본 논문에서는 윤중감소를 고려한 이론적 새로운 탈선계수 모델을 제시한다. 본 탈선계수 모델은 열차 충돌 원인 탈선현상을 예측할 수 있는 단일 윤축의 이론적 탈선모델을 바탕으로 도출한다. 현재 국내 탈선규정에서는 플랜지 각이 $60^{\circ}$ 이고 마찰계수가 0.3인 조건을 나달식에 적용하여 탈선계수를 구한 후 안전율을 적용하여 0.8을 규정하고 있으나, 플랜지 각이 변경되면 이론적 설명이 부족하게 된다. 따라서 제시한 탈선계수 이론모델을 이용하여 탈선계수 규정 값 0.8을 이론적으로 접근해본다. 또한 국내탈선규정에서 윤중 감소율을 50%까지 허용하고 있으나 명확한 규정근거를 제시하고 있지 않다. 따라서 윤중 규정 50%감소와 탈선계수 규정 값 0.8과의 상관 관계를 앞서 제시한 탈선계수 이론모델을 이용하여 이론적으로 규명한다. 마지막으로 동역학 시뮬레이션을 이용하여 탈선계수 이론모델의 타당성을 입증한다.
나달식 등 한쪽 차륜과 레일의 접촉력에 기반한 기존 탈선계수식으로는 열차 주행 시 여러 가지 요인에 의해 발생하는 다양한 유형의 탈선을 이론적으로 예측하기 어렵다. 이를 보완하기 위하여 개발된 단일윤축 탈선계수는 타고오름탈선, 미끄러져오름 탈선, 전복탈선 및 이들의 복합유형 탈선을 잘 예측할 수 있고, 접촉부 마찰계수, 플렌지 각 등 기존의 탈선계수식에서 고려하던 기계적 인자뿐만 아니라 윤중감소/증가, 궤간, 차륜직경, 축상 베어링 위치 등 다양한 탈선영향인자들도 고려할 수 있다. 본 논문에서는 단일윤축 탈선계수식으로 이러한 다양한 탈선영향인자들을 고려하여 기존의 나달식, 바인스톡 식 등으로 구할 수 없었던 탈선현상을 분석한다. 마지막으로 동역학 시뮬레이션을 이용하여 이론적인 단일윤축 탈선계수식 결과들의 타당성을 입증한다.
The running safety of rolling stock is assessed by derailment coefficient. It requires lots of preparatory time, expenditure and high measurement technique to measure derailment coefficient. If derailment coefficient could be measured when track or vehicle is maintained, safety will be improved. The measurement and assessment of running safety is necessary for safety especially for the vehicles newly developed and started service. Therefore measurement of derailment coefficient is most important thing to secure running safety. In this paper, we examined new assessment method which could estimate derailment coefficient by measuring vibration acceleration and displacement of vehicle operating at actual track irrespective of time and place. The new method could be used effectively as a mean confirming running safety.
A derailment coefficient of railway vehicle is as one of important element that estimate running safety. Derailment coefficient is ratio of lateral load/vertical load happens in contact point between wheel and rail. Lateral load increases, dangerous of derailment can rise. There are ground and vehicle to measurement method of these derailment coefficient. Method of ground is simple, but when vehicles passes data of a point, there is shortcoming that acquire locally. Curved surface style wheel shape that use so far among vehicle method in this research wishes to be not but describe about static load test of wheel-set for derailment coefficient measurement that have plane plate shape that manufacture separate way and correction result etc. to test.
To assess the derailment safety of the Samaeul Train, We developed a fleet analysis model and carried out sensitivity analysis of the variables related to derailment factors with ADAMS/Rail computing analysis method. Depending on the variation of the running speed in curve section, derailment coefficient and wheel load reduction rate are high at right side wheels in slow running speed section and low at left side wheel in high running speed. According to decreasing the radius of curve, derailment coefficient and wheel load decreasing rate are increased. Derailment coefficient is proportional to transition curve length and wheel load decreasing rate is constant. Cant value rising causes wheel load deduction rate rising.
For the safety of railway, it should be evaluated for the running safety by measuring the derailment coefficient. Although railway has run the fixed and maintained rail, some of railway is derailed. This report shows the results that performed the static load test, wheelset manufacturing for test, main line running test on the basis of the derailment theory and experience. It is executed main line test into more than 80km/h for estimating the curving performance and running safety of Gwangju EMU. As the test results, could confirm the curving performance and running safety of Gwangju EMU from the results of the wheel unloading, lateral force, derailment coefficient etc. Derailment coefficient was less than 0.8, and lateral force allowance limit and wheel load reduction ratio were enough safe.
곡선통과 새마을호 열차의 주행안전성을 평가하기 위하여 다물체동력학 해석모델이 사용된다. 이 모델과 ADAMS/Rail 사용하여 탈선계수와 관련된 변수의 변화에 따른 민감도해석이 수행된다. 저속에서 우측차륜의 탈선계수와 윤중감소율이 좌측차륜보다 높으나, 고속의 경우는 좌측차륜이 우측차륜보다 높다. 곡선반경의 감소에 따라 탈선계수와 윤중감소율이 감소된다. 완화곡선의 길이가 증가하면 탈선계수는 증가하나 윤중감소율은 변화가 없다. 캔트가 증가하면 탈선계수와 윤중감소율이 증가한다.
When vehicles running, vertical force and lateral force act except load of vehicles to rail and wheel. This force happens by complex motion at running. If mark vertical force by P and lateral force by Q, derailment coefficient displays Q/P, most important indicator pointer of running safety judgment. If Q is grown than P from derailment coefficient, than arrived to derailment because wheel climb or jumps over rail. Wheel climb derailment among kind of derailment is when attack angle is +, wheel and rail strike and flange rides to rail. This derailment occurs much in curved line and occurs in low speed. In this study, occurred when running at low speed on curved line, analyze cause of derailment and presented the countermeasure plan.
Is confirming safety of derailment when wish to develop new vehicles or upgrade running speed of vehicles. This means the measure of wheel load and lateral force that act between wheel and rail. So far, problem in continuous measuring method of derailment coefficient was sensitivity decline and noise growth. This research supplemented these problems by composition of new bridge circuit.
This experimental study is shows speed-up possibility for the conventional railway vehicle. We appraise derailment coefficient then increase the velocity of the kyungbu line, honam line, changhang line, kyungjeon line.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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