KR20130013133A - Prediction methods for derailment of the wheels using the external force acted on the wheelset - Google Patents

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KR20130013133A
KR20130013133A KR1020110074563A KR20110074563A KR20130013133A KR 20130013133 A KR20130013133 A KR 20130013133A KR 1020110074563 A KR1020110074563 A KR 1020110074563A KR 20110074563 A KR20110074563 A KR 20110074563A KR 20130013133 A KR20130013133 A KR 20130013133A
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Abstract

PURPOSE: A method for predicting the derailment of wheels is provided to measure an external force delivered from a suspension device to an axle by a chassis and a bogie when a railway vehicle abnormally moves, and to predict derailment accidents by predicting the derailment of wheels with the external force. CONSTITUTION: A method for predicting the derailment of wheels is as follows: Derailment types are classified according to the relative positions of wheels and rails(S10). An external force delivered to an axle is measured while a railway vehicle drives(S20). A derailment coefficient is calculated based on the measured external force, and the derailment types are predicted(S30). [Reference numerals] (AA) Climb-up derailment; (BB) Slip-up derailment; (C1) Climb-up summit state; (C2) Climb-up state; (C3) Climb/roll over state; (C4) Roll over - C state; (D1) Slip-up summit state; (D2) Slip-up state; (D3) Slip/roll over state; (D4) Roll over - L state; (S10) Type classification step; (S20) External force measurement step; (S30) Derailing movement prediction step

Description

차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법 {Prediction methods for derailment of the wheels using the external force acted on the wheelset}Prediction methods for derailment of the wheels using the external force acted on the wheelset}

본 발명은 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차체 및 대차에 의해 현가장치로부터 차축에 전달되는 외력을 측정하고, 측정된 외력으로부터 열차의 주행중 비정상 동적거동이 발생한 경우 차륜의 탈선거동을 예측할 수 있도록 하는 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for predicting the derailment of a wheel using an external force acting on the axle, and more particularly, to measure the external force transmitted from the suspension device to the axle by the vehicle body and the bogie, and from the measured external force, abnormal dynamic behavior during driving of the train. In this case, the present invention relates to a method for predicting the derailment of a wheel using an external force acting on the axle to predict the derailment behavior of the wheel.

열차는 많은 승객과 물자를 빠르게 수송할 수 있는 대형운송수단이다. 최근 국내에는 최고속도 330km/h까지 주행이 가능한 KTX-산천이 운행 중이고, 국외에서도 열차는 고속화되는 추세이다.Trains are large vehicles that can transport many passengers and goods quickly. Recently, KTX-Sancheon, which can drive up to 330km / h, is operating in Korea, and trains are increasing in speed abroad.

이와 같이, 레일 위를 주행하는 열차의 속도가 증가함에 따라 철도차량의 주행안정성(Stability)과 안전성(Safety)의 확보가 더욱 요구되고 있다. 철도차량의 주행안정성이 나빠지면 승차감이 저하되어 승객에게는 안락감을 주지 못하고, 화물의 손상을 초래하게 된다. 철도차량의 주행안정성을 저해하는 가장 중요한 요인이 탈선이며, 열차가 탈선하면 대형사고로 이어져 막대한 인적 및 물적 손실을 가져온다. 특히, 탈선문제는 오래전부터 많은 연구자들에 의해 연구되어 왔음에도 불구하고 열차탈선사고가 종종 일어나고 있다.As such, as the speed of a train traveling on a rail increases, securing of driving stability and safety of a railway vehicle is further required. If the rolling stability of the railroad vehicle is deteriorated, the ride quality is lowered, which does not give passengers comfort and damages the cargo. Derailment is the most important factor that impairs the driving stability of railroad cars. Derailing of trains leads to major accidents, leading to enormous human and material loss. In particular, the derailment problem has often been derailed by many researchers even though it has been studied by many researchers for a long time.

열차의 탈선은 차륜 플랜지가 레일에 접촉할 때 발생하는 횡방향의 힘이 커져 윤중의 일정 비율 이상이 되면 차륜이 레일을 이탈하는 현상을 뜻하는 것으로, 탈선 또는 주행안정성을 평가하는 기준은 횡압과 윤중의 비율인 탈선계수이다.Derailment of the train means the phenomenon in which the wheel leaves the rail when the lateral force generated when the wheel flange contacts the rail increases and exceeds a certain percentage of the wheel load. Derailment coefficient, the ratio of wheel mass.

즉, 차량의 탈선안전성을 판단하는 탈선계수를 구하기 위해서는 횡압(Q), 윤중(P)이라 부르는 차륜과 레일 상에 일어나는 횡방향과 수직방향의 접촉력 측정이 필요한데, 철차륜이 철레일 위를 고속으로 전동하는 철도시스템에서는 이러한 힘을 측정하는 것이 많은 준비시간, 고도의 측정기술과 고가의 비용이 들기 때문에 쉽지 않고 특수측정장비들이 필요하므로 탈선계수측정을 생략하거나 자주 측정하지 못하고 있는 원인이 되는 것이다.In other words, in order to determine the derailment coefficient for determining the derailment safety of the vehicle, it is necessary to measure the contact force in the transverse direction and the vertical direction occurring on the wheel and the rail called lateral pressure (Q) and lubrication (P). The measurement of such force in rail-powered railway systems is not easy because of the high preparation time, advanced measurement technology, and high cost, and special measurement equipment is required, which causes the derailment coefficient measurement to be omitted or not frequently measured. .

지금까지 횡압과 윤중을 측정하는 방법에는 차륜에 스트레인게이지를 부착하여 측정하는 간헐법과 연속법의 2가지 방법이 이용되어 왔다. 하지만, 간헐법은 차륜 1회전에 최대 4회의 측정치밖에 얻을 수 없었고, 연속법은 횡압에 대하여 연속된 출력을 얻을 수 있는 장점이 있지만 차륜에서 열변형과 노이즈에 의하여 감도가 떨어지고 영점이 이동하여 출력된 횡압과 윤중의 음과 양이 반전되는 경우가 발생하는 결점을 가지고 있다.Up to now, two methods of measuring lateral pressure and lubrication have been used, an intermittent method and a continuous method of measuring strain gauges attached to wheels. However, the intermittent method can only obtain up to four measured values per wheel revolution, while the continuous method has the advantage of obtaining continuous output for lateral pressure, but the sensitivity decreases due to thermal deformation and noise in the wheel and the zero point moves. It has the drawback that the negative and positive inversion of the transverse pressure and the wheel rotation occurs.

