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동희 모
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1 2015 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2016A234 시험열차증속시험을통한분기기선형조건별차량, 궤도주행안전성평가 Vehicle and track running stability evaluation due to the turnout linear characteristics by test-train acceleration test 박성백 **, 신승훈 *, 권세곤 *, 김영철 *, 백인철 * Seong-back Park* *, Young-tak Heo, Se-gon Kwon, young-chul Kim,,In- chul Back Abstract Current turnout branch line maximum speed limits are passing standards for ensuring maximum vehicle running stability which is passing rate is not considered an turnout distance with consecutive turnout. there is no Velocity standards through consecutive turnout branch line At home and abroad In the case of consecutive # 8 Turnout in Korea has continued derailment is going on railway premises. improving the safety of train operation and shunting has been constantly demand. This study is aimed at three consecutive Turnout (# 8) it is being used in most train stations. Vehicle dynamic characteristics that occur when the measurement was conducted. Through the test train. Turnout branch line acceleration test (5km / h 10km / h 15km / h 20km / h 25km / h) and then performed field measurement vehicle running stability due to the turnout linear characteristics were analyzed and reviewed. Keywords : turnout, vehicle running stability, turnout linear, turnout branch line maximum speed 초록현행분기기분기선측최대통과속도제한기준은단분기의주행안전성확보를위한기준을준용한것으로이는분기기이격거리와연속된분기기를고려하지않는최대통과속도이며, 연속된분기기를통과하는국내, 외분기기최대통과속도산정기준은없는실정이다. 또한국내에부설된연속 #8 분기기의경우지속적인정거장탈선사고가일어나고있으며열차운행및입환시안전성향상이지속적으로요구되고있다. 본연구는대부분역구내에설치사용중인 3연속분기기 (#8) 를대상으로차량진행시발생하는차량거동특성을, 분기기이격거리별증속시험 (5km/h 10km/h 15km/h 20km/h 25km/h) 승차감분석을시행하여분기기선형으로인한차량주행특성을철도차량기술기준, UIC518에의거하여안전성 ( 차체좌우, 상하, 대차좌우방향진동가속도 ), 궤도윤중, 횡압분석통해각각의주행안정성을분석및검토하였다. 주요어 : 분기기, 주행안전성, 분기기선형, 분기선통과속도 교신저자 : 한국철도공사기술연구처

본연구에서시행한현차시험은현행분기기허용통과속도이내에서연속된분기기 (8#) 를대상으로무궁화객차 7량, 무개화차 8량을

윤중횡압및진동가속도의관련매개변수들에대한민감도분석을수행하여열차주행안전도향상에기여하는매개변수들간의상호영향을분석하였다. 2. 본론 2.

에의한열차주행안전성능분석및검토를위한연구를수행하기위해 Diadem 및 Minitab을이용하여수치해석및도식화를수행하였다. 2.1.

2 1. 서론 본연구는대부분역구내에설치사용중인 3연속분기기 (8#) 를대상으로차량진행시발생하는동특성을궤도및차량에서측정하여분기기선형특성으로인한차량주행안전성을검토하고자대전조차장역유치선에현차시험을실시하였다. 본연구에서시행한현차시험은현행분기기허용통과속도이내에서연속된분기기 (8#) 를대상으로무궁화객차 7량, 무개화차 8량을 4400대디젤기관차에각각조성시험운행을하여차량주행특성을 mimitab 통계분석툴을이용한주행안전성검토가목적이며, 윤중횡압및진동가속도의관련매개변수들에대한민감도분석을수행하여열차주행안전도향상에기여하는매개변수들간의상호영향을분석하였다. 2. 본론 2.1 열차주행안전성계측및분석열차주행의각매개변수 ( 측정차량종류, 통과분기, 통과속도, 운전방식, 분기기위치, 윤중, 횡압, 탈선계수, 윤중변동율 ) 에의한열차주행안전성능분석및검토를위한연구를수행하기위해 Diadem 및 Minitab을이용하여수치해석및도식화를수행하였다 주행안전성시험개요본연구의매개변수별객관성을확보하기위하여트랙마스터의정밀분석을통한선로유지보수작업실시하여궤도틀림의한차량및궤도에미치는응력의영향을배제하였다. 트랙마스터검측트랙마스터검측결과분석분기부유지보수시행 현장계측위치선정전국정거장분기기 (#8 철차 ) 연속구간으로한국철도공사중점관리대상리스트중과제수행및계측에적합한분기기를대상으로경부선대전조차장역유치선최종선정.

