플랜지 타오르기 탈선 안전 평가 프로그램 개발

초록

열차 운행 중 플랜지가 레일을 타고 오르면서 발생하는 타오르기 탈선은, 차량조건(축중 불균형, 현가장치 이상, 차량 무게중심의 변화 등)과 선로조건(곡선반경, 캔트, 선로틀림, 선로불규칙도 등) 및 운영조건(마찰계수, 차량 속도등) 등의 조합으로 발생한다. 플랜지 타오르기 탈선의 안전은 휠과 레일의 접촉면에서 발생하는 횡압(Q)과 윤중(P)의 비를 계산하여 Nadal 의 임계 탈선계수와 비교하는 방식으로 평가하고 있으며, 해당 조건은 실험 및 시뮬레이션을 수행하여 확인한다. 하지만 이러한 안전 평가에서, 실물 실험의 경우 장치 및 조건 구성에 어려움이 있으며, 시뮬레이션 환경에서도 많은 시간과 노력을 필요로 하기 때문에, 해당 인프라가 갖춰지지 않은 일반적인 철도 현장에서는 적용하기 매우 어렵다. 본 연구에서는 이러한 어려움을 개선하고자, 열차의 물리적 거동을 기반으로 하여 플랜지 타오르기 탈선 가능성을 계산할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 본 프로그램에서는 윤중, 차량주행속도, 무게중심 등 명확한 수치가 있는 값은 정적인 값으로, 플랜지각도, 캔트, 게이지너비, 언로딩팩터 등은 정규분포함수의 형태로 입력할 수 있으며, 해당 입력값 들을 이용해 Monte Carlo 시뮬레이션을 수행하고 확률분포를 계산함으로써, 탈선 위험도를 확률적으로 평가할 수 있도록 하였다. 본 프로그램은, 현장에서 획득할 수 있는 데이터만을 입력하고 해당 결과를 즉시 계산 및 확인 가능하게끔 개발되었으며, 실험 및 해석을 통한 방법보다 정교하지는 않지만 신속하게 경향성을 파악할 수 있어 현장에서 유용하게 사용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.