이와 같이, 탈선계수를 측정하는 데는 많은 시간과 비용 및 기술적인 측정상의 에러가 발생할 수 있기 때문에 더욱 힘이 들고, 측정에 사용된 시험 윤축은 정밀도 및 게이지 부착상태를 감안할 때 장기간 사용할 수 없기 때문에 지속적인 윤중과 횡압 측정에 애로사항이 있는 것이다.As such, measuring the derailment coefficient is more difficult because it can take a lot of time, cost and technical measurement errors, and the test wheels used in the measurement cannot be used for a long time given the accuracy and gauge attachment state. There is a problem with the measurement of lubrication and lateral pressure.

또한, 실제로 탈선이 일어나게 되는 대부분의 경우는 열차가 운행 중에 차량의 주행장치 이상, 궤도 이상 또는 선로위의 장애물이나 다른 열차에 충돌 했을 때, 열차의 비정상적 동적거동으로 차륜이 레일을 벗어나게 되어 발생하는데, 상기와 같은 방법들은 검측차량을 이용할 경우에만 측정이 가능하고, 실제 운행중인 차량에서는 현실적으로 검측이 어렵다는 문제점이 있다.In addition, in most cases of derailment, when the train is in operation, the wheels may move off the rails due to the abnormal dynamic behavior of the train when the vehicle's driving system, track abnormalities or obstacles on the track or other trains collide. However, the above methods can be measured only when the detection vehicle is used, and it is difficult to actually detect the vehicle in operation.

그리고, 등록특허공보 제10-0946232호에는 철도차량의 축상과 대차 사이의 수직 변위를 측정함으로써 차륜과 레일 사이에 작용하는 윤중을 구하고, 차체 정상횡가속도를 측정함으로써 차륜과 레일 사이에 작용하는 횡압을 구하여 탈선계수를 간편하게 측정하는 방법이 개시되어 있으나, 이 역시 진동가속도계 및 변위측정센서와 같은 다수의 게이지를 부착하여야 하고, 데이터 측정과 데이터 분석에 많은 시간, 비용, 인력 등이 소요되어 쉽게 측정할 수 없을 뿐만 아니라, 데이터를 얻기 위한 게이지 부착 위치가 외부의 영향을 받을 수 있는 문제점이 있다.
Further, Patent Publication No. 10-0946232 discloses the wheel load acting between the wheel and the rail by measuring the vertical displacement between the axial and the bogie of the railroad car, and the transverse pressure acting between the wheel and the rail by measuring the vehicle body normal lateral acceleration. However, a method for easily measuring the derailment coefficient has been disclosed, but this also requires attaching a large number of gauges such as a vibration accelerometer and a displacement measuring sensor, and it takes a lot of time, cost, and manpower for data measurement and data analysis. Not only that, there is a problem that the gauge attachment position for obtaining data may be externally affected.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 철도차량의 주행중 비정상 동적거동 발생시 차체 및 대차에 의해 현가장치로부터 차축에 전달되는 외력을 측정하고, 단순화된 윤축 모델을 이용하여 측정된 외력으로부터 차륜의 탈선거동을 예측할 수 있도록 하는 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to measure the external force transmitted from the suspension device to the axle by the vehicle body and the bogie when abnormal dynamic behavior occurs during the running of the railway vehicle, and simplified simplified model The present invention provides a method for predicting the derailment of a wheel using an external force acting on the axle to predict the derailment behavior of the wheel from the measured external force.

또한, 본 발명은 철도차량의 비정상 동적거동에 의해 발생할 수 있는 탈선거동의 유형을 세분화하고, 실제 주행중인 차량에서 비정상 동적거동에 의해 발생하는 외력으로부터 탈선거동의 유형을 구체적으로 예측할 수 있도록 하는 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
In addition, the present invention further subdivides the types of derailment behavior that may be caused by the abnormal dynamic behavior of the railway vehicle, and enables the axle to specifically predict the type of the derailment behavior from the external force generated by the abnormal dynamic behavior in the actual vehicle. Another object is to provide a method for predicting derailment of a wheel using an external force acting on the wheel.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은, According to an aspect of the present invention,

차륜과 레일의 상대적 위치에 따른 탈선거동의 유형을 분류하는 유형 분류 단계와, 열차의 주행 중 차축에 전달되는 외력을 측정하는 외력 측정 단계 및 측정된 외력을 바탕으로 한 연산 결과에 따라 탈선계수를 계산하고 탈선거동의 유형을 예측하는 탈선거동 예측단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The derailment coefficient is classified according to the type classification step for classifying the derailment behavior according to the wheel and rail relative position, the external force measurement step for measuring the external force transmitted to the axle while the train is running, and the calculation result based on the measured external force. It characterized in that it comprises a derailment behavior prediction step of calculating and predicting the type of derailment behavior.

이때, 상기 유형 분류 단계에서 분류되는 탈선거동의 유형은 타고오름 정상상태, 클라임 업 상태, 클라임/롤 오버 상태 및 롤 오버-C 상태를 포함하여 이루어지는 타고오름 탈선과, 미끄러져 오름 정상상태, 슬립 업 상태, 슬립/롤 오버 상태 및 롤 오버-L 상태를 포함하여 이루어지는 미끄러져 오름 탈선을 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, the type of derailment behavior classified in the type classification step is a ride up derailment including a ride up steady state, a climb up state, a climb / roll over state and a roll over-C state, and a slip up steady state And a slipping derailment including a slip up state, a slip / roll over state, and a roll over-L state.

또한, 상기 외력 측정 단계에서는 현가장치에 스트레인게이지를 부착하여 하중을 측정하거나, 레이저 센서에 의해 측정되는 차륜과 대차프레임의 상대거리를 이용하여 하중을 측정하거나, 광섬유 센서를 이용하여 하중을 측정하는 것을 특징으로 한다.In the external force measuring step, a strain gauge is attached to a suspension device to measure a load, a load is measured using a relative distance between a wheel and a bogie frame measured by a laser sensor, or a load is measured using an optical fiber sensor. It is characterized by.

이때, 상기 탈선거동 예측단계에서는 외력 측정 단계에서 측정된 차축의 외력에 의한 연산이,At this time, in the derailment behavior prediction step, the calculation by the external force of the axle measured in the external force measurement step,

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
및
Figure pat00002
And

Figure pat00003
(여기서,
Figure pat00004
)을 만족하고,
Figure pat00005
및
Figure pat00006
의 두 가지 조건에 따라,
Figure pat00003
(here,
Figure pat00004
),
Figure pat00005
And
Figure pat00006
Under two conditions,

각각

Figure pat00007
및
Figure pat00008
를 만족하는 경우 타고오름 탈선의 정상상태로 예측하는 것을 특징으로 한다.each
Figure pat00007
And
Figure pat00008
If it satisfies the characterized in that to predict the steady state of riding derailment.

