철도차량기지 검수고의 경정비용량 평가 및 향상 방안 연구

서승일(Sungil Seo),김정국(Jeong Guk Kim),남성원(Seong Won Nam) 한국산학기술학회 2021 한국산학기술학회논문지 Vol.22 No.11

철도차량기지는 시간이 지나면서 설계시에 가정한 정비조건과는 다른 조건에 놓이게 된다. 특히, 운용 차량의 증가와 정비시간 부족으로 정비용량의 부족 문제가 대두하게 된다. 이를 해결하기 위해 먼저 정확한 정비량과 정비용량에 대한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 기존 차량기지 설계 기준에 따른 정비량과 정비용량 산정 기준의 취약점을 분석하고, 이에 대한 개선 방안으로서 인-시간 개념이 포함된, 실제 차량기지의 정비용량과 정비량을 평가할 수 있는 기준을 제시하였다. 기존 기준에서는 차량기지에 입고하는 차량의 해당 정비항목은 지정된 선로에서만 시행하고, 편성단위로 정비용량과 정비량을 평가하였는데, 개선된 새로운 기준에서는 선로를 다목적으로 활용하면서 정비용량과 정비량을 인-시간 단위로 평가하게 된다. 새 기준을 적용하면 기존 기준에 비해 실제 차량기지의 정비 현황을 더 정확히 반영할 수 있어서, 정비선로의 정비용량과 정비량을 정량적으로 분석할 수 있게 된다. 새로운 기준에 따른 정비용량 분석 결과, 정비선로를 증가시키거나 투입되는 정비인력을 증가시키면 정비용량이 증가함을 알 수 있었다. 새 기준을 적용하면, 정비 차량을 좀더 유연하게 정비선로에 배치하여 정비용량 증가 효과를 얻을 수도 있다. 정비시간을 고정 정비시간과 변동 정비시간으로 분리하고 각각에 대해 인-시간 기준의 정비량을 산정하고 최적의 정비 인력 배치를 시행하면 최대 50%의 정비용량 증가 효과를 얻을 수 있다. As a railway vehicle depot becomes old, it is subjected to maintenance environments different from those assumed at the design stage. In particular, insufficient maintenance capacity becomes an important issue due to the increase in vehicles or deficient working. Hence, for effective use of the depots, their capacity and work amount must be known a priori. In this study, the previous design criteria to calculate the amount and the capacity have been reviewed to find their weak points. Also, as an improvement, new design criteria to assess the actual capacity and work amount in man-hour units were proposed. The new design criteria could consider the actual situations accurately compared to the previous one, which assessed the capacity and work amount in train-set units at the assigned maintenance lines. After these criteria were applied to the capacity analysis, it was found that the capacity increases when the lines or the man-hours increase. In the proposed system, maintained trains can be arranged more flexibly in the lines so that an increase of capacity can be achieved. Suppose the maintenance time is divided into fixed or variable so that each time can be used for calculating the amount in man-hour units. In that case, a maximum capacity can be attained by an optimal increase of manpower by up to 50%.

급구배 및 급곡선 궤도 추진시스템 개발 및 성능 평가

서승일(Sungil Seo),문형석(Hyung-Suk Mun),문지호(Ji-Ho Moon),석명은(Myung-Eun Suk) 한국산학기술학회 2016 한국산학기술학회논문지 Vol.17 No.9

본 연구에서는 급곡선과 급구배가 많은 산악 도로 상의 궤도에서 운행할 수 있는 산악트램의 추진시스템 핵심 기술을 개발하였다. 국내 산악 관광지는 겨울철 폭설과 결빙에 의해 교통이 통제되고 있어 지형 조건 뿐만 아니라 기후 조건에도 무관한 산악철도가 필요하다. 먼저, 일반적인 120‰ 구배 등반에 소요되는 견인전동기 출력을 고려하여 추진시스템을 설계하였으며, 추진장치 설치 공간을 고려하여 동력 전달 계통을 설계하고 감속기 및 동력 전달축을 개발하였다. 급구배 상승을 위해 필요한 랙앤피니언 추진장치의 강체 접촉에 의한 진동 소음을 줄이기 위해 탄성 피니언을 개발하여 적용하였으며, 충격비교 시험을 통해 기존 강체 피니언에 비해 진동이 1/3이하로 감소됨을 확인하였다. 반경 10m의 급곡선을 운행할 수 있도록 개별 회전 차륜․차축을 개발하였다. 또한 급구배 주행중 제동력 향상을 위해 밴드 제동장치를 개발하였으며, 제동력 시험을 통해 요구 제동력을 발휘할 수 있음을 확인하였다. 개발된 주요 부품은 시험을 통해 성능을 검증하였고, 최종적으로 급구배 및 급곡선 운행 대차시스템에 적용된다. In this study, core technologies of a traction system on a mountain tram operating on the track of mountain road full of sharp curves and steep gradients were developed. In domestic mountain resort areas, sometimes the transportation service is not provided in winter because of ice and heavy snow on roads, so a mountain railway service independent of the climate and geographic conditions is needed. A traction system was designed taking into account of the power of a traction motor to climb the gradient of 120 ‰, which is common in domestic mountainous areas. and power transmission system was designed to consider the installation space for the traction system. In addition, a reduction gear and a propeller shaft were developed. An elastic pinion was developed and applied to the rack & pinion bogie system for steep gradient so that noise and vibration generated by contact between the steel gears could be reduced. Impact comparison tests showed that the vibration level of the elastic pinion is one-third lower than that of previous steel pinion. Independent rotating wheels and axles were developed for the bogie system to operate on the sharp curve of a 10 meter radius. In addition, the band braking system was developed to enhance the braking force during running on the steep gradient. A test for the braking force showed it exerts the required braking force. The performance of the developed core components were verified by the tests and finally they were applied to the bogie system running on the track of steep gradient and sharp curve.

