휠/레일 구름-미끄럼 접촉에서 발생하는 미세마모입자 분석 - 속도 영향

초록

전력을 이용하는 철도시스템은 친환경 수송 수단으로 인식되고 있지만, 실제로는 다양한 접촉면에서 마찰에 의해 다양한 크기의 미세마모입자들을 발생시키고 있다. 특히 휠/레일은 항상 접촉하고 있고 휠/레일 동역학적 특성상 항상 접촉면에서 슬립이 발생하기 때문에 항상 마모가 발생한다. 현재까지 휠/레일 접촉에서 발생하는 미세마모입자에 대한 연구는 거의 없다. 본 연구에서는 휠/레일 접촉에서 발생하는 미세마모입자의 발생 경향을 twin-disc rig 를 활용하여 실험을 통해 확인해보았다. 세 가지의 다른 속도 영역(28, 45, 그리고 90 km/h)에서 슬립율을 0~3%까지 지속적으로 변화시키며 실험을 진행하였다. 이 슬립율은 구름접촉과 미끄럼접촉 모두를 포함한다. 시험 결과 초미세마모입자, 미세마모입자, 그리고 조대마모입자까지 다양한 크기의 마모입자들이 구름 접촉 및 미끄럼 접촉에서 발생하는 것을 확인하였다. 또한 상대적으로 고속 영역(90 km/h)에서는 마모입자 수농도 피크가 구름접촉에서 미끄럼접촉으로 변하는 변곡 영역 (약 슬립율 1%)에서 발생하는 것을 확인하였다. 또한 구름접촉에서 발생하는 초미세먼지, 미세먼지 양은 무시할 수 없을 정도로 많이 발생하는 것을 확인하였다.