열화상 카메라를 활용한 휠-레일 접촉열 측정 연구

초록

휠-레일 접촉면에서는 마찰에 의해 다양한 현상들이 발생한다. 이 중 마찰열은 1 μm 이하의 미세마모입자를 발생시키는 주된 원인으로 지목되고 있다. 휠-레일 접촉 모사시험은 주로 Twin-disk Rig를 활용하여 실험을 진행하는데, 시편의 회전속도가 수백 RPM에서 수천 RPM으로 고속회전하는 시험기이므로 접촉면의 마찰열을 측정하는 것은 아주 까다롭고 위험하다. 본 연구에서는 이를 측정하기 위해서 우선적으로 열화상 카메라의 활용성을 확인해 보았다. 열화상 카메라는 반사율에 민감하게 반응하므로 시편에 까만색 라카를 뿌려 반사율을 최대한 낮춘 후 실험을 진행하였다. 실험 조건은 하중을 고정하고 열차속도를 모사하는 시편의 회전속도를 증가시켜 열차속도에 따른 마찰열 발생 경향을 관찰하였다. 또한, 슬립율이 미치는 영향을 확인하기 위해 120초동안 슬립율을 5%까지 올리면서 슬립율이 마찰열에 미치는 영향 또한 확인하였다. 각 회전 속도에서 시편은 가속 30초, 슬립구간 120초, 감속 40초로 이루어졌다. 본 실험의 결과는 접촉면에서 발생하는 열을 직접적으로 측정하는 것이 아닌 방사(Radiation)되는 열을 측정하는 것이므로 실제 발생 열보다는 현저히 낮은 결과를 보이지만 인가된 조건 중, 열차 속도 및 슬립율이 접촉열에 미치는 영향에 대한 경향성을 파악하는 기초자료로는 가치가 있을 것으로 기대된다.