저주파 동요 궤도 주행 열차의 탈선 안전 기준

서승일(Sungil Seo),박준혁(Joon Hyuk Park) 한국철도학회 2020 한국철도학회논문집 Vol.23 No.2

철도차량 적용을 위한 신개발강종 LDSS 3종의 점용접성 평가

임재용(Jae Yong Lim),정현승(Hyunseung Jung),김정국(Jeong Guk Kim),서승일(Sungil Seo),원성연(Sungyeun Won),최점용(Jeom Yong Choi) 한국철도학회 2014 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.5

스테인리스 철도차량 부재 적용을 목적으로 한 신개발강종인 Lean Duplex Stainless Steel (LDSS) 3종 점용접부의 강도평가를 수행하였다. 현재 스테인리스 전동차 부재의 연결이음부위는 KS R 9204 규격에서 규정한 바와 같이 STS301L 과 STS304 두 강종에 관하여만 언급하고 있으며 판 두께에 따른 허용 인장전단하중을 제시하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 LDSS 3종에 대한 점용접 시편을 제작하였으며, 너깃 지름과 허용 인장전단하중을 평가하였다. 시편 제작을 위해 우선적으로 점용접 조건을 탐색하였으며, 이를 바탕으로 제작된 시편을 이용하여 너깃 직경 측정과 인장-전단 시험을 수행하였다. 시험 결과 신개발 강종 3종의 점용접부는 0.4~4.5mm 판재 두께에 대해 KS B 0850에서 규정한 A급 품질의 요구조건을 모두 만족하였다. 결론적으로 우수한 내식성과 경제성을 내세운 LDSS 3종은 현재 철도차량 소재인 스테인리스 강을 대체할 수 있을 것으로 전망된다. In this study, the spot welding strengths of three Lean Duplex Stainless Steels (LDSSs) were evaluated for future railway applications. Currently, STS301L and STS304 have been noted for the parent materials of Korean urban transit vehicles in KS R 9204 regulations, in which their allowable tension-shear loads and nugget diameters are provided depending on their plate thickness and parent material. In this regard, spot welding specimens consisting of the three LDSSs were made after appropriate spot-welding conditions were determined, and their qualities such as nugget diameters and tension-shear strengths were evaluated. As a result, all the spot-welding plates ranging 0.4~4.5mm thicknesses satisfied the “A-class quality” specified in KS B 0850. In conclusion, the newly developed stainless steels, the three LDSSs, were expected to replace the conventional stainless steels, STS301L and STS304 for future railway applications.

LDSS 소재를 적용한 철도차량 루프 블록 제작

정현승(Hyunseung Jung),임재용(Jae Yong Lim),김정국(Jeong-Guk Kim),서승일(Sungil Seo),원성연(Sungyeun Won),최점용(Jeom Yong Choi) 한국철도학회 2014 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.5

본 연구에서는 신규 개발 중인 린듀플렉스 스테인리스강(LDSS) 소재에 대한 철도차량 차체 적용 가능성을 검토하기 위해 실제 차체 생산라인의 제작방식으로 루프 블록시제품을 제작하였다. 루프 블록은 루프패널, 카라인, 퍼라인, 캔트레일 등의 4가지 부품으로 구성되어 있으며, 루프 부품 제작을 위해 굽힘가공, 롤포밍, 스트레치포밍 등의 가공기법이 적용되었고, 블록 조립을 위해 시임용접, 점용접 등의 저항용접기법이 적용되었다. 시제품 제작 결과, LDSS 소재는 기존 소재(STS304, STS301L)와 비교하여 동등이상의 가공성과 용접성을 가지고 있음을 확인하였다. In this study, a prototype of rolling stock roof block is constructed using LDSS(Lean Duplex Stainless Steel) to check the applicability of this new material to rolling stock structures. Roof block is composed of four components; roof panel, car line, pur line, cant rail. In the fabrication process of roof components, bending forming, roll forming and stretch forming are used. To assemble roof components, seam welding and spot welding is applied. As results, we can find that LDSS has equivalent fabricability and weldability compared to the conventional materials such as STS304 and STS301L.