3 2.1.3 시험열차종류및제원 4400 대디젤기관차 - 차량중량 : 88,000Kg - 대차중량 : 14,361Kg 객차 - 공차중량 : 40,400Kg - 대차중량 : 6,250Kg 화차 - 공차중량 : 20,500Kg - 대차중량 : 4,600Kg 계측항목및설치위치 객차주행안전성시험 < 차체수직, 횡가속도 > < 대차횡가속도 >

4 화차주행안전성시험 < 차체수직, 횡가속도 > < 대차횡가속도 > 현장계측포인트윤중, 횡압측정을위한스트레인게이지포인트는분기기전체의거동을확인하기위해세분기각각리드부에다음그림과같이 4포인트지정하여측정하였다.

5 2.1.6 현차시험운전개요경부선조차장역유치선구간에서분기기분기선측통과속도별궤도및차량의거동을측정을위해 5km/h 의단계별증속시험을통한계측결과분석하였다. < 시험열차운행경로 > 시험구간 시험운전 시험열차 운행속도 P36(#8 우편개 ) P37(#8 우편개 ) P39A(#8 좌편개 ) 대향방향 : 추진운전배향방향 : 견인운전 기관차및객차 6 량 기관차및화차 7 량 5km/h 10km/h 15km/h 20km/h 25km/h < 이격거리가없는 P36 시험열차운행기록표 > 시험구간시험운전시험열차운행속도 P61(#8 좌편개 ) P62(#8 좌편개 ) P64A(#8 우편개 ) 대향방향 : 추진운전배향방향 : 견인운전 기관차및객차 6 량 기관차및화차 7 량 5km/h 10km/h 15km/h 20km/h 25km/h < 이격거리가확보된 P61 시험열차운행기록표 >

6 2.1.7 매개변수에따른열차주행안전성분석차량종류, 분기통과구분, 통과속도, 운전방식, 계측포인트측정차축, 윤중, 횡압, 탈선계수, 윤중변동율 ( 윤중감소율 ) 을 Minitab분석툴을이용하여요인별반응통계분석 3. 결론 3.1 차량진동에의한열차의주행안전성검증기준 관련근거 - 철도차량안전기준에관한지침 ( 국토해양부고시제 호 ) 제17조관련별표 15 - UIC CODE 518:Testing and approval of railway vehicles from the point of view of their dynamic behaviour - Safety - Track fatigue Running behaviour, International Union of Railways EN 14363:Railway applications. Testing for the acceptance of running characteristics of railway vehicles. Testing of running behavior and stationary test. EN :Railway applications. Aerodynamics. Symbols and units EN :Railway applications. Aerodynamics. Requirements and test procedures for cross 시험항목및측정위치 - 차체좌우방향진동가속도 : 측정대차중심상부의측정차량차체바닥 - 차체상하방향진동가속도 : 측정대차중심상부의측정차량차체바닥 - 대차좌우방향진동가속도 : 대차프레임끝단 데이터분석측정항목에대한필터링 1 차체좌우방향진동가속도 6 Hz Low-pass filter 2 차체상하방향진동가속도 0.4~4 Hz Band-pass filter 3 대차좌우방향진동가속도 10 Hz Low-pass filter

7 판정기준 3.2 분기선측속도대역별진동분석결과 1. 객차 - P36,37,39 3분기통과 ( 추진운전 ) < 차량중앙 > < 차량후부 >

8 2. 분기선측객차차량중앙부, 후부차량진동비교 - P36,37,39 3 분기객차통과 ( 대차진동가속도비교 ) 3. 차량종류별진동비교 < 추진운전 > < 견인운전 > - P36,37,39 3 분기통과객차화차비교 ( 추진운전 ) < 대차좌우진동가속도 > < 차체좌우진동가속도 > < 차체상하진동가속도 >

