철도차량 진동 발생 형태 및 해결 방안

□ 전·후 진동

1. 발생원

연결기의 완충장치의 스프링에 의해서 1.5～2.5 C.P.S 발생하고 급제동시에는 상당히 승차감을 해치는 일이 있지만 보통의 운전상태에서는 그다지 문제되지 않으며, 차륜의 편심에 의하여 6～10 C.P.S, 대차의 피칭에 의해서 4～7 C.P.S 발생하며 대차의 피칭은 레일이음매에 있어서 차륜의 침하에 의해 일어나기 때문에 대차의 중량이 무거운 차량이 짧은레일(10～12m)구간을 고속으로 주행하는 경우에 문제로 되는 것이 많다.

 

2. 해결방안

① 볼스타앵커를 사용한다.

② 대차의 센터 플레이트를 낮춘다.

③ 대차에 대해서 차체를 전후방향에 탄성적으로 지지한다.

④ 축 스프링부에 댐퍼를 설치한다.

 

 

□ 좌·우 진동

1. 발생원

대차의 스프링 및 볼스타 장치에 의하여 0.8 C.P.S 정도의 진동이 차체 중심 아래에서 롤링으로 나타나고 차체중심 아래 롤링은 승차감면에서는 문제가 되지 않으나 중심이 높은 차체의 경우는 무시할 수 없다.

레일의 불량으로 인하여 1～2 C.P.S 정도의 요잉, 중심위 롤링이 일어나는데 이는 승차감면에서는 신조차가 구형차보다 현저히 나아졌지만 고속운행 차량에서는 중요한 진동 중의 하나이다.

차체의 탄성진동이 약 10 C.P.S 정도 나타나는데 이는 승차감을 상당히 많이 해치는 것이며 진동은 아니지만 곡선 통과시 원심력과 중력에 의한 횡방향의 정상적인 가속도가 생기며 이것이 크게 되면 승차감을 해치기 때문에 곡선부 속도 향상에 주의를 요한다.

 

2. 해결방안

① 스윙볼스타 행거를 길게 한다.

② 차륜답면구배를 적게 한다.

③ 차축을 대차 후레임에 대하여 횡방향에 탄성 지지한다.

④ 차체중량을 사이드베어러에서 지지한다.

⑤ 차체중심을 낮춘다.

⑥ 중량레일을 사용하여 궤도정비를 한다.

⑦ 상볼스타의 횡동에 지지한다.

⑧ 상볼스타의 횡동에 대해서 오일댐퍼를 사용한다.

 

 

□ 상·하 진동

1. 발생원

차체 센터플레이트 부근의 상면에 나타나는 상하진동은 대차의 스프링 장치에 의한 것과 레일이음매에서 차륜 침하로 상하진동 혹은 피칭 형태로 약 2 C.P.S 정도로 나타나고, 차체 전체의 굴곡진동으로서 차륜의 편심, 차륜이 레일이음매에서 받는 충격에 의해서 10 C.P.S 정도로 차체 중앙부 혹은 차단부근에서 승차감계수의 값보다 좀더 크게 나타나므로 승차감면에서 중요하다.

차체 센터플레이트 부근의 국부적 탄성진동이 레일 이음매의 충격, 대차의 고유파 진동, 주전동기 및 구동장치의 불균형으로 30～70 C.P.S정도 일어나는데 이런 종류의 진동은 센터프레이트 부근에서 아주 크게 일어난다. 이와 같은 고주파 진동은 좌석의 쿳숀으로 어느정도(40 C.P.S이상에서 약1/10) 완화시키는 것이 보통이다.

 

2. 해결방안

① 대차 스프링을 유연하게 한다.

② 판스프링대신 코일스프링과 오일댐퍼를 사용한다.

③ 장척의 중량레일을 사용한다.

④ 비틀림 진동의 경감에 대해서는 대차 습동부의 마찰을 적게 한다.

⑤ 방진재를 이용한다.

 

 

□ 사행동(요잉)

1. 발생원

차륜답면에는 구배가 있기 때문에 한번 윤축 중심이 레일 중심으로부터 벗어나면 차륜 직경이 다른 좌우 답면으로 주행하게 된다. 윤축은 일체 구조이기 때문에 직경이 큰 차륜이 빨리 진행되어 윤축이 레일에 대해 어느 정도 각을 갖는다. 이번에는 역으로 반대측에 편기된다. 이것을 반복하여 사행동이 된다.

사행동은 열차의 속도와는 무관하다. 그러나 속도를 높이면 진동관성력이 작용하여 주행조건이 더욱 악화 된다. 이로 인하여 차축이 레일과 만나는 각도가 크게 되어 운동 진폭도 크게 되어 발산형으로 되며 차축은 후렌지와 레일의 충돌을 계속하며 주행하여 발생하는 횡압은 크게 되어 차체 진동에 주어지는 영향도 커진다.

 

2. 사행동 파장을 길게 하려면

① 궤간을 넓게

② 차륜경 크게

③ 차륜답면구배 완만하게

 

3. 사행동 방지책

① 답면구배 작게

② 일정 주행속도에서의 사행동 진동수를 감소시키는 것과 1축 사행동을 발생치 않도록 대차로부터의 윤축지지를 강하게하고 그 윤축지지에 적당한 Spring 및 댐퍼 등을 사용하여 공진하지 않도록 한다.