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1 2013 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2013A221 경부고속 1,2 단계 KTX 주행진동특성비교 Comparison of KTX traveling vibration characteristics on Gyeong-bu high speed railway 김주원 *, 정형일 *, 김대식 *, 소진섭 *, 정연일 *, 김상영 * Ju-Won Kim *, Hyeong-Il Jung *, Dae-Sik Kim *, Jin-Sub So *, Yeon-Il Jung *, Sang-Yeong Kim * Abstract KTX bogies are limited to less than 0.6G ~ 0.8G vibration acceleration in a lateral direction of the balance in order to ensure the driving safety and prevent derailment. If the vibration acceleration in the lateral direction of the 0.6G ~ 0.8G or more is detected for more than 5 seconds in the bogie, That will limit to 270km/h below the maximum speed for the safety of the vehicle and It will give trouble to scheduled operation. Therefore we need to find the cause of the vibration is occurring more. In this study, as a preliminary study to find the vibration occur causes and solutions of the vibration of KTX by measurement of bogie vibrations. Keywords : KTX, Traveling vibration, Gyoeong-bu high speed railway 초록 KTX 차량은탈선예방및주행안전성확보를위해대차의횡방향진동가속도를 0.6G~0.8G 미만으로제한하고있다. 대차에서 0.6G~0.8G 이상의횡방향진동가속도가 5 초이상감지될경우차량의안전을위해최고속도를 270 km/h 이하로제한하게되며이는정시운행에지장을주게된다. 따라서정시운행을위해어떤환경에서 KTX 차량에많은진동이발생하는지확인하고진동저감을위해요구되는차량, 선로조건을찾아내는것이필요하다. 본연구에서는 KTX 차량의진동발생원인과해결방안을찾기위한사전연구로서경부고속선에서영업운행하는 KTX 차량계측을통해 1 단계구간과 2 단계구간의진동특성을비교하였다. 주요어 : KTX, 주행진동, 경부고속선 1. 서론철도차량은주행안정성의확보를위해주행중대차진동가속도를제한하고있다. 국가기준과명시규격에따라다르지만대부분의안전기준은대차상부에서측정한진동가속도가 10Hz Lowpass 주파수값을기준으로 0.8G(=7.84m/s 2 ) 를초과하지않는범위로제한하고있다. 현재국내에서운영중인 KTX와 KTX-산천의경우에도대차프레임상부에장착된대차헌팅센서의감지값을바탕으로대차주행안정성을모니터링한다. 주행중횡방향 10Hz Lowpass 처리한진동가속도값이 0.8G 이상감지될경우알림등을점등하고이상태가 5초가량지속될경우에는대차헌팅경고를현시하고안정성확보를위해최고속도를 270km/h 이하로제한한다. * 한국철도공사연구원 (pazazatj@korail.com)

대차헌팅이발생한이후에는차량의최고속도를 270km/h 이하로운용하므로차량의정시운행에지장요인으로작용할수있다. 따라서차량운행중기준치를초과하는횡진동이발생하지않도록철저한관리가필요하다. 본연구에서는대차진동발생관리를위한사전연구로서주행중인 KTX 차량의대차가속도를측정하고각기다른노반이사용된경부고속 1, 2단계대차진동특성을조사하였다.

2 대차헌팅이발생한이후에는차량의최고속도를 270km/h 이하로운용하므로차량의정시운행에지장요인으로작용할수있다. 따라서차량운행중기준치를초과하는횡진동이발생하지않도록철저한관리가필요하다. 본연구에서는대차진동발생관리를위한사전연구로서주행중인 KTX 차량의대차가속도를측정하고각기다른노반이사용된경부고속 1, 2단계대차진동특성을조사하였다. Table 1 KTX bogie hunting criteria Train type Frequency Filter Limit lateral acceleration KTX 0.6G ~ 0.8G 10Hz Lowpass KTX San-cheon 0.8G 2. 본론 2.1 대차가속도의측정방법 측정위치철도차량의주행안정도판단을위해주로활용되는 UIC 518[1] 규격은대차프레임의진동가속도값을측정하여평가한다. 본연구에서도이를준용하여 KTX의객차대차상부의대차헌팅센서근처에가속도센서를부착하였다. 높은신뢰도와차량전체에서발생되는진동가속도추세파악을위해가능한많은대차에서동시측정이이루어지는것이좋으나많은비용이소모됨은물론차량의영업운행에지장을줄수있다는문제점이있다. 따라서유지보수데이터를통해대차의횡진동이가장많은것으로분석된대차에센서를부착하여연구를수행하였다. Fig. 1 Position of acceleration sensors on KTX bogie frame

