철도차량 진동의 종류 및 원인

철도 승객이 쾌적하게 생각하는지 또는 불쾌하게 느끼는지는 진동의 크기, 성질 등에 의해 어느 정도 결정이 된다. 따라서 차량의 운동역학적 이론으로 운행 중 속도, 열차중량, 선로상태 등을 적용 해석하여 승객이 가장 불쾌하게 느끼는 진동가속도(움직임의 변화)를 찾아내어 해소하는 방안이 필요하다.

 

 

□ 철도차량 진동의 종류

진동의 종류에는 차체가 강체로 되어 진동하는 것과 차체가 탄성체로 되어 진동하는 것 2가지로 크게 분류하고 이에 따라 진동방향에 따라 병진운동과 회전운동으로 분류된다

 

- 차체가 강체로 되어 진동하는 것

- 차체가 탄성체로 되어 진동 하는 것

 

※ 진동의 종류

철도차량의 진동

 

1. 병진운동

가. 전·후 진동 : X축 방향

나. 좌·우 진동 : Y축 방향

다. 상·하 진동 : Z축방향

 

2. 회전운동

가. Rolling(롤링) : X축을 중심으로 회전

나. Pitching(피칭) : Y축을 중심으로 회전

다. Yawing(요잉, 사행동) : Z축을 중심으로 회전

 

위와 같이 탄성체로써 발생되는 차체의 굴곡, 비틀림 등이 있는데 실제로는 이런것들이 개별적으로 나타나는 것이 아니고 서로 조합되어 복합적으로 나타나지만 일반적으로 진동계로 측정하여 나타낼때는 전후, 좌우, 상하 진동으로 거론한다.

 

 

□ 철도차량 진동의 원인

진동원은 크게 궤도 구조로부터 오는 것과 차량 구조로부터 오는 것으로 나누어진다.

궤도구조와 관련된 원인으로는 레일의 요철, 경사, 곡선, 이음매, 분기기, 도상구조와 관계 있으며, 차량구조와 관련된 원인으로는 차륜답면구배, 찰상, 축중, 스프링하중량, 차량배치 등에 양자가 경합하여 복합적으로 나타난다.

 

철도차량 진동원

 

□ 고유진동과 공진

진동에는 진동수와 주기가 있다. 보통 진동수는 매 초당 Cycle로(C.P.S)나타내고, 주기는 진동수의

역수로 몇초(S)로 표시한다.

고유진동은 탄성체가 가지고 있는 고유의 진동주기를 말하며 공진은 탄성체에 외력이 가해지면 진동이 발생하는데 이 진동주기가 탄성체의 고유진동주기에 근접하거나 일치하면 진동이 아주 크게 발생하여 나타나는 것을 말한다.

 

실제로 레일길이가 10m이고 고유진동주기가 0.65인 (보기객차 약 0.65정도) 철도차량이 공진을 일으키는 속도를 구하면 60km/h이다. (속도V=10/0.6×3.6=60km/h)

 

이러한 선로에서는 공진속도를 감안하여 60km/h대 운전은 피하여야 하며 25m레일의 경우 150～170km/h정도 높은 속도로 나타나 Long Rail을 사용하였을때는 강제진동과 공진현상이 일어나지 않는 것으로 레일 장천화가 요구된다.

 

※ 주기 : 어떠한 현상이 일정한 시간 간격을 두고 반복해서 일어날 때 그 간격의 최단값 - 전기, 기계의 진동, 음파·전자기파의 파장 현상 등

※ C.P.S - 매초당 진동수(Cycle)