또한, 상기 탈선거동 예측단계에서는 외력 측정 단계에서 측정된 차축의 외력에 의한 연산이,In addition, in the derailment behavior prediction step, the calculation by the external force of the axle measured in the external force measurement step,

Figure pat00009
(여기서,
Figure pat00010
Figure pat00011
,
Figure pat00012
)
Figure pat00009
(here,
Figure pat00010
Figure pat00011
,
Figure pat00012
)

Figure pat00013
및
Figure pat00013
And

Figure pat00014
를 만족하는 경우 타고오름 탈선의 클라임 업 상태로 예측하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00014
If it satisfies the characterized in that to predict the climb-up derailment climb.

그리고, 상기 탈선거동 예측단계에서는 외력 측정 단계에서 측정된 차축의 외력에 의한 연산이,In the derailment behavior prediction step, the calculation by the external force of the axle measured in the external force measurement step is performed.

Figure pat00015
, (여기서,
Figure pat00016
Figure pat00017
),
Figure pat00015
, (here,
Figure pat00016
Figure pat00017
),

Figure pat00018
및
Figure pat00018
And

Figure pat00019
(여기서,
Figure pat00020
)를 만족하는 경우 타고오름 탈선의 클라임/롤 오버 상태로 예측하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00019
(here,
Figure pat00020
) Is characterized by predicting the climb / derail the climb / derail state.

또한, 상기 탈선거동 예측단계에서는 외력 측정 단계에서 측정된 차축의 외력에 의한 연산이,In addition, in the derailment behavior prediction step, the calculation by the external force of the axle measured in the external force measurement step,

Figure pat00021
, (여기서,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
)
Figure pat00021
, (here,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
)

Figure pat00024
및
Figure pat00024
And

Figure pat00025
를 만족하는 경우 타고오름 탈선의 롤 오버-C 상태로 예측하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00025
If it satisfies the characterized in that to predict the roll over-C state of riding derailment.

또한, 상기 탈선거동 예측단계에서는 외력 측정 단계에서 측정된 차축의 외력에 의한 연산이,In addition, in the derailment behavior prediction step, the calculation by the external force of the axle measured in the external force measurement step,

Figure pat00026
,
Figure pat00026
,

Figure pat00027
및
Figure pat00027
And

Figure pat00028
(여기서,
Figure pat00029
)를 만족하고,
Figure pat00030
및
Figure pat00031
의 두 가지 조건에 따라,
Figure pat00028
(here,
Figure pat00029
),
Figure pat00030
And
Figure pat00031
Under two conditions,

각각

Figure pat00032
및
Figure pat00033
를 만족하는 경우 미끄러져 오름 탈선의 정상상태로 예측하는 것을 특징으로 한다.each
Figure pat00032
And
Figure pat00033
If it satisfies the characterized in that to predict the steady state of slipping derailment.

그리고, 상기 탈선거동 예측단계에서는 외력 측정 단계에서 측정된 차축의 외력에 의한 연산이,In the derailment behavior prediction step, the calculation by the external force of the axle measured in the external force measurement step is performed.

Figure pat00034
, (여기서,
Figure pat00035
,
Figure pat00036
,
Figure pat00037
)
Figure pat00034
, (here,
Figure pat00035
,
Figure pat00036
,
Figure pat00037
)

Figure pat00038
및
Figure pat00038
And

Figure pat00039
를 만족하는 경우 미끄러져 오름 탈선의 슬립 업 상태로 예측하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00039
If it satisfies the characterized in that the slip-up of the derailment to predict the slip-up state.

또한, 상기 탈선거동 예측단계에서는 외력 측정 단계에서 측정된 차축의 외력에 의한 연산이,In addition, in the derailment behavior prediction step, the calculation by the external force of the axle measured in the external force measurement step,

Figure pat00040
, (여기서,
Figure pat00041
,
Figure pat00042
, ,
Figure pat00044
),
Figure pat00040
, (here,
Figure pat00041
,
Figure pat00042
, ,
Figure pat00044
),

Figure pat00045
및
Figure pat00045
And

Figure pat00046
(여기서,
Figure pat00047
)를 만족하는 경우 미끄러져 오름 탈선의 슬립/롤 오버 상태로 예측하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00046
(here,
Figure pat00047
) Is predicted as a slip / roll over state of slipping and derailment.

또한, 상기 탈선거동 예측단계에서는 외력 측정 단계에서 측정된 차축의 외력에 의한 연산이,In addition, in the derailment behavior prediction step, the calculation by the external force of the axle measured in the external force measurement step,

Figure pat00048
, (여기서,
Figure pat00049
,
Figure pat00050
),
Figure pat00048
, (here,
Figure pat00049
,
Figure pat00050
),

Figure pat00051
및
Figure pat00051
And

Figure pat00052
(여기서,
Figure pat00053
) 를 만족하는 경우 미끄러져 오름 탈선의 롤 오버-L 상태로 예측하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00052
(here,
Figure pat00053
) Is predicted as a roll over-L state of slipping and derailment.

또한, 상기 탈선거동 예측단계에서는 타고오름 탈선 또는 미끄러져오름 탈선의 정상상태에서

Figure pat00054
인 경우 측정된 차축의 외력
Figure pat00055
로부터 구해진
Figure pat00056
를 이용하여 횡압과 윤중의 비율인 탈선계수를 예측하는 것을 특징으로 한다.
Further, in the derailment behavior prediction step, in the steady state of riding derailment or slipping derailment
Figure pat00054
The external force of the measured axle
Figure pat00055
Obtained from
Figure pat00056
It is characterized by estimating the derailment coefficient which is the ratio of the lateral pressure and the wheel rotation.

본 발명에 따르면, 철도차량의 비정상 동적거동 발생시 차체 및 대차에 의해 현가장치로부터 차축에 전달되는 외력을 측정하고, 단순화된 윤축 모델을 이용하여 측정된 외력으로부터 차륜의 탈선거동을 예측할 수 있도록 함으로써 탈선사고를 미연에 예방하고, 열차의 주행안정성을 향상시킬 수 있는 뛰어난 효과를 갖는다.According to the present invention, when an abnormal dynamic behavior of a railway vehicle occurs, it derails by measuring the external force transmitted from the suspension system to the axle by the vehicle body and the bogie, and predicts the derailment behavior of the wheel from the measured external force using a simplified wheelset model. It has an excellent effect of preventing accidents in advance and improving driving stability of the train.

