인장형 에너지흡수부재를 이용한 철도차량용 장애물제거기 연구 = A Study on an Obstacle Deflector of a Railway Vehicle using Tension-type Energy Absorber

국문 초록 (Abstract)

장애물제거기는 선로 내 장애물에 의한 충돌사고 발생 시 장애물을 선로 밖으로 밀어내거나 소성변형을 통해 충돌에너지를 흡수하여 열차의 탈선을 막는다. 장애물제거기는 사고 발생 이후 피해를 최소화하기 위한 장치이기 때문에 장애물과의 충돌에 의한 감속도의 변화가 최소화된 안정적인 하중특성이 요구된다.
본 논문은 인장형 에너지흡수부재와 4절 링크를 사용하여 안정적이면서도 예측이 용이한 하중특성을 가진 장애물제거기를 설계하고 정적강도 및 에너지흡수성능 검증시험을 통해 관련 규정을 만족하는 성능을 가진 장애물제거기를 설계하는데 목적이 있다.
장애물제거기의 작동 메커니즘을 구현하기 위해 4절 링크 및 인장형 에너지흡수부재가 조합된 링크의 기하학적 해석을 수행하여 각 구조물의 위치를 결정한 뒤 장애물제거기를 설계하였다. 이후 유한요소해석을 통해 장치의 성능을 확인한 뒤, UTM(Universal Test Machine)을 이용한 성능 시험법을 고안하였다. 이를 이용하여 EN15227 규정에 따라 UTM을 이용한 정적강도 및 에너지흡수성능 검증시험을 수행하여 장애물제거기의 성능 검증을 완료하였다.
본 연구를 통해 인장형 에너지흡수부재 및 4절 링크로 구성된 작동 메커니즘을 구성하여 안정적이고 예측 가능한 하중특성을 구현하였다. 특히 변형에 따라 추종힘의 방향이 달라지는 것을 고려한 슬라이딩 지그를 고안하여 적용하였으며, 시험 결과 유한요소해석과 유사한 형태의 거동을 보였다. 제안된 장애물제거기의 설계 및 검증 절차에 따라 붕괴하중을 쉽게 조절이 가능하며 실험적으로 검증할 수 있는 방법을 제안하였다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구 배경 1
• 2. 연구 동향 및 관련 규정 3
• 3. 연구 목적 및 내용 13
• Ⅱ. 장애물제거기 작동 메커니즘 설계 14
• 1. 4절 링크 기본 이론 15
• 2. 4절 링크 해석 16
• 3. 작동 메커니즘 설계 23
• Ⅲ. 장애물제거기 에너지흡수부재 설계 27
• 1. 에너지흡수부재 재료 선정 27
• 2. 에너지흡수부재 형상 설계 30
• Ⅳ. 장애물제거기 정적강도 및 에너지흡수성능 시험 32
• 1. 유한요소해석 및 시험방법 고안 32
• 2. 정적강도 시험 41
• 3. 에너지흡수성능 검증 시험 46
• Ⅴ. 결 론 52
• 참고문헌 54