• 한국정밀공학회지
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• 제34권1호
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• pp.41-46
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• 2017

Magnetically levitated (Maglev) vehicles maintain a constant air gap between guideway and car bogie, and thereby achieves non-contact riding. Since the straightness and the flatness of the guideway directly affect the stability of levitation as well as the ride comfort, it is necessary to monitor the status of the guideway and to alert the train operators to any abnormal conditions. In order to develop a signal processing algorithm that extracts guideway irregularities from sensor data, virtual testing using a simulation model would be convenient for analyzing the exact effects of any input as long as the model describes the actual system accurately. Simulation model can also be used as an estimation model. In this paper, we develop a state-space dynamic model of a maglev vehicle system, running on the guideway that contains jumps. This model contains not only the dynamics of the vehicle, but also the descriptions of the power amplifier, the anti-aliasing filter and the sampling delay. A test rig is built for the validation of the model. The test rig consists of a small-scale maglev vehicle, tracks with artificial jumps, and various sensors measuring displacements, accelerations, and coil currents. The experimental data matches well with those from the simulation model, indicating the validity of the model.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권10호
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• pp.1207-1218
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• 2013

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.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.797-803
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• 2019

본 연구는 동력분산형 고속열차의 횡방향 진동을 저감하기 위하여 진행되었다. 동역학 해석을 통한 연구에서 동력분산형 고속열차 시제차량(HEMU-430X)은 고속열차에서 주로 사용되는 차륜프로파일(XP55, GV40, S1002)에 관계없이 낮은 등가답면구배에서 횡방향 진동이 커지고, 차륜 마모가 진행되어 등가답면구배가 커지면 횡진동이 감소하는 경향을 보였다. 이는 HEMU-430X에 적용된 현가장치 특성치들의 조합된 결과로 인해 등가답면구배가 낮을 때 차체와 대차가 1.4Hz의 주파수로 공진하여 차체 헌팅이 발생되기 때문이다. 고속열차의 횡방향 진동저감에 대한 해외 사례에서 요댐퍼의 유압강성(Hydraulic stiffness)을 낮추어 진동을 개선한 사례를 고찰하였다. 요댐퍼의 시리즈 강성은 유압강성과 탄성조인트의 조합인데 본 연구에서는 유압강성 조정대신 비교적 간단하게 할 수 있는 탄성조인트의 강성을 낮추어 횡방향 진동을 개선하고자 하였다. 신규 제작된 탄성조인트를 적용한 요댐퍼의 시리즈 강성은 기존 요댐퍼 대비 60% 수준으로 낮았다. 60% 수준의 시리즈 강성이 적용된 요댐퍼를 HEMU-430X의 TC~M2 3량에 설치하여 시운전 시험을 수행하였다. 시운전 시험 결과 TC를 선두로 한 하행 주행 시 TC~M1의 횡방향 진동이 개선되고, MC를 선두로 한 상행 주행 시 후미 TC차량의 횡진동이 개선되는 결과를 보였다. 본 연구의 진동저감 방안은 향후 영업운전을 위해 도입되는 EMU-250 및 EMU-320의 횡방향 진동 문제 발생 시 해결책으로 적용할 수 있다.

• 한국철도학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.135-144
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• 2016

분기기 거더 경량화는 제작비 감소 및 제작의 용이함을 위해 필수적이다. 자기부상열차용 3방향 분기기 경량화를 위한 설계변수는 부상안정성과 관련 있기 때문에 신중히 결정되어야 한다. 도시형 자기부상열차는 대차가 레일을 감싸는 구조로 되어 있기 때문에 거더 높이 변경을 통해서 경량화가 가능하다. 실제 테스트베드에서 반복 주행시험을 통해 안정성을 확보해야 하지만 공간적, 비용적 제한에 의해 여러 거더 높이의 테스트베드 제작은 불가능하며 이를 보완하기 위한 설계 파라미터 연구는 필수적이다. 본 논문에서는 자기부상열차 주행 시 3방향 분기기 경량화에 따른 부상안정성을 고려한 설계 파라미터 연구에 그 목적이 있다. 이를 위해 분기기 거더 높이 변경을 통해 경량화하였고 모달 중첩법을 이용하여 유연체로 모델링 하였다. 유연체 분기기와 자기부상열차 동역학 모델과의 연동해석을 통해 차량의 통과속도, 횡 공극, 부상 공극을 비교하고 부상안정성에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 통해 거더높이와 부상안정성과의 상관관계에 대해 분석하였다. 본 논문의 연구 결과는 자기부상열차용 분기기 설계에 활용 가능할 것이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권11호
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• pp.561-567
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• 2018

