열차주행안전을 고려한 궤도패드의 최소 수직 스프링계수 결정에 관한 연구

A Study on Determination of the Minimum Vertical Spring Stiffness of Track Pads Considering Running Safety

철도의 고속화와 관련하여 궤도와 구조물의 진동 및 열차소음 등에 대한 대처가 중대한 과제가 되고 있다. 이에 대한 대책으로 궤도패드에 대한 저 탄성화를 제안하여 궤도시스템의 저 탄성화를 추구하고 있지만 곡선부 선로에서 열차의 주행안전을 저해하는 횡압에 의한 레일의 회전이 문제가 되고 있다. 따라서 궤도의 저 탄성화를 위해서는 열차의 주행안전성을 만족하는 궤도패드의 최소 수직 스프링계수의 결정이 매우 중요하다. 이러한 경향에 따라서 본 논문에서는 궤도패드의 최소 수직 스프링계수 결정을 위해 기존의 레일 회전에 관한 이론해와 궤도의 3차원 비선형 유한요소모델간의 결과를 비교 검토하여 열차의 주행안전성을 만족할 수 있도록 하였다. 해석 하중은 차량조건과 궤도조건을 고려한 윤중 횡압 추정식을 구성하여 안전측으로 산정한 하중과 일본의 신간선 하중을 비교 검토하여 궤도 모델에 적용하였다. 구조해석 결과 레일의 회전은 횡압/윤중비와 패드의 강성에 따라서 두 가지 구조해석 모델간 차이가 변화함을 확인하였고, 그 결과 중에서 안전측으로 패드의 최소 강성을 결정하였다.

Railway noise and vibration has been recognized as major problems with the speed-up of rolling stock. As a kind of solution to these problems, the decrease of stiffness of track pad have been tried. However, in this case, overturning of rail due to lateral force should be considered because it can have effect on the safety of running train. Therefore, above two things - decrease of stiffness of track pad and overturning of rail due to lateral force - should be considered simultaneously for the appropriate determination of spring coefficient of track pad. With this viewpoint, minimum spring coefficient of track pad is estimated through the comparison between the theoretical relationship about the overturning of rail and 3-dimensional FE analysis result. Two kinds of Lateral force and wheel load are used as input loads. Extracted values from the conventional estimation formula and the Shinkansen design loads are used. It is found that the overturning of rail changes corresponding to the change of the stiffness of track pad and the ratio of lateral force to wheel load. Moreover, it is found that the analysis model can have influence on the results. Through these procedure, minimum spring coefficient of track pad is estimated.