또한, 본 발명에 따르면 철도차량의 비정상 동적거동에 의해 발생할 수 있는 탈선거동의 유형을 세분화하고, 실제 주행중인 차량에서 비정상 동적거동시 발생하는 외력으로부터 탈선거동의 유형을 구체적으로 예측할 수 있도록 함으로써 운행구간의 레일 상태 등의 자료를 확보할 수 있도록 함과 동시에 확보된 자료를 토대로 유지보수를 용이하게 할 수 있도록 하는 효과를 추가로 갖는다.
In addition, according to the present invention, it is possible to subdivide the types of derailment behavior that may be caused by the abnormal dynamic behavior of the railway vehicle and to specifically predict the type of the derailment behavior from the external force generated during the abnormal dynamic behavior in the actual vehicle. It has the effect of making it possible to secure the data such as the rail status of the section and to facilitate the maintenance based on the obtained data.

도 1은 본 발명에 따른 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법을 나타낸 흐름도.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명 중 외력 측정 단계에서 이루어지는 외력 측정방법을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3 내지 도 7은 도 1에 나타낸 본 발명 중 유형 분류 단계에서 분류되는 탈선거동의 다양한 유형을 개략적으로 나타낸 도면.
도 8은 도 1에 나타낸 본 발명 중 탈선거동 예측단계에서 탈선거동을 예측하기 위하여 사용되는 조건식을 검증하기 위하여 주어지는 속도분포를 나타낸 그래프.
도 9 내지 도 12는 탈선거동 중 클라임 업 상태의 탈선조건을 검증하기 위한 자료를 나타낸 도면.
도 13 내지 도 17은 탈선거동 중 클라임/롤 오버 상태의 탈선조건을 검증하기 위한 자료를 나타낸 도면.
도 18 내지 도 21은 탈선거동 중 롤 오버-C 상태의 탈선조건을 검증하기 위한 자료를 나타낸 도면.
도 22 내지 도 31은 도 1에 나타낸 본 발명 중 탈선거동 예측단계에서의 탈선조건식을 통한 이론적인 예측 결과와 동일 조건에서의 동역학 시뮬레이션을 통한 탈선거동 결과를 비교하여 나타낸 도면.1 is a flowchart illustrating a method for predicting derailment of a wheel using an external force acting on an axle according to the present invention.
2 is a view schematically showing an external force measuring method made in the external force measuring step of the present invention shown in FIG.
3 to 7 schematically show various types of derailment behaviors classified in the type classification step of the present invention shown in FIG.
8 is a graph showing a velocity distribution given for verifying a conditional expression used to predict derailment behavior in the derailment behavior prediction step of the present invention shown in FIG.
9 to 12 is a view showing the data for verifying the derailment conditions of the climb-up state of the derailment behavior.
13 to 17 is a view showing the data for verifying the derailment conditions of the climb / rollover state of the derailment behavior.
18 to 21 is a view showing the data for verifying the derailment conditions of the roll over-C state of the derailment behavior.
22 to 31 is a view showing a comparison between the theoretical prediction results through the derailment equation in the derailment behavior prediction step of the present invention shown in Figure 1 and the results of the derailment behavior through dynamic simulation under the same conditions.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the wheel derailment prediction method using an external force acting on the axle according to the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법을 나타낸 흐름도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명 중 외력 측정 단계에서 이루어지는 외력 측정방법을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3 내지 도 7은 도 1에 나타낸 본 발명 중 유형 분류 단계에서 분류되는 탈선거동의 다양한 유형을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 8은 도 1에 나타낸 본 발명 중 탈선거동 예측단계에서 탈선거동을 예측하기 위하여 사용되는 조건식을 검증하기 위하여 주어지는 속도분포를 나타낸 그래프이며, 도 9 내지 도 12는 탈선거동 중 클라임 업 상태의 탈선조건을 검증하기 위한 자료를 나타낸 도면이고, 도 13 내지 도 17은 탈선거동 중 클라임/롤 오버 상태의 탈선조건을 검증하기 위한 자료를 나타낸 도면이며, 도 18 내지 도 21은 탈선거동 중 롤 오버-C 상태의 탈선조건을 검증하기 위한 자료를 나타낸 도면이고, 도 22 내지 도 31은 도 1에 나타낸 본 발명 중 탈선거동 예측단계에서의 탈선조건식을 통한 이론적인 예측 결과와 동일 조건에서의 동역학 시뮬레이션을 통한 탈선거동 결과를 비교하여 나타낸 도면이다.
1 is a flowchart illustrating a method for predicting derailment of a wheel using an external force acting on an axle according to the present invention, and FIG. 2 is a view schematically illustrating an external force measuring method performed in an external force measuring step of the present invention shown in FIG. 3 to 7 are diagrams schematically showing various types of derailment behaviors classified in the type classification step of the present invention shown in FIG. 1, and FIG. 8 is a diagram for predicting the derailment behavior in the derailment behavior prediction step of the present invention shown in FIG. 1. 9 to 12 are graphs showing the data for verifying the derailment condition of the climb-up state among the derailment behaviors, and FIGS. 13 to 17 are the derailment behaviors. FIG. 18 is a diagram illustrating data for verifying a derailment condition of a climb / rollover state, and FIGS. 18 to 21 illustrate rollover during derailment behavior. FIG. 22 is a diagram illustrating data for verifying a derailment condition in a -C state, and FIGS. 22 to 31 are dynamic simulations under the same conditions as the theoretical prediction result through the derailment equation in the derailment behavior prediction step of the present invention shown in FIG. 1. A diagram showing a result of comparing the derailment behavior through.

본 발명은 차체 및 대차에 의해 현가장치(30)로부터 차축(14)에 전달되는 외력을 측정하고, 측정된 외력으로부터 열차의 주행중 비정상 동적거동이 발생한 경우 차륜(12)의 탈선거동을 예측할 수 있도록 하는 차축(14)에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법에 관한 것으로, 그 구성은 도 1에 나타낸 바와 같이, 크게 유형 분류 단계(S10)와, 외력 측정 단계(S20) 및 탈선거동 예측단계(S30)를 포함하여 이루어진다.The present invention measures the external force transmitted from the suspension device 30 to the axle 14 by the vehicle body and the bogie, and predicts the derailment behavior of the wheel 12 when abnormal dynamic behavior occurs during driving of the train from the measured external force. It relates to a derailment prediction method of a wheel using an external force acting on the axle 14, the configuration is largely divided into the type classification step (S10), the external force measurement step (S20) and the derailment behavior prediction step as shown in FIG. It includes (S30).