9 4. 분기선측분기기이격거리별진동비교 - 3 분기통과 ( 객차중앙비교 ) < 추진운전대차좌우진동가속도 > < 견인운전대차좌우진동가속도 > 3.3 철도차량윤중변동율에의한주행안전성평가기준철도차량기술기준 ( 국토교통부고시제 호 ) 일반철도차량주행안전성시험 윤중감소량가. 정적윤중 (V) 차량의진동에의한영향이없는경우의윤중으로차량의자중에따라그크기가결정되며, 윤중의기본적인값은평탄직선구간을 5 km/h 정도의속도로주행할때윤중을측정하여수십개의평균치를구한것으로한다. 이것은탈선계수측정용윤축의교정값을검증할수있도록정확히구하여야한다. 나. 윤중감소비 (ΔV/V) 차량의진동이나중심의편기, 궤도및차량의평면성틀림, 곡선에서의캔트및원심력, 풍압등에의해윤중의감소가발생한다. 이때윤중감소치 (ΔV) 에대한정적인윤중 (V) 의비를윤중감소비라하며이값이허용한도를초과하면탈선의위험이있다. - 시험방법곡선추종성을평가하기위한탈선계수및윤중감소량측정은차량의운용상태, 주행하는선로조건, 차량에적재된하중조건등에따라다양하게변화하므로본선시운전시실제선로에서차량의주행중에측정하는것을원칙으로하며, 횡압및윤중의측정은차륜에스트레인게이지를부착하여정비 교정한윤축을차량에장착하여측정하고, 이때시험조건은다음과같다. - 윤중감소율공차중량상태의정적인윤중감소량은동일차축에서양쪽차륜평균치의최대 60% 까지허용된다. 동적인윤중감소량은빈도누적확률로나타내어기준에적용한다. 이때허용한도는빈도누적확율로 100% 일때 50%, 0.1% 일때 80% 이하를기준으로평가한다.

정적윤중분석결과 - 3연속분기통과시 60퍼센트이상의윤중감소는화차의경우 P36,37,39 분기기추진운전총 384개 ( 화차차축 32 분기별 4회측정 3연속분기기 ) 의분석개수중 1회에서만윤중감소율이 60.

10 3.4 윤중감소량분석 1. 정적윤중가. 윤중감소량분석은분기리드부에윤중을측정용스트레인게이지를 3연속분기기 4회 ( 총 12개 ) 에설치측정하였으며, 기관차 + 객차 (7량), 기관차 + 화차 (8량) 을각각견인, 추진운전으로주행시의윤중을측정하였다. 정적인윤중감소량을분석하기위하여철도차량기준에제시된 5km/h 속도에서시행하였음. 나. 정적윤중분석결과 - 3연속분기통과시 60퍼센트이상의윤중감소는화차의경우 P36,37,39 분기기추진운전총 384개 ( 화차차축 32 분기별 4회측정 3연속분기기 ) 의분석개수중 1회에서만윤중감소율이 60.05% 로분석되었으나이는기준치대비근소한차이이고 1회에지나지않아차량주행안정성에끼치는영향은미소하다고판단된다. 2. 동적윤중가. 철도차량기술기준적용의경우, 동적인윤중감소량은측정전구간을차륜 1회전마다최소윤중 (Pmin) 을읽고윤중감소비를계산하여 10% 단위로나누어빈도누적확률로나타내어기준에적용한다. 이때허용한도는빈도누적확율로 100% 일때 50%, 0.1% 일때 80% 이하를기준으로평가였음. 나. 동적윤중분석결과 - P36,37,39 객차추진, 견인운전빈도누적확률분포 - P61,62,64 객차추진, 견인운전빈도누적확률분포

