철도차량 진동감쇄장치(스프링, 오일댐퍼)

□ 스프링의 정의 및 특성

1. 스프링 : 탄성을 가진 물체(원래의 상태로 되돌아오려는 성질)

2. 기본 특성 : 동적으로 고유 진동을 가지고 충격을 완화 하거나 진동을 방지하는 기능

3. 철도차량에 사용되는 스프링 : 단순한 물체의 탄성변형을 이용하는 외에 에너지의 흡수 또는 축적을 목적으로 하며 그 탄성을 이용한 것으로 변형에 대하여 충분한 강도를 가진 재료를 사용한다.

4. 철도차량 스프링의 구비조건

가. 하중과 변형과의 관계가 가급적 일정해야 한다.

나. 탄성 에너지의 흡수 또는 축적이 많아야 한다.

다. 고유의 진동 성질을 가지고 있어야 한다.

라. 외부의 진동을 절연하고 충격을 완화하여 주어야 한다.

 

 

□ 오일댐퍼

기름의 점성저항을 이용하여 진동을 감쇄시키는 액체 스프링으로 충격에 의한 감쇄효과가 크다. 오일댐퍼의 구조는 내외시린더, 피스톤롯드, 밑 덮개, 체크밸브 조정밸브 등으로 구성되어 있다.

 

1. 작동 방법

작동 실린더는 피스톤에 의하여 높은 압력실과 낮은 압력실로 나누어 진다. 반발 단계(피스톤 로드가 뽑아질 때)와 압력 단계에서 흡수력은 피스톤 위아래에 있는 높은 압력실과 낮은 압력실의 압력 차이에 의해서 만들어 진다. 작동실의 압력은 피스톤 속도, 피스톤과 기초 밸브를 통과하는 흐름 저항에 의해 자동적으로 조정되어 진다. 피스톤이 운동하는 동안 위부분에는 기름을, 아래부분에는 공기를 포함하고 있는 저장실로부터 액체(오일)의 교환이 이루어진다. 댐퍼가 작동하는 동안 펌프 과정은 피스톤 로드의 이동과 기초 밸브의 조절로 발생한다.

팽창 과정(반발 단계)동안 피스톤 로드의 배출 체적과 일치하는 오일량이 기초 밸브에 있는 흡입밸브에 의하여 저장실로부터 흡입되어 진다. 압축 과정(압축 단계)동안 침수된 체적과 일치하는 오일량이 기초 밸브에 있는 압력 밸브에 의하여 저장시로 다시 압입되어 진다. 이와 함께 기초 압력 밸브는, 피스톤에 있는 압력 밸브보다 더 큰 저항으로 운행하는 차량의 어떤 상태에서 나타나는 방법에 의하여 조절된다.

이런 방법에 의하여 저장실 보다는 더 큰 압력이 상부 작동실(높은 압력실)에 존재한다. 또한 이러한 동작 때문에 피스톤 로드와 로드 가이드 사이의 틈을 통하여 공기의 흡입이 방지된다.

 

2. 감쇠력

댐퍼의 감쇠력은 피스톤 속도에 의존한다. 피스톤 속도가 증가하면 감쇠력은 각각의 밸브 조정에 의하여 결정되는 특성에 따라서 증가한다.

 

3. 댐퍼의 종류

차체의 롤링(Rolling), 요잉(Yawing) 운동 및 좌우 진동에 대하여 차량이 최적의 동특성을 가지도록 적절한 감쇠력을 지닌 댐퍼들이 설치되어 있다.

가. 1차 댐퍼(Primary Damper)

차량의 피칭(Pitching, 차량의 진행 방향과 좌우 방향의 수직되는 축으로 할 때, 이 축에 대한 회전 운동)에 대한 진동 감쇠

나. 2차 댐퍼(Secondary Damper)

차량의 롤링(Rolling, 차량 진행 방향을 축으로 할 때, 이 축에 대한 회전 운동)에 대한 진동 감쇠

다. 회전 댐퍼(Rotational Damper)

차량의 요잉 (Yawing, 차량 진행 방향과 상하 방향의 수직되는 축으로 할 때, 이 축에 대한 회전 운동)에 대한 진동 감쇠

라. 횡 댐퍼(Lateral Damper)

차량의 좌, 우 진동에 대한 진동 감쇠

 

(좌) 1차댐퍼, (우) 회전댐퍼