보다 상세히 설명하면, 철도차량은 크게 승객이 탑승하는 차체부와 이를 지지하는 대차부로 구성되어 있으며, 대차부는 대차프레임, 1차와 2차 현가장치, 차축(14)과 차륜(12)으로 구성되어 있다. 외부에서 차체로 비정상 동적하중이 가해진다면, 그 동적하중은 현가장치(30)를 통하여 차축(14)으로 전달되고, 차량이 운동하는 동안에는 전후, 좌우, 상하방향의 속도변화가 발생할 수 있고 이는 관성력의 형태로 현가장치(30)를 거쳐 차축(14)에 전달된다.In more detail, the railway vehicle is composed of a body portion and a bogie portion for supporting the passenger, the bogie portion is composed of a bogie frame, primary and secondary suspensions, axles 14 and wheels 12 have. If an abnormal dynamic load is applied to the vehicle body from the outside, the dynamic load is transmitted to the axle 14 through the suspension device 30, and the speed change in the front, rear, left and right directions may occur while the vehicle is moving, which is an inertial force. It is transmitted to the axle 14 via the suspension device 30 in the form of.

특히, 비정상 동적거동이 일어났을 때, 차량에 큰 동적하중이 가해지면서 차축(14)으로 높은 외력이 수직/수평 방향으로 전달되어 탈선을 유발할 수 있는데, 이때 발생한 수직/수평 하중의 조합, 차륜(12)-레일(20) 접촉부위의 마찰계수, 차륜 플랜지(12c)의 각도, 차륜(12)의 공격각 등에 따라 탈선의 유형이 달라질 수 있다.In particular, when abnormal dynamic behavior occurs, a large dynamic load is applied to the vehicle, and a high external force is transmitted to the axle 14 in the vertical / horizontal direction, which may cause derailment. 12) The type of derailment may vary depending on the friction coefficient of the contact portion of the rail 20, the angle of the wheel flange 12c, the attack angle of the wheel 12, and the like.

즉, 상기 유형 분류 단계(S10)는 상기와 같은 조건들에 의해 결정되는 열차의 탈선거동 유형을 미리 결정하여 둠으로써 열차의 주행 중 비정상 동적거동이 발생하는 경우 후술할 탈선거동 예측단계(S30)에서의 연산에 의해 신속하게 열차의 주행상태 및 탈선거동을 파악할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 일반적인 탈선거동은 타고 오름, 미끄러져 오름, 전복의 세 가지 패턴으로 분류되지만, 본 발명에서는 전복 및 혼합거동을 각각의 경우에 포함시켜, 차륜 플랜지(12c)와 레일(20) 사이의 마찰력의 방향에 따라 타고 오름 탈선과 미끄러져 오름 탈선으로 분류하였다.That is, the type classification step (S10) is a derailment behavior predicting step (S30) to be described later when abnormal dynamic behavior occurs while driving the train by determining the derailment behavior type of the train determined by the above conditions in advance. It serves to quickly grasp the driving condition and derailment behavior of the train by the operation of, the general derailment behavior is classified into three patterns of riding, slipping, and overturning, but in the present invention, overturning and mixing The behavior was included in each case, and classified according to the direction of the frictional force between the wheel flange 12c and the rail 20 as riding derailment and sliding derailment.

이때, 상기 타고 오름 탈선은 다시 타고오름 정상상태, 클라임 업(climb up) 상태, 클라임/롤 오버 상태(climb/roll-over) 및 롤 오버-C(Roll-over-C) 상태를 포함하여 이루어지는데, 먼저 상기 타고오름 정상상태는 열차의 주행 중에 차륜(12) 답면과 레일(20)이 접촉을 유지하면서 차륜 플랜지(12c) 부분의 마찰력의 방향이 위쪽으로 향하는 상태를 나타내는 것이고, 상기 클라임 업 상태는 좌측 답면과 우측 플랜지(12c)와의 접촉을 유지한 채 탈선에 이르는 경우에 관한 것이며, 상기 클라임/롤 오버 상태는 차륜의 플랜지(12c)와 레일(20) 사이의 접촉점에서 타고오름과 전복의 거동이 거의 동시에 발생하는 상태에 관한 것이고, 롤 오버-C 상태는 우측 플랜지(12c)와 답면이 레일(20)과 접촉을 유지하면서 전복의 거동을 보이는 상태에 관한 것이다.At this time, the ride up and down the derailment again includes a steady state, climb up (climb up), climb / roll-over (climb / roll-over) and roll-over-C (Roll-over-C) state First, the riding state is a state in which the direction of the frictional force of the wheel flange 12c portion is directed upward while the wheel 12 is in contact with the rail 20 while the train is running. The climb up state relates to the case where the derailment is reached while maintaining contact between the left tread face and the right flange 12c, and the climb / roll over state is at the contact point between the flange 12c of the wheel and the rail 20. The rise and fall behavior is related to the state in which the movement of the upturn and the rollover occur at the same time, and the roll over-C state is related to the state in which the right flange 12c and the tread face show the behavior of the rollover while maintaining contact with the rail 20.

또한, 상기 미끄러져 오름 탈선은 다시 미끄러져 오름 정상상태, 슬립 업(Slip-up) 상태, 슬립/롤 오버 상태(Slip/Roll-over) 및 롤 오버-L(Roll-over-L) 상태를 포함하여 이루어지는데, 상기 미끄러져 오름 정상상태는 차량이 주행 중에 차륜(10) 답면과 레일(20)이 접촉을 유지한 상태를 나타내는 것이고, 상기 슬립 업 상태는 플랜지 면을 따라 우측차륜 플랜지(12c)가 우측레일 위를 미끄러져 오르고, 좌측 차륜(12a) 답면이 좌측 레일(20)과 접촉을 유지한 상태로 탈선에 이르는 유형에 관한 것이며, 상기 슬립/롤 오버 상태는 우측 차륜 플랜지(12c)가 우측 레일(20) 위를 미끄러져 오르고 시계방향으로 전복 거동이 동시에 발생하는 상태에 관한 것이고, 상기 롤 오버-L 상태는 아래 방향 쪽으로 플랜지 마찰력과 함께 회전운동에 의해서 발생되는 탈선의 형태에 관한 것이다.In addition, the slipping derailment is slid again and again the normal state, slip-up (Slip-up) state, slip / roll-over state (Slip / Roll-over) and roll-over-L (Roll-over-L) state The slipped up state indicates a state in which the wheel 10 answering surface and the rail 20 maintain contact while the vehicle is running, and the slip up state corresponds to the right wheel flange 12c along the flange face. ) Slides over the right rail, and the left wheel 12a is a type in which the derailment remains in contact with the left rail 20 and leads to derailment, and the slip / rollover state is the right wheel flange 12c. Slides over the right rail 20 and the rollover-L condition occurs simultaneously in the clockwise direction, and the roll over-L state relates to the shape of the derailment generated by the rotational movement with the flange friction force toward the downward direction. will be .

