느 정도로 유지해야 할 것인지의 기준을 정할 필요가 있다. 이러한 기준을 정하기 위하여 각종 궤도 변위에 대한 계측을 하고 계측한 값에 따른 차량 주행성능 평가를 한다.

○ 차량주행성능 평가를 위하여 차륜에 작용하는 횡압과 차륜하중을 열차 주행 시에 계측한다. 계측데이터는 열차 동적거동을 평가하는데 중요하며 이들 값은 슬립링(slip ring)에 의하여 계측된다. 슬립링에 의한 방식은 차륜에 스트레인 게이지를 붙여 데이터를 취득하는 접촉방식으로 시험하기 전 많은 사전 준비가 필요하며 취득한 데이터 처리에 시간을 요하게 된다. 이러한 불편함을 개선하기 위하여 신연속 측정의 브리지결선법이 개발되었으나 개선의 여지는 남아 있다.

○ 최근 비접촉식 센서를 이용한 차륜하중 변동량과 횡압계측 방법의 개발이 추진되고 있으므로 접촉식 슬립링이 불필요한 비접촉 측정이 가능하게 되면 내구성 향상으로 궤도검측차량 계측시스템의 장기사용이 가능하여 차륜하중과 횡압측정이 용이하게 되어 보다 효율적이고 안전성 높은 차량운행이 이루어 질 것으로 기대된다.

저자: Hiroaki Ishida
자료유형: 학술정보