차륜탈선 시험설비를 활용한 RCF 실험용 하중 프로파일 설계

초록

철도차량의 차륜은 전체 차량의 중량을 지지하는 중요한 역할을 하면서 레일 위를 주행하는 부품으로서 운행 중에 레일과의 상호작용으로 피로가 가해져서 손상이 발생한다. 차륜은 레일과 아주 작은 면적으로 접촉하여 상당히 큰 압력을 받으며 반복적인 고하중을 받기 때문에 피로에 의해 파손될 위험성이 있어 높은 안전성이 필요하다. 기존의 차륜과 레일의 접촉 피로에 대한 연구는 주로 유한요소해석을 적용하여 차륜-레일의 접촉에 의한 피로수명을 평가하거나 운행을 마친 열차의 차륜에서 시편을 채취해서 분석하는 연구가 대부분이며 새롭게 설계된 차륜의 피로강도를 평가하는 연구는 제한적이다. 제작된 차륜의 내구성 및 적합성을 평가하기 위해서는 실제 차량에 부착하여 실험을 하는 것이 가장 좋지만 안전성의 문제 등 여러 가지 측면에서 현실적으로 불가능하기 때문에 내구성을 평가할 때 현차시험 외에도 다른 방법이 필요하다. 이를 위하여 본 연구에서는 차륜의 내구성을 실험적으로 알아보고자 차륜탈선 시험설비를 이용하여 철도차량이 운행 할 때 차륜과 레일에 발생하는 수직압, 횡압, 공격각 등을 제어해서 실제 운행조건 및 더 가혹한 조건을 묘사하여 차륜에 가해지는 피로하중과 다른 조건에 의해 얻어지는 물성치 및 데이터를 분석하고 차륜설계 시 모델링한 수치와 비교해서 얻은 결과로 향후 새롭게 제작되는 차륜의 내구성 및 적합성을 평가하는 실험에 활용하고자 한다.