본 연구는 동력분산형 고속열차의 승차감을 개선하기 위하여 진행되었다. 동력분산형 고속열차 시제차량의 동역학 해석을 통해 300km/h이상의 임계속도를 갖는 등가 답면구배의 범위는 0.05에서 0.25사이임을 확인하였다. 초기에 적용된 차륜 프로파일 S1002는 4만km이상의 누적주행거리에도 불구하고 등가 답면구배는 0.033 정도였고, 안정적인 운행을 위해서는 등가 답면구배가 0.061이 넘는 XP55가 더 적합함을 확인하였다. 동력분산형 고속열차의 승차감을 개선하기 위한 방안으로 요댐퍼의 설치 각도를 $7.35^{\circ}$에서 $0^{\circ}$로 변경하고, 민감도 분석과 최적화를 통해 도출된 공기스프링 횡 및 상하방향 강성 30% 감소, 2차 수직댐퍼 및 횡댐퍼 댐핑계수를 50% 증가시키는 방안을 제안하였다. 이를 적용하면 차체 가속도를 평균 20%정도 개선시킬 수 있을 것으로 예상되었다. 도출된 승차감 개선 방법의 일부인 요댐퍼 설치각도를 $0^{\circ}$로 변경하고 횡댐퍼의 댐핑계수를 30% 증가시킨 후 경부고속선에서 300km/h 속도로 시운전을 진행하였을 때, 차체 횡가속도는 평균 34.3% 개선되었고, 본 연구에서 제안된 추가적인 개선 방안은 향후 시운전 시험 시에 적용될 예정이다. 본 연구에서 사용된 승차감 개선 프로세스는 향후 동력분산형 고속열차의 상업 운행 시에 발생할 수 있는 승차감 관련 문제 해결에 사용될 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권12호
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• pp.887-895
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• 2018

본 논문은 수송량 증대를 위한 열차제어시스템의 안전거리 설계와 전동차 제동설계에 활용할 수 있는 제동모델을 제시한다. 제동모델을 위해 6량 1편성으로 운행되는 전동차의 제동특성을 시험하였다. 제동특성에 영향을 줄 수 있는 인자로는 마찰계수, 제동압력의 변화, 회생제동 등이 있으며 시험을 통해 확인하였다. 제동압력은 상용제동과 비상제동으로 구분하고 차량의 특성을 반영하였다. 주행하는 철도차량에 작용하는 외력은 주행저항을 측정 시험과 후처리 방법을 제시하고 있는 KS R 9217에 따라 시험을 수행하고 2차 다항식 형태로 해당 열차의 주행저항을 제시하였다. 차량의 재원, 마찰계수, 제동압력, 주행저항을 바탕으로 직선 평탄 선로를 주행하는 전동차의 동적 거동은 다물체 동역학 해석 소프트웨어를 이용하여 해석하였다. 해석결과는 상용제동과 비상제동에 대하여 시험결과와 비교 검증하였으며 상당히 합리적인 결과를 도출하였다. 검증된 모델은 제동초기 속도에 따른 정지거리를 분석하고 감속도 중심의 제동모델과 비교하였다. 또한, 운영기관의 마찰계수 한계치에 따라 열차제어시스템을 위한 안전거리는 변화할 수 있음을 확인하였다. 본 연구의 결과는 철도차량들을 연결하여 운행하는 열차의 동적 거동해석에 활용할 수 있을 뿐 아니라 차량 설계에서 제동에 영향을 미치는 다양한 선로환경 분석과 제동 성능향상의 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국철도학회논문집
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• 제14권3호
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• pp.203-210
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• 2011

