다이나모 시험을 통한 고속철도 제동 디스크의 열기계적 특성 및 균열 거동 연구

초록

디스크를 이용한 마찰 제동은 차량의 대표적인 제동방식으로 디스크의 성능은 안전성에 직접적인 영향을 미친다. 특히, 차체의 중량이 크고 제동력이 큰 철도차량에서는 그 중요성이 증대된다. 뿐만 아니라 철도차량의 고속화가 진행됨에 따라 급제동 시 제동 디스크 표면에서 고속의 미끄럼 마찰로 인한 급격한 온도상승이 유발되며, 이는 제동 디스크의 열변형을 일으킨다. 이때 나타나는 열변형은 국부적 열 집중현상인 핫밴드(hot band) 및 핫스팟(hot spot)에 의해 발생되며, 냉각 시 표면의 온도차에 따른 수축과 팽창 과정에서 디스크의 손상을 가져온다. 따라서 제동 디스크의 안전성을 확보하고 명확한 유지보수 체계를 구축하기 위해서는 제동 시의 열기계적 특성에 대한 면밀한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 Solid type 제동 디스크의 열기계적 특성과 균열의 거동을 연구하기 위해 초기 균열이 있는 제동 디스크를 이용하여 제동 다이나모 시험을 진행하였고 그 결과를 분석하였다. 가혹조건에서 디스크의 상태를 분석하기 위해 고속에서의 급제동 상황인 비상제동 상황을 이용하였고, 이를 구현하기 위한 다이나모 시험은 UIC 541-3에서 제시하고 있는 고속철도의 비상제동 프로그램을 참조하여 시험을 수행하였다. 제동 디스크의 열기계적 특성을 분석하기 위해 적외선 열화상 카메라와 접촉식 온도 센서를 이용하였고, 이를 이용하여 제동 디스크 표면의 온도 분포, 마찰계수의 변화, 핫밴드 및 핫스팟의 거동에 대해 분석하였다. 그리고 제동 디스크의 균열 변화를 측정하여 디스크의 열기계적 특성에 따른 균열의 거동에 대해 분석하였다.