그리고, 후술하겠지만 타고오름 및 미끄러져오름 정상상태에서 차축(14)으로 전달되는 외력으로부터 차륜(12)의 윤중과 횡압의 비율인 탈선계수를 예측할 수 있다.And, as will be described later, the derailment coefficient, which is the ratio of the wheel rotation and the transverse pressure of the wheel 12, can be predicted from the external force transmitted to the axle 14 in the steady state of riding and slipping.

다음, 상기 외력측정단계(S20)는 열차 주행 중 비정상 동적거동에 의해 차축(14)에 전달되는 외력을 측정하는 단계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스트레인 게이지(40) 등의 장비를 현가장치(30)에 설치하여 차축(14)에 작용하는 외력, 즉 수직하중 및 수평하중을 측정할 수 있도록 함으로써 후술할 탈선거동 예측단계(S30)에서 측정된 수직하중 및 수평하중을 이용한 연산을 통해 열차의 탈선거동을 정확히 예측할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.Next, the external force measuring step (S20) relates to the step of measuring the external force transmitted to the axle 14 by the abnormal dynamic behavior during the train running, more specifically, the equipment such as strain gauge 40, suspension ( 30) to measure the external force acting on the axle 14, that is, the vertical load and the horizontal load, so that the train using the vertical load and the horizontal load measured in the derailment behavior prediction step (S30) to be described later. It is to play a role of accurately predicting derailment behavior.

이때, 상기와 같이 차축(14)에 작용하는 외력을 측정할 수 있는 수단으로는 스트레인 게이지(40), 레이저 센서, 광섬유 센서 등이 사용될 수 있는데, 먼저 스트레인 게이지(40)를 이용한 외력의 측정은 도 2에 나타낸 바와 같이, 다수의 스트레인 게이지(40)를 현가장치(30)를 구성하는 스프링(34)과 댐퍼(32)에서 차축(14)으로 하중이 전달되는 부분에 각각 설치하여 열차의 비정상 동적거동에 의해 하중이 발생하는 경우 스트레인 게이지(40)에서 측정되는 변형률을 이용하여 차축(14)에 작용하는 수직하중과 수평하중을 측정할 수 있도록 하는 것이다.In this case, as a means for measuring the external force acting on the axle 14 as described above, a strain gauge 40, a laser sensor, an optical fiber sensor, etc. may be used. First, the measurement of the external force using the strain gauge 40 is performed. As shown in FIG. 2, a plurality of strain gauges 40 are installed in the spring 34 and the damper 32 constituting the suspension device 30, respectively, in the portion where the load is transmitted from the damper 32 to the axle 14. When the load is generated by the dynamic behavior is to use the strain measured in the strain gauge 40 to measure the vertical load and the horizontal load acting on the axle (14).

또한, 스프링(34)과 댐퍼(32)가 하나의 세트로 이루어진 현가장치(30)를 사용하는 열차의 경우 현가장치(30)와 차축(14) 사이의 연결부에 스트레인 게이지(40)를 부착하여 차축(14)에 작용하는 전체하중을 한꺼번에 측정할 수도 있다.In addition, in the case of the train using the suspension device 30 consisting of the spring 34 and the damper 32 in one set by attaching a strain gauge 40 to the connection between the suspension device 30 and the axle 14 The total load acting on the axle 14 may be measured at once.

한편, 레이저 센서(미도시)를 이용한 외력 측정 방법은 차체의 하부에 설치되는 레이저 센서를 이용하여 차륜(12)과 대차 프레임 사이의 거리를 측정하도록 한 후, 열차의 비정상 동적거동에 의해 하중이 발생하는 경우의 상대적인 거리의 변화를 통해 차축(14)에 작용하는 외력을 측정할 수 있도록 하는 것이고, 광섬유 센서(미도시)를 이용한 외력 측정 방법은 스트레인 게이지(40)의 경우와 마찬가지로 현가장치(30)를 구성하는 스프링(34)과 댐퍼(32)에서 차축으로 하중이 전달되는 부분에 광섬유 센서를 부착하여 열차의 비정상 동적거동에 의해 하중이 발생하는 경우 광섬유 센서에서 일어나는 신축력을 이용하여 차축(14)에 작용하는 외력, 즉 수직하중과 수평하중을 측정할 수 있도록 하는 것이다.On the other hand, in the external force measuring method using a laser sensor (not shown) to measure the distance between the wheel 12 and the bogie frame by using a laser sensor installed in the lower part of the vehicle body, the load due to the abnormal dynamic behavior of the train The external force acting on the axle 14 can be measured by changing the relative distance in the case where it occurs. The external force measuring method using an optical fiber sensor (not shown) is similar to the case of the strain gauge 40. The optical fiber sensor is attached to the portion of the spring 34 and the damper 32 that transmits the load to the axle, and thus, when the load is generated by the abnormal dynamic behavior of the train, the axle ( It is to be able to measure external force acting on 14), ie vertical load and horizontal load.

상기와 같은 스트레인 게이지(40), 레이저 센서 및 광섬유 센서를 이용한 하중의 측정방법은 종래부터 사용되고 있는 것이므로, 이에 대한 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Since the measurement method of the load using the strain gauge 40, the laser sensor and the optical fiber sensor as described above has been used conventionally, a more detailed description thereof will be omitted.

다음, 상기 탈선거동 예측단계(S30)는 외력 측정 단계(S20)에서 측정된 차축(14)에 작용하는 외력, 즉 수직하중과 수평하중을 이용한 연산을 통해 열차의 비정상 동적거동시 발생하는 탈선거동을 예측하는 단계에 관한 것이다.Next, the derailment behavior predicting step (S30) is a derailment behavior that occurs during abnormal dynamic behavior of the train through the calculation using the external force acting on the axle 14 measured in the external force measurement step (S20), that is, the vertical load and the horizontal load. To predict the step.

