레일 연마 시 발생하는 미세마모입자 발생 특성 기초 연구

초록

레일 연마는 소음, 진동 등을 줄이기 위해 주기적으로 행해지는 유지보수 작업이다. 특히, 파상 마모 또는 국부적인 레일 표면 결함 시 이를 연마를 통해 유지보수를 진행한다. 레일 연마 작업은 고속의 연마석이 레일 표면을 미끄럼 접촉을 하며 마찰에 의해 레일 표면을 가공하는 작업으로 고속의 미끄럼 접촉에 따른 높은 마찰열을 수반한다. 이때, 마찰력에 의해 레일 표면에 마모가 발생하고, 고온의 마찰열에 의해 미세마모입자가 발생한다. 현재까지, 레일 연마 시 발생하는 마모입자에 대한 연구는 전무한 상태로, 작업자의 건강 및 지하철의 공기질 측면에서 이에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 철도기술연구원에서 개발한 연마 모사시험 챔버를 활용하여 레일 연마를 모사하였고, 이？ 발생한 미세마모입자를 두 개의 미세먼지 센서, Fast Mobility Particle Sizer (FMPS) 및 Optical Particle Sizer (OPS)를 활용하여 6 nm-10 ？m 입자 지름을 가지는 입자의 수농도를 측정하였다. 특히, 연마석의 회전속도에 따른 발생 경향 및 특성을 분석하였다. 2,000, 2,500, 3,000 RPM 의 회전수로 연마 모사시험을 수행하였고, 발생한 마모입자를 충분히 측정하기 위하여 약 3분 정도의 시간 동안 마모입자의 수농도를 측정하였다. 입자의 총 수농도, 입자 분포, 및 입자 사이즈별(초미세, 미세, 조대입자)로 발생 특성을 분석하였다. 분석 결과 회전속도는 입자 발생에 지대한 영향을 미치는 것을 알 수 있었고, 회전수가 증가함에 따라 입자의 발생 수농도도 증가하였다. 특히, 휠-레일 접촉면에서 주로 발생하는 입자의 지름보다 레일 연마 시 주로 발생하는 입자의 지름이 훨씬 작다는 것을 확인하였다.