11 - P36,37,39 화차추진, 견인운전빈도누적확률분포 - P61,62,64 화차추진, 견인운전빈도누적확률분포

12 빈도누적확율 100% 일때 50%, 0.1% 일때 80% 이하를기준으로평가의빈도누적확률적용결과모든계측데이터에서허용기준을만족하였으나, 동적인윤중감소량분석의보수적인기준인윤중감소율 50% 적용시 1. 추진운전의경우가. 객차 1) P36,37,39 3연속분기기통과 20km/h속도대의경우, 총 336회중 3회에서 50.16%~55.15% 로분석되었고, P61,62,64 3연속분기기통과 20km/h속도대의경우총 384회중 3회 50.56%~54.99% 로분석되었다. 2) P36,37,39 3연속분기기통과 25km/h속도대의경우, 총 336회중 10회에서 50.72%~60.45% 로윤중감소율이분석되었고, P61,62,64 3연속분기기통과 25km/h속도대의경우총 384회중 9회 50.18%~53.96% 로윤중감소율이분석되었다. 나. 화차 1) P36,37,39 3연속분기기통과 20km/h속도대의경우, 총 336회중 3회 52.22%~54.57% 로분석되었고, 2) P36,37,39 3연속분기기통과 25km/h속도대의경우, 총 384회중 6회 50.51%~53.33% 로윤중감소율이분석되었고, P61,62,64 3연속분기기통과 25km/h속도대의경우총 384회중 1회 53.05% 로분석되었다. 2. 견인운전의경우가. 객차 - P36,37,39 3연속분기기통과 25km/h속도대의경우, 총 336회중 2회 50.14%~51.89% 로분석되었고, P61,62,64 3연속분기기통과 25km/h속도대의경우총 384회중 1회 53.05% 로윤중감소율이분석되었다. 나. 화차 - P36,37,39 3연속분기기통과 20km/h속도대의경우, 총 384회중 4회 53.29%~54.83% 로윤중감소율이분석되었고, P61,62,64 3연속분기기통과 25km/h속도대의경우총 384회중 1회 54.40% 로윤중감소율이분석되었다. 3.3 결론본연구는대부분역구내에설치사용중인 3연속분기기 (8#) 를대상으로차량진행시발생하는동특성을궤도및차량에서측정하여분기기선형특성으로인한차량주행안전성을검토하고자대전조차장역유치선에현차시험을실시하였다. 본연구에서시행한현차시험은현행분기기허용통과속도이내에서연속된분기기 (8#) 를대상으로무궁화객차 7량, 무개화차 8 량을 4400대디젤기관차에각각조성시험운행하여차량주행특성을 mimitab 통계분석툴을이용하여분석, 검토하여다음과같은연구결론을얻었다.

13 철도차량주행안전성평가기준및항목 차량주행안전성시험은국제적으로널리사용되는기준인 UIC 518 Simplified method, 국내의철도차량기술기준 ( 국토교통부고시제 호 ), 궤도재료설계 ( 한국철도시설공단 ) 별표4 현장설치시험항목및기준현차주행성능시험에의거하여평가하였다. 객차, 화차진동시험중진동최대치가계측된 P36,37,39 객차추진운전의경우대차횡가속도는 0.942m/sec2 ( 기준치대비 9.42%), 차체횡가속도 0.027m/sec2 ( 기준치대비 0.9%) 차체수직가속도 0.033m/sec2( 기준치대비 1.1%) 로분기선측운행속도 25km/h 이하의속도에서는기준치대비안전한것으로분석되었음그이유는 UIC 518과철도안전법의차량거동기준치는일반선구최고허용속도를기준으로제시한것으로낮은속도대에서진동가속도의크기는최고허용속도보다현저히낮은속도로운행하면서측정한결과로최대진동가속도가기준대비 10% 이하수준으로나타났다. 아래그림와같이이격거리가없는 P36, 37, 39 분기기에서이격거리가확보된구간 P61, 62, 64 분기기와비교하여 20km/h~25km/h 속도에서진동가속도가급격히크게나타났으며, 추진운전 견인운전 통과속도별윤중감소율분석결과, 철도차량기술기준에제시된윤중감소율분석의경우, 객차와화차각각추진및견인운전시윤중감소율빈도누적확률의분포가허용한계내로계측되어철도차량기술기준의허용한도 (Allowance limit) 범위를초과하지않는것으로분석되었지만, 보수적기준윤중감소율 50% 적용시연속해서 3분기를분기선측으로통과하는경우 20km/h이상속도에서일부윤중감소율 50% 를초과하는것으로나타났다. 실제운행선에부설된분기기대부분은반복적인열차운행으로궤도틀림이발생할수있는구조이므로본연구과정에서측정한윤중감소율기준치초과횟수가실제로많이나타날수도있다. 따라서, 3연속분기 ( 관절식 #8) 를분기선측으로통과하는경우, 분기기상태점검및속도제한등별도유지관리가필요하겠다. 참고문헌 [1] 철도차량기술기준 ( 국토교통부고시제 호 )

Microsoft Word - KSR2016S063

Microsoft Word - KSR2016S063 2016 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2016S063 시험열차증속시험을통한분기기선형조건별차량주행안전성평가 vehicle running stability evaluation due to the turnout linear characteristics by test-train acceleration test 박성백 **, 허영탁 *, 권세곤 *, 김영철