즉, 전술한 스트레인 게이지(40), 레이저 센서 및 광섬유 센서 중의 어느 하나에 의해 비정상 동적거동시 차축(14)에 발생하는 외력이 측정되면, 그를 이용한 연산을 통해, 유형 분류 단계(S10)에서 분류된 탈선거동의 유형 중 어느 것에 속하게 되는 지를 예측할 수 있도록 온라인 모니터링 함으로써 열차의 운전자가 그에 대한 대응을 신속히 할 수 있도록 하여 탈선사고를 미연에 예방하고, 운행구간의 레일(20) 상태 등의 자료를 확보할 수 있도록 함과 동시에 확보된 자료를 토대로 유지보수를 용이하게 할 수 있도록 하는 것이다.That is, when the external force generated in the axle 14 during abnormal dynamic behavior is measured by any one of the above-described strain gauge 40, laser sensor and optical fiber sensor, the classification is performed in the type classification step S10 through calculation using the same. On-line monitoring to predict which type of derailment behavior has been carried out enables the driver of the train to respond quickly to prevent derailment accidents and to provide data on rail 20 status. In addition to ensuring that the data can be secured, maintenance can be facilitated based on the data obtained.

상기와 같이 열차의 탈선거동 유형을 구체적으로 예측할 수 있도록 하기 위한 연산과정은 도 3 내지 도 10에 나타낸 바와 같이, 단순 플랜지 형상을 한 단순화된 윤축모델을 사용하여 유형 분류 단계에서 분류한 탈선거동의 유형들을 공식화하게 되는데, 먼저, 타고오름 탈선 유형에 대한 공식화는 다음과 같다.As described above, the calculation process for specifically predicting the derailment behavior type of the train is based on the derailment behavior classified at the type classification stage using a simplified wheelset model with a simple flange shape as shown in FIGS. 3 to 10. Types are formulated. First, the formula for the type of ride aberration is:

상기 타고오름 탈선 유형 중 타고오름 정상상태는 도 3에 나타낸 바와 같이, 주행 중에 차륜(12) 답면과 레일(20)이 접촉을 유지하면서 차륜 플랜지(12c) 부분의 마찰력의 방향이 위쪽으로 향하는 상태를 의미하는 것으로, 그 조건은

Figure pat00057
그리고,
Figure pat00058
혹은
Figure pat00059
(플랜지 부분의 접촉 여부)으로 정의할 수 있다.As shown in FIG. 3, the steady state of the ascending derailment is a state in which the direction of the frictional force of the wheel flange 12c is directed upward while the wheel 12 and the rail 20 are in contact with each other while driving. Means that the condition is
Figure pat00057
And,
Figure pat00058
or
Figure pat00059
It can be defined as (the contact of the flange portion).

즉,

Figure pat00060
좌측 차륜(12a)에 작용하는 차륜과 레일(20) 사이의 접촉력을 의미하고,
Figure pat00061
은 우측 차륜(12b)에 작용하는 차륜과 레일(20) 사이의 접촉력을 의미하며,
Figure pat00062
는 레일(20)과 차륜 플랜지(12c) 사이의 접촉 부분에서의 접촉력을 의미하는 것으로, 좌,우측 차륜(12a)(12b)에서의 접촉력이 모두 존재하면, 좌,우측 차륜(12a)(12b)이 모두 레일(20) 상에 위치하고 있음을 알 수 있게 되고,
Figure pat00063
가 0보다 큰 경우에는 레일(20)과 차륜 플랜지(12c) 사이의 마찰력의 방향이 위쪽으로 향하고 있음을 알 수 있으며,
Figure pat00064
가 0인 경우에는 레일(20)과 차륜 플랜지(12c)가 접촉하고 있지 않은 상태라는 것을 알 수 있게 된다.In other words,
Figure pat00060
Means the contact force between the wheel and the rail 20 acting on the left wheel 12a,
Figure pat00061
Means a contact force between the wheel and the rail 20 acting on the right wheel 12b,
Figure pat00062
Denotes the contact force at the contact portion between the rail 20 and the wheel flange 12c. If both contact forces exist at the left and right wheels 12a and 12b, the left and right wheels 12a and 12b are present. It will be seen that both are located on the rail 20,
Figure pat00063
If is greater than 0, it can be seen that the direction of frictional force between the rail 20 and the wheel flange 12c is directed upwards,
Figure pat00064
When 0 is 0, it can be seen that the rail 20 and the wheel flange 12c are not in contact with each other.

따라서, 열차의 주행상태가 상기와 같은 타고오름 정상상태를 만족하는 지를 확인하기 위해서 외력 측정 단계(S20)에서 측정된 외력을 이용한 연산식을 세우게 되는데, 이때, 정상상태 대신에 도 3에 나타낸 플랜지(12c)가 레일(20)에 닿은 상태일 때의 평형상태 운동방정식을 이용한다.Therefore, in order to check whether the driving state of the train satisfies the above-mentioned riding speed steady state, a calculation formula using the external force measured in the external force measuring step S20 is established, in which case the flange shown in FIG. The equilibrium equation of motion when 12c is in contact with the rail 20 is used.

즉, 플랜지(12c)가 레일(20)에 닿은 상태일 때 평형상태의 운동방정식을 다음과 같이 나타낼 수 있는데,That is, when the flange 12c is in contact with the rail 20, the equation of motion in the equilibrium state can be expressed as follows.

Figure pat00065
... (1-1)
Figure pat00065
... (1-1)

Figure pat00066
...(1-2)
Figure pat00066
... (1-2)

Figure pat00067
... (1-3)
Figure pat00067
... (1-3)

(여기서,

Figure pat00068
는 마찰계수이고,
Figure pat00069
는 차륜(12)의 플랜지 여각이며,
Figure pat00070
는 차축(14)에 작용하는 수평하중이고,
Figure pat00071
은 차축(14)의 좌측 단부에 작용하는 수직하중이며,
Figure pat00072
은 차축(14)의 우측 단부에 작용하는 수직하중이고,
Figure pat00073
는 레일(20) 상단부와 차축(14) 사이의 수직거리이며,
Figure pat00074
는 레일(20)과 차축(14) 단부 사이의 수평거리이고,
Figure pat00075
는 레일(20) 사이의 수평거리이다.)(here,
Figure pat00068
Is the coefficient of friction,
Figure pat00069
Is the flange angle of the wheel 12,
Figure pat00070
Is the horizontal load acting on the axle 14,
Figure pat00071
Is the vertical load acting on the left end of the axle 14,
Figure pat00072
Is the vertical load acting on the right end of the axle 14,
Figure pat00073
Is the vertical distance between the upper end of the rail 20 and the axle 14,
Figure pat00074
Is the horizontal distance between the rail 20 and the end of the axle 14,
Figure pat00075
Is the horizontal distance between the rails 20.)

