영업중인 화물열차 차륜의 열 내구성 평가 (Evaluation of Thermal Durability of Freight Car Wheel in Operation)

서지정보

· 발행기관 : 한국철도학회
· 수록지 정보 : 한국철도학회논문집 / 26권 / 6호 / 387 ~ 400페이지
· 저자명 : 구병춘, 권석진

초록

화물열차의 기계식 제동장치는 열차의 운동에너지를 답면제륜자와 차륜의 마찰에너지로 소진하여 차량을 정지시킨다. 이 과정에서 발생한 마찰열은 차륜에 전달되어 차륜 온도를 높이고 차륜 재질의 소성변형을 유발하여 차륜이 냉각된 이후에 차륜에는 잔류응력이 남는다. 잔류응력은 차륜에 작용하는 외력에 의한 응력과 더해져 차륜의 허용응력을 초과할 수 있으므로 EN 13979-1에서는 잔류응력을 일정한 기준값 이하로 제한하고 제동 다이나모를 이용하여 열 내구성을 평가하는 방법을 규정하고 있다. 본 연구에서는 실제 영업열차에 사용 중인 화물열차의 차륜을 수거하여 EN 13979-1의 규정에 따라 국내 최초로 열 내구성을 평가하였다. 속도 60 km/h, 마찰에너지 42.5 kW 조건에서 45분 동안 지속하는 연속제동을 10회 체결하여 차륜의 균열 발생 여부 관찰, 열에 의한 차륜의 횡방향 변위 측정과 시험 전과 후잔류응력을 측정하였고 유한요소법으로 해석하였다. 시험결과 차륜의 최고온도는 530 ℃이었고, 차륜에는 열 균열이 발생하지 않았으며 횡방향 변위와 시험 후 측정한 원주방향의 잔류응력은 EN 13979-1 규정을 만족하였다. 유한요소 해석 으로 얻은 온도와 응력 분포는 실험결과와 유사하였다.

영어초록

The mechanical braking system of a freight train stops the train by consuming the kinetic energy of the train as frictional energy between brake shoes and wheels. Frictional heat generated in this process is transferred to the wheel, increasing the wheel temperature and causing plastic deformation of wheel material, so that residual stress remains in the wheel after wheel cools. Residual stress can exceed the allowable stress of the wheel by adding to the stress caused by the external force acting on the wheel, so EN 13979-1 limits the residual stress to a certain standard value or less and specifies a method for evaluating thermal durability using a braking dynamo. In this study, one wheel of a freight train in use for an actual commercial train was collected and thermal durability was evaluated for the first time in Korea according to EN regulations. Under conditions of speed of 60 km/h and frictional energy of 42.5 kW, continuous braking for 45 minutes was applied 10 times to observe cracks in the wheel. Lateral displacement of the wheel due to heat, and residual stress before and after the test, were measured and analyzed using the finite element method. Results showed maximum temperature of wheel was 530 ℃. No thermal cracks occurred in the wheel; lateral displacement and residual stress in the circumferential direction measured after test satisfied EN 13979-1. The numerically analyzed temperature and stress were in good agreement with the experimentally obtained values of temperature and stress.

참고자료

· 없음