한국형 틸팅열차 틸팅 기구 설계방법 및 동특성 분석 연구

Abstract

본 논문은 한국형 틸팅 열차의 틸팅 기구장치 설계방법과 이를 검증하기 위한 동특성 분석에 대한 것이다. 본 논문에서는 틸팅 기구장치를 포함한 틸팅 대차의 기능분석을 통한 신뢰성 설계방법과 틸팅 기구장치의 매개변수 분석을 통한 동역학적 설계방법이 접목된 절차를 구축하였고, 이 절차에 준해 설계된 한국형 틸팅열차 시제모델에 대한 동역학적 성능 해석 및 실험을 통해 평가하여 그 설계 방법의 적정성을 검증하였다. 개발된 시제차량의 고속 주행안정성, 탈선 및 전복 등의 안전도, 진동 승차감 등의 동특성에 대한 분석은 Roller rig 시험과 본선 주행시험을 통해 수행되었다. 실험실 시험인 Roller rig 주행시험을 통해 본선에서 수행할 수 없는 한계속도까지 시험을 실시하여 시제차량의 주행안정성이 평가되었으며, 특히 궤도 불규칙도에 따라 영향을 받는 비선형 임계속도의 존재와 그 값을 알아낼 수 있었다. 또한 차량 신조 조건뿐 아니라 요 댐퍼나 조향장치 파손 조건에 대해서도 임계속도를 분석해 보았다. 실제 개발된 6량 1편성의 시제차량의 주행시험이 호남선에서 실시되었다. 이 시험에서는 차륜에서 직접 계측한 하중과 탈선 계수, 대차와 차체 측에서 설치된 진동가속도 계측값, 차체의 롤 각도와 틸팅 제어장치의 정보를 이용하여 탈선안전도와 진동 승차감, 틸팅 승차감 등의 동적 성능이 평가 되었는데, 목표로 한 속도까지 전반적으로 양호한 성능이 확인되었다. 따라서 틸팅 대차와 틸팅 기구장치의 설계는 적정한 것으로 검증이 되었으며, 평균 승차감 측면에서 개선의 여지와 개선 방법에 대해 제안되었다.