한국고속철도(KTX)차량의 차륜답면형상에 따른 진동특성의 실험적 연구 = (A) Study on the Experiment of Vibration Characteristic of Wheel Tread Profiles for the KTX

국문 초록 (Abstract)

서울-부산 및 서울-목표구간에서 운행 예정인 KTX차량은 '99.10일 고속신선 시험구간에서 차량 성능검증 시험중 동절기에 차량 후미부에서 성능기준을 초과하는 진동 현상이 발생되었다. 그 이후 대안 모색을 위한 시험을 진행하였고 KTX차량의 흔들림 대책 가운데 기술적인 대안으로 20량 구성의 KTX 차량에 대하여 차륜답면형상에 따른 차체진동 특성을 파악하기 위해 실차시험과 2002년 철도기술연구원에서 연구한 16량 편성의 KTX차량을 모델링한 해석 결과^((10)) 및 2003년 KTX 20량을 기준으로 해석한 결과와 비교하여 진동특성에 대한 결과를 다음과 같이 얻게 되었다.
1. KT차량(20량)에 대한 실차 시험결과 RMS의 성능기준치인 0.183㎨보다 GV40 차륜의 경우 0.262~0.343㎨로 측정 속도대역인 시속 140km 170km 200km 230km 270un 300km에서 모두 초과되었으며 XP55차륜의 경우는 0.038~0.107㎨로 측정된 속도대역에서 성능기준치보다 낮게 나타냈다.
2. 동일차량의 시험결과 Peak값도 기준치인 ±1.0㎨로 GV40차륜의 경우 ±0.7~±1.0㎨으로 나타났으며, XP5S 차륜의 경우 ±0.25~±0.5㎨으로 GV40과 XPSS차륜은 모두 Peak기준치 이내에 있으나, XP55차륜이 낮게 나타남을 알 수 있었다.
3. KTX 차량에 적용되는 차륜답면형상에 대한 해석결과도 GV40 차륜보다 XP55 차륜으로 변경 적용한 것이 차체 횡진동 가속도가 낮게 나타나는 결과를 얻게 되었다.
4. GV40차륜과 XP55차륜의 실차시험 조건하에서의 해석적 비교검토에서도 수직 · 횡진동에 대한 결과를 XP55차륜의 경우에도 진동성능 기준치 이내에 들어있음을 확인할 수 있었다.
5. KTX차체의 수직방향 진동가속도의 시험결과에서 속도 230 km/h이상시 GV40차륜의 경우 RMS값이 약 0.07~0.10㎨로 나타났으며 XP55는 0.00~0.12㎨로 XP5S차륜의 수직진동가속도 값이 더 크게 나타났다. 시뮬레이션의 경우에도 230km/h이상시 XP55차륜의 RMS값이 GV40 차륜보다 더 높게 나타났다.
6. 향후 고속철도 열차편성을 다양하게 운행될 것으로 예상되고 또한 고속신선과 기존구간을 직결 운행함에 따라 열차편성을 10량, 12량, 14량 16량 등에 대한 횡진동 및 수직진동을 고려한 차량 차륜답면형상 개발을 위한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한 GV40차륜을 그대로 사용할 경우 대차의 현가장치인 댐퍼, 스프링 및 에어스프링 특성에 대한 연구가 좀더 체계적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Korea Train express(KTX) Rolling Stock, which will operate from Seoul to Pusan and to Mokpo from April 2004, met the swaying phenomenon on high speed testing line between Osong and Simok on back part of the train, at qualification verification in winter.
For the purpose of finding out the cause, KHRC tested the actual KTX by changing the wheel tread profile from GV40(conicity 0.025) to XP(conicity 0.055). The tested KTX was made up of 20 cars and the type of wheel tread profiles are GV 40(slope 1/40) and XP55(slope 1/20). We got the following conclusion after analysing the effect to running performance of KTX with wheel tread profile through the modeling and testing of KTX.
Hereafter, the testing results generated GV40 wheels and XP55 wheels for KTX2: The lateral acceleration when using GV40 wheel got the result of 0.262㎨ ~ 0.343㎨ vibration according to KTX speed.
The measured result of lateral acceleration using XP55 wheel, The lateral acceleration was reduced to 0.038㎨~0.107㎨ vibration according to KTX speed.
So, the result of modelling analysis for wheel tread profile adopted on KTX, shows that lateral vibration acceleration of XP55 wheel appears rather lower than the one of GV40 wheel.
Through the test and simulation for GV40 wheel and XP55 wheels with regard to vertical acceleration GV40 wheel is better than the XP55 wheel but with regard to lateral acceleration XP55 wheel is better than the GV40 wheel.
In the future, specificities of suspension system including the Airspring will be studied to consider the korean circumstance requirements in case of GV40 wheels for KTX.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 요약 = ⅰ
• 표목차 = ⅱ
• 그림목차 = ⅲ
• 기호설명 = ⅳ
• Ⅰ. 서론 = 1
• 1. 연구 배경 및 목적 = 1
• 2. 연구내용 = 2
• Ⅱ. 한국고속철도(KTX)차량 특징 = 3
• 1. KTX 차량의 특성 = 3
• 2. KTX 차량의 차륜답면 및 레일 형상 특성 = 7
• 3. 철도 차량의 진동특성 = 9
• 4. 차륜/레일간 횡방향 운동 = 14
• Ⅲ. KTX 차량의 진동시험 및 해석 = 19
• 1. 진동시험 방법 및 결과 = 19
• 2. KTX 차량의 해석결과 = 25
• 3. KTX 차량 진동에 대한 시험 및 해석결과 비교 검증 = 29
• Ⅵ. 결론 = 37
• 참고문헌 = 39
• Abstract = 41