3 2.1.2 측정장비진동측정장비는크게센서와 DAQ, 데이터수집-처리장치로나눌수있다. 가속도센서는 Dytran 社의 DC타입단축 10G센서 3개와 IEPE타입 3축 100G센서 1개를사용하였다. 데이터는 10G 센서에서측정된값을사용하였으며 100G센서는측정값신뢰도향상과예상하지못한돌발상황에대처하기위한보조용도로사용하였다. DAQ는 National instruments 社의 NI- 9233(4ch) 을사용하였으며데이터수집-처리는 M+P 社의 Smart office analyzer 소프트웨어를사용하였다. 차량속도, 위치정보수집을위해서는 GPS logger와 Tachometer를사용하였다. 측정시원본데이터의 Sampling rate는 2kHz로설정하였고필요에따라 Post processing 을통해 Low pass filter를사용하여연구를수행하였다. 2.2 측정결과 구간별진동가속도추세 Fig.2 KTX-141 열차의주행중횡방향진동가속도그래프이다. 원본데이터에 10Hz Lowpass filter를적용하고 RMS값으로출력하였다. Fig.3은동일한시간에측정한운행속도그래프로 GPS음영구간이있지만진동-속도관계를확인할수있다. Fig. 2 KTX-141 bogie lateral acceleration value Fig. 3 KTX-141 Velocity graph(based on GPS data)

4 그래프에서확인할수있듯이속도상승에따라대차진동이함께증가하고있으며경부고속 2단계구간의진동발생량이 1단계보다전반적으로작음을알수있다. 특히광명에서천안아산사이구간에서타구간대비높은횡진동이발생됨을확인할수있다 속도별진동가속도추세경부고속 1,2단계주행품질을수치화하기위해속도별횡진동발생평균값을살펴보았다. Fig.2에서확인할수있듯전반적으로경부고속 2단계에서의횡진동발생값이작은것을확인할수있다. 특징적인것은 250km/h 이하속도에서는 1, 2단계에서큰차이가없지만 250km/h를초과한속도에서는 2단계구간이 1단계구간에비해확연히낮은진동발생값을보여준다는데있다. Table 2 KTX Vibration corresponding to the velocity Velocity 1-step section (Seoul ~ Dongdaegu) 2-step section (Dongdaegu ~ Busan) 0~50km/h 0.152m/s m/s 2 50~100km/h 0.403m/s m/s 2 100~150km/h 0.326m/s m/s 2 150~200km/h 0.501m/s m/s 2 200~250km/h 0.571m/s m/s 2 250~300km/h 1.602m/s m/s 2 이를통해콘크리트도상에터널이많은 2단계구간의주행품질이자갈도상에개활지가많은 1단계구간에비해우수한것을확인할수있다. 물론차량진동발생에큰영향을주는선로선형이 1,2단계가동일하지않다는점이상대비교에영향을줄수있으나 250km/h 이상속도에서진동크기차이가현저하기때문에전체적인추세를판단하는데는문제가없을것으로생각된다. 3. 결론 본연구에서는영업운행중인 KTX의대차진동가속도측정을통해주행품질을살펴보았다. 경부고속철도구간전체에서측정된최대대차횡진동가속도는 7m/s 2 내외로대차불안정신호가발생되는 7.84m/s 2 (=0.8G) 보다낮아주행안정성측면에서문제가없는것으로확인되었다. 하지만광명 <-> 천안아산사이일부고속구간에서타구간에비해상대적으로높은진동값이발생된원인에대한분석이필요하다. 현재 KTX 대차진동측정결과만으로원인을알아낼수

5 없지만 300km/h 속도에서도구간마다다른진동발생값을가진다는점, 같은자갈도상구간인대전 <-> 동대구사이의진동값보다도광명 <-> 천안아산구간의진동값이확연하게높다는점을통해선로에서기인한원인이차량의주행진동에가장큰영향을주고있다고추정할수있다. 차후추가데이터확보와분석을통해선형설계의문제인지, 차량-선로간의인터페이스문제인지, 유지보수와관련된문제인지를밝혀나갈계획이다. 참고문헌 [1] UIC CODE 518(2005) Testing and approval of railway vehicles from the point of view of their dynamic behavior-safety-track fatigue-ride quality, International union of railways

해당하는최고속도 421.4km/h를기록하였다. 새로개발된차량을시운전하면서가장중요한평가항목중의하나는탈선등안전과직결된차량의주행안정성, 즉차량의안전성과주행거동을분석하는것이다. 본연구에서는 421.4km/h까지증속시험을하는동안수행하였던주행안정성평가방법, 시험개요, 그리고주행안

해당하는최고속도 421.4km/h를기록하였다. 새로개발된차량을시운전하면서가장중요한평가항목중의하나는탈선등안전과직결된차량의주행안정성, 즉차량의안전성과주행거동을분석하는것이다. 본연구에서는 421.4km/h까지증속시험을하는동안수행하였던주행안정성평가방법, 시험개요, 그리고주행안 213 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR213A121 차세대동력분산고속열차 (HEMU-43X) 의주행안정성 Evaluations of safety and running behavior for Korea s next-generation high speed train (HEMU-43X) 최두호 *, 전창성 *, 오혁근 *, 고상진 *, 김석원 * Dooho