철도를 활용한 선박이송시스템의 다물체 동역학 모델 구축

임재용(Jae Yong Lim),최두호(Dooho Choi),김정국(Jeongguk Kim),서승일(Sungil Seo) 한국철도학회 2014 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.10

본 연구에서는 철도를 활용한 선박 이송시스템의 선박 안정성 검증을 위한 다물체동역학 해석 모델을 구축하였다. 최근 한국철도기술연구원에서는 파나마운하와 같은 수로형운하를 대체할 수 있는 대형선박의 육상운송시스템을 제안한 바 있다. 이는 다수의 철로를 이용하여 대형선박을 육상구간에서 운송하는 기술로서 특수 다축화차 상에 선박을 선적하여 철로를 이용하여 이송하는 기술이다. 새롭게 제안된 시스템에 대하여 주행 중에 발생할 수 있는 가능한 주행 시나리오-급정지, 경사로 등판, 곡선부 주행-에 대해 선박의 안정성에 대한 검증이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 현재 검증연구가 진행되고 있는 10ton급 선박과 설계제작 중인 다축화차 시제품에 대하여 강체기반 다물체 동역학 모델을 구성하였으며, 안정된 선박 이송이 가능함을 검증하였다. 다물체 동역학 해석 프로그램 Daful을 이용한 본 해석 모델은 14레인을 이용한 대형선박이송시스템 검증으로 향후 확장될 것이다. In this study, a multi-body dynamics model of a ship transport system was constructed in order to ensure the stability of a ship. In recent years, Korea Railroad Research Institute (KRRI) proposed ‘Rail- Canal system’, in which a large vessel could be transported not along waterways but on land, so as to replace canals like the Panama canal. In the system, a large vessel of up to 100,000 ton Post-Panamax class was loaded on the specially-designed multi-axle freight cars, and pulled by a number of locomotives in multiple lanes. Prior to undertaking the innovative project, the system needs to be verified at various perspectives including the stability of ships. And thus, a multi-body dynamics model was constructed for two multi-axle freight cars and rails targeting on a currently investigating 10 ton class vessel, and simulated three possible driving scenarios – braking, uphill driving, driving on a curved track - using a commercially available software, Daful. It was shown that the designed multi-axle freight cars successfully transported the target ship without any significant rolling or deceleration. As a next step, the model will be extended to the largevessel transport system with fourteen lanes.

신규 스테인리스강의 철도차량 적용을 위한 KS 규격 개정 방안

김정국(Jeongguk Kim),정현승(Hyunseung Jung),임재용(Jae Yong Lim),서승일(Sungil Seo),원성연(Sungyeun Won),최점용(Jeom Yong Choi) 한국철도학회 2014 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.5

철도차량의 차체 소재로는 주로 STS 304 또는 STS 301L 등의 스테인리스 강이 이용되고 있다. 본 연구에서는 신규 개발된 스테인리스 강의 철도차량 차체 적용을 위한 방안을 검토하였다. 신규 소재가 철도 차량의 차체에 적용되기 위해서는 소재의 기술적 적용성 검토와 기술적 검증이 필요하고, 이와 함께 실질적 적용을 위해서는 규격에 대한 개정 검토도 필요하다. 본 논문에서는 철도차량 차체제작 관련 KS 규격에서 요구하고 있는 요건들에 대한 검토를 수행하였다. 구체적으로 철도 차량용 스테인리스 강재의 아크 용접과 점용접 설계 방안과 허용응력, 점용접 이음의 허용전단 인장 하중 조건 등에 대한 검토와 함께 설계 세목에 대한 검토를 진행하였으며, 개별 항목에 대한 요구조건 등에 대해 소개하고자 한다. The stainless steels such as STS 304 or STS 301L, have been used for the carbody materials in railway rolling stocks. The lean duplex stainless steels (LDSS) are newly developed materials, and provide cost effective and better strength as compared to the traditional stainless steels. In this investigation, the employment of new LDSS to carbody materials in railway rolling stocks was studied. In order to employ LDSS to railway carbody, several different types of technical review were carried out. The technical review includes arc and spot welding conditions, allowable stress, tensile strength condition between spot welding panels, etc. Moreover, revised KS guideline with technical review will be introduced and provided.