한국형 틸팅열차 틸팅 기구 설계방법 및 동특성 분석 연구
A Study on the Design Method of Tilting Mechanism and Dynamic characteristic Analysis for the Korean Tilting Train
- 주제(키워드) 틸팅열차 , 동특성 , 틸팅 기구장치
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 박태원
- 발행년도 2009
- 학위수여년월 2009. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000009552
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
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.
more목차
제 1 장 서 론 1
1.1 연구목적 1
1.2 국내외 연구동향 3
1.3 연구내용 9
제 2 장 틸팅 기구장치 설계 11
2.1 틸팅열차의 이론적 배경 11
2.1.1 궤도면에서의 횡가속도 관계 14
2.1.2 차체(승객 레벨)에서의 횡가속도 관계 15
2.1.3 틸팅 제어시스템 19
2.1.4 틸팅 기구장치와 연계된 제어설계변수 21
2.2 틸팅 대차 및 기구장치 개념설계 24
2.2.1 설계 요구사항 24
2.2.2 틸팅 및 기구장치 방식결정 26
2.2.3 틸팅 기구장치 개념설계 28
2.3 시스템 기능 분석 30
2.3.1 대차 시스템 구성품별 기능분석 30
2.3.2 대차 시스템 기능별 분류 및 분석 32
2.3.3 틸팅 제어시스템 기능분석 36
2.4 기구 및 기구동역학적 매개변수 분석 37
2.4.1 틸팅 기구 기구학적 관계식(kinematic equation) 37
2.4.2 차체 틸팅 제어패턴 가정 39
2.4.3 틸팅 기구 운동방정식(kinetic equation) 42
2.4.4 틸팅 기구 매개변수 영향도 분석 44
2.4.5 기구학 및 기구동역학적 매개변수 분석결과 57
2.5 틸팅 대차 및 기구장치 설계 과정 59
제 3 장 틸팅열차 동역학적 성능 분석 63
3.1 철도차량의 동역학 이론적 배경 63
3.1.1 주행안정성(stability) 63
3.1.2 탈선안전도(safety against derailment) 66
3.1.3 틸팅 열차의 승차감 69
3.2 한국형 틸팅 열차의 제원 및 특성 74
3.2.1 일차 현가장치 특성치 77
3.2.2 이차 현가장치 특성치 79
3.3 동특성 해석 모델 및 매개변수 분석범위 설정 81
3.4 매개변수 동역학적 영향도 분석 87
3.4.1 주행안정성 측면 영향도 분석 87
3.4.2 탈선안전도 측면 영향도 분석 87
3.4.3 진동 승차감 측면 영향도 분석 90
3.4.4 틸팅 기구장치 설계변수 결정 93
3.5 차량설계에 대한 동역학적 성능 평가 94
3.5.1 선형 주행안정성 평가 94
3.5.2 비선형 주행안정성 평가 99
3.5.3 곡선 추종성능 평가 103
3.5.4 진동 승차감 평가 110
제 4 장 Roller rig 주행시험 115
4.1 Roller rig 주행시험 개요 115
4.1.1 Roller rig 시험설비 115
4.1.2 시험조건 및 항목 116
4.1.3 궤도틀림 가진 조건 119
4.2 Roller Rig 주행시험 결과 121
4.2.1 선형 임계속도 시험결과 121
4.2.2 비선형 임계속도 시험결과 124
4.2.3 진동 승차감 시험결과 126
4.3 이론 해석과 시험 결과 고찰 131
4.3.1 주행안정성 결과 비교분석 131
4.3.2 진동 승차감 결과 비교분석 133
제 5 장 본선 주행시험 평가 135
5.1 본선 주행시험 개요 135
5.2 진동 모드시험 139
5.3 직선궤도 주행동특성 시험결과 142
5.4 곡선궤도 주행동특성 시험결과 145
5.4.1 600R 곡선 시험결과 146
5.4.2 800R 곡선 시험결과 150
5.5 이론 해석과 시험 결과 고찰 154
5.5.1 진동 특성 고찰 154
5.5.2 탈선안전도 고찰 155
5.5.3 틸팅 승차감 고찰 156
제 6 장 결 론 157