본 논문에서는 열차 충돌로 발생되는 충격으로 차축에 큰 수직하중 및 수평하중이 부과될 때 플랜지가 레일을 타고 오르는 탈선현상을 예측할 수 있는 단일 윤축의 이론적 탈선 모델을 연구하였다. 철도차량 충돌 시 크게 타고오름(wheel-climbing), 들려오름(lift-up), 전복(roll-over) 등과 이들의 복합유형탈선이 발생할 수 있다. 타고오름 및 복합 유형의 탈선은 세 가지(Climb-over, Climb/roll-over, Roll-over)로 정의할 수 있다. 본 논문에서는 충돌 후 탈선거동을 예측하기 위하여 타고오름 및 복합 유형 탈선에 대한 단일윤축 이론모델을 제안하고, 정의한 세 가지 탈선거동이 발생하기 위한 조건을 제시하였다. 타고오름 및 복합 유형의 탈선거동을 예측하기 위하여 제안된 단일윤축 이론모델의 타당성을 단순플랜지 형상 윤축모델을 사용한 동역학 시뮬레이션을 통하여 검증하고, 타당성을 보인다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권11호
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• pp.697-704
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• 2017

본 연구는 영업운행 중인 고속열차의 진동 문제를 고찰하고, 이를 개선하기 위하여 진행되었다. 먼저 고속열차의 진동 수준을 알기 위하여 차체 진동가속도에 대한 측정이 수행되었다. 측정결과 운전실이 객차보다 진동이 크며, 열차 후미로 갈수록 진동이 더 커졌다. 운전실 및 객차 모두 수직방향 진동이 횡방향 진동에 비해서 크며, 콘크리트 구간에 비해 자갈궤도에서 진동의 최대값이 크다. KTX-산천 진동 경향과 개선점을 도출하기 위하여 동역학 해석을 수행하였다. 해석결과는 시험 결과와 유사하였으며, 객차 양 끝단의 단부객차 상부와 동력차량의 진동을 저감시킬 필요가 있었다. 객차의 진동을 저감하기 위하여 KTX-호남(200호대) 차량은 4가지 개선 설계를 수행하였고, 이 중 KTX-산천에 적용할 수 있는 방법을 해석에 적용하였을 때, 정상구간에서는 2.2%, 분기기구간에서는 11% 정도 진동이 감소할 것으로 예상되었다. 동력차량의 진동 저감을 위해 2차 코일스프링의 강성을 감소시키고, 2차 수직댐퍼의 댐핑계수를 증가시키는 방안을 제안하였다. 현가장치의 불량, 오조립 등 성능저하가 차체 및 대차의 진동을 증가시키는 것을 시운전 결과와 해석결과를 통하여 살펴보았으며, 현가장치 올바른 유지보수가 차량 진동을 저감시킴을 알 수 있었다. 차륜 마모에 대한 적절한 관리는 운행 효율 및 차체 진동저감에 중요한 역할을 하며, 현재 차륜 프로파일을 변경하여 차륜 삭정간의 주행거리를 늘리려는 연구가 진행 중이다.

• 한국철도학회논문집
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• 제12권6호
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• pp.859-864
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• 2009

현재 철도차량이 분기기 통과 시에 횡압의 변화를 최소화하는 설계가 요구되고 있다. 따라서 차량이 분기기를 통과하는 경우에 분기기에 작용하는 횡압 및 탈선계수를 예측하기 위하여 차량과 분기기간의 상호작용에 따른 동역학 해석을 수행하여야 한다. 본 연구에서는 분기기에서 차량의 주행안전성을 향상시키기 위하여 차량 및 분기기 해석모델 구축, 분기기 통과시의 주행안전성 해석을 수행하였다. 또한 차량 및 분기기 모델의 검증을 위해 분기기 통과 시에 차륜과 레일 사이의 접촉점 위치 해석과 텅레일 및 크래들부의 단면 변화에 따른 분기기에서의 차량의 주행안전성 해석을 수행하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제29권9호
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• pp.1183-1190
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• 2005

This paper presents a dynamic model of railway vehicle for the development of a 6-axis tilting train simulator. The tilting train simulator will be used to verify the tilting electronics and tilting control algorithm that are to be applied to the Korean tilting train. The tilting train simulator is composed of 6 electric-driven actuators, a track generation system, a graphic user interface, and a visualization system with a 1600mm-diameter dome screen. The each system shares the data by means of ethernet network in realtime. In this study, a train model of 9-DOF with a force generation system to tilt train body has been developed. The dynamic analysis for the straight track running and curve negotiation of a railway vehicle can be performed in the model. In this study, a verification study for the application of the model to the simulator has been conducted under curving situation on the track with different radii.