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고속열차용 디스크 브레이크 시스템의 편마모 현상에 대한 연구

A Study on Partial Side Wear for Brake System of Railway Vehicles

초록/요약

21세기 접어들면서 철도가 국가경쟁력 제고를 위한 핵심 수단으로 부상하고 있다. 철도는 이제 국가물류체계 재편은 물론 산업경쟁력 제고, 그리고 국민들의 편리한 교통수단으로서 없어서는 안될 중요한 자리를 차지하고 있다. 이러한 요구에 힘입어 국책과제의 일환인 G7 선도기술개발사업을 바탕으로 차세대 한국형 고속열차가 개발되고 있다. 현재 개발차량은 최고 속도가 350km/h에 달한다. 2012년 상용화될 KTX-Ⅱ의 최고속도는 400km/h에 달하게 될 것이다. 가속과 감속 성능의 중요성이 커진 만큼 제동 장치의 제동력은 더 향상되었다. 최근 철도차량의 고속화에 따라 제동방식은 기존의 마찰 제동방식에 전기적 제동방식을 겸용하여 사용하는 것이 일반적인 추세이다. 전기적 방식의 대표적인 예는 회생제동방식으로 추진 전동기의 발전원리를 이용하여 열차의 속도를감속시킨다. 하지만 저속영역에서는 회생제동이 현저히 감소될 뿐만 아니라 회생제동이 실패(fail)할 경우 순수하게 마찰제동만으로 열차를 안전하게 운영해야 한다. 따라서 마찰제동장치는 회생제동과는 별도로 최고설계속도에서 요구되는 제동 성능을 발휘할 수 있도록 설계되어야 한다. 본 연구에서는 유한요소법을 이용하여 기존 KTX 와 시험차량인 G7, 상용화될 차세대 고속열차인 KTX-Ⅱ의 제동과정 중 브레이크 시스템의 중요한 요소인 캘리퍼 유닛의 유한요소해석을 수행하고 그 결과를 비교 분석하여 편마모가 발생하는 인자를 검토하여 KTX-Ⅱ에 장착할 캘리퍼 유닛의 적합성을 검증하고자 한다.

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초록/요약

The HSR-350x (high-speed rail 350x), also known as Korean G-7, is the experimental high speed train which was developed independently by G-7 R&D Project. The G-7 is now being investigated for its performance and tested at the high speed line. Partial side wear occurred in proposed braking system more than in KTX (Korean Train Express) according to experiment. In this study, comparison between KTX, KTX-Ⅱ and G7 models of caliper unit of brake system has been done using FEM. The factor of generated partial side wear was investigated by comparing with results. Suitability of the caliper unit with KTX-Ⅱ would be verified.

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목차

1. 서론 = 1
1.1 연구배경 = 1
2. 연구내용 및 방법 = 3
2.1 고속열차 마찰제동 장치 = 3
2.2 유한요소 모델링 = 4
2.3 재료의 물성 = 7
2.4 유한요소의 종류 = 7
2.5 경계조건 = 8
3. 유한요소 해석 결과 = 10
3.1 해석 방법 = 11
3.2 캘리퍼 무게 중심 효과 = 11
3.3 디스크 회전 효과 = 15
3.3.1 G7 캘리퍼 = 17
3.3.2 KTX 캘리퍼 = 18
3.3.3 KTXⅡ 캘리퍼 = 19
3.4 제동실린더 출력 증가에 대한 효과 = 20
3.5 동일한 전체 압부력에서 각 모델간의 비교 = 29
4. 결과 정리 = 32
4.1 제품 간의 편마모 차이 = 32
4.2 무게중심의 편심 = 33
4.3 주행 속도 = 33
4.4 전체압부력 = 33
참고문헌 = 34
Abstract = 36

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