이때,

Figure pat00076
라고 정의하고, 식 (1-1)～(1-3)으로부터
Figure pat00077
과
Figure pat00078
에 대하여 정리한 후, 타고오름 정상상태의 조건 중
Figure pat00079
을 만족하도록 정리하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.At this time,
Figure pat00076
And from formulas (1-1) to (1-3)
Figure pat00077
and
Figure pat00078
After tidying up, the condition of riding
Figure pat00079
In order to satisfy, it can be expressed as follows.

Figure pat00080
... (1-4)
Figure pat00080
... (1-4)

Figure pat00081
... (1-5)
Figure pat00081
... (1-5)

또한, 식 (1-4) 및 (1-5)를 이용하여

Figure pat00082
에 대해 정리하면, Also, by using the formulas (1-4) and (1-5)
Figure pat00082
To sum up,

Figure pat00083
... (1-6)과 같이 나타낼 수 있고, 차륜의 플랜지(12c)와 레일(20)이 접촉한 상태인
Figure pat00084
및 비접촉 상태인
Figure pat00085
을 (1-6)식에 적용한 후, 정리하면
Figure pat00086
을 다음과 같이 얻을 수 있다.
Figure pat00083
... (1-6), and the flange 12c of the wheel and the rail 20 are in contact with each other.
Figure pat00084
And contactless state
Figure pat00085
After applying to (1-6),
Figure pat00086
You can get

Figure pat00087
... (1-7)
Figure pat00087
... (1-7)

Figure pat00088
... (1-8)
Figure pat00088
... (1-8)

즉,

Figure pat00089
인 경우
Figure pat00090
을 만족하게 되고, (1-4), (1-5) 및 (1-7) 또는 (1-8)식을 모두 만족하는 경우에는 주행중인 차량이 타고오름 정상상태에 있다고 예측할 수 있게 된다.In other words,
Figure pat00089
If
Figure pat00090
When it satisfies and (1-4), (1-5) and (1-7) or (1-8) all satisfy the equation can be predicted that the driving vehicle is in the normal state of riding.

그리고, 타고오름 정상상태에서

Figure pat00091
인 경우 외력
Figure pat00092
로부터 구해진
Figure pat00093
는 횡압과 윤중의 비율인 탈선계수로 변환하여 표현할 수 있으므로 탈선계수를 예측하는 것이 가능하게 된다.And, in normal condition
Figure pat00091
External force
Figure pat00092
Obtained from
Figure pat00093
Since can be expressed by converting the derailment coefficient, which is the ratio of the lateral pressure and the wheel rotation, the derailment coefficient can be predicted.

다음, 열차의 탈선거동 유형 중 타고오름 탈선의 클라임 업(Climb up) 상태는 도 4에 나타낸 바와 같이, 우측 차륜 플랜지(12c)가 마찰력의 도움을 받아 우측 레일(20)을 타고 오르고, 좌측 차륜(12a) 답면이 좌측 레일(20)과 접촉을 유지한 상태로 탈선에 이르는 유형에 관한 것으로, 우측 차륜 플랜지(12c)가 레일(20)을 타고 오른 상태이므로

Figure pat00094
은 존재하지 않게 되고, 수식적으로는
Figure pat00095
그리고
Figure pat00096
(우측 차륜(12b)의 플랜지각 방향의 변위,
Figure pat00097
의 2차 적분)로 표현될 수 있다.Next, the climb up state of the ride derailment of the train derailment behavior type, as shown in Figure 4, the right wheel flange 12c is riding the right rail 20 with the aid of friction force, left The wheel 12a is a type that leads to derailment while the contact surface is in contact with the left rail 20, and the right wheel flange 12c is in a state where the rail 20 is lifted up.
Figure pat00094
Does not exist, and mathematically
Figure pat00095
And
Figure pat00096
(Displacement in the flange angular direction of the right wheel 12b,
Figure pat00097
Second order integration)

여기서,

Figure pat00098
은 플랜지(12c)와 레일(20)의 접촉점에서 플랜지각 방향으로 발생하는 가속도를 의미한다.here,
Figure pat00098
Denotes an acceleration occurring in the flange angular direction at the contact point of the flange 12c and the rail 20.

이때, 마찰력은

Figure pat00099
그리고
Figure pat00100
으로 표현할 수 있고, 동적평형상태, 즉
Figure pat00101
부터 모르는 접촉력들 과 클라임 업(Climb-up) 변위
Figure pat00103
을 얻을 수 있다.At this time, the friction force
Figure pat00099
And
Figure pat00100
Can be expressed in terms of dynamic equilibrium,
Figure pat00101
Unknown contact forces And climb-up displacement
Figure pat00103
Can be obtained.

즉,

Figure pat00104
(여기서,
Figure pat00105
는 윤축(10), 즉 차축(14)의 회전각)의 클라임 업 상태를 적용하여, 각 방향성분의 운동방정식을 다음과 같이 정리할 수 있는데,In other words,
Figure pat00104
(here,
Figure pat00105
By applying the climb-up state of the wheelset 10, that is, the rotation angle of the axle 14, the equation of motion of each direction component can be summarized as follows.

Figure pat00106
... (2-1)
Figure pat00106
... (2-1)

Figure pat00107
... (2-2)
Figure pat00107
... (2-2)

Figure pat00108
... (2-3)
Figure pat00108
... (2-3)

여기서,

Figure pat00109
는 윤축(10)의 무게중심에 대한 가속도이고,
Figure pat00110
는 윤축(10)의 무게중심에 대한 관성모멘트이며,
Figure pat00111
은 윤축(10)의 질량이고,
Figure pat00112
이다.(나머지 변수들은 전술한 타고오름 정상상태의 경우와 동일하므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.)here,
Figure pat00109
Is the acceleration relative to the center of gravity of the wheelset (10),
Figure pat00110
Is the moment of inertia about the center of gravity of the wheelset (10),
Figure pat00111
Is the mass of the wheelset 10,
Figure pat00112
(The remaining variables are the same as in the case of the normal condition of the ride up, so the detailed description will be omitted.)

또한,

Figure pat00113
은 도 4에 나타낸 윤축모델에서 횡방향을 x, 수직방향을 y로 놓았을 때 각 방향에 대한 가속도성분은 다음과 같이 표현할 수 있다.Also,
Figure pat00113
In the wheelset model shown in FIG. 4, when the lateral direction is x and the vertical direction is y, the acceleration component for each direction can be expressed as follows.

Figure pat00114
... (2-4)
Figure pat00114
... (2-4)

Figure pat00115
... (2-5)
Figure pat00115
... (2-5)

상기한 (2-1) ~ (2-5)식을 이용하여 클라임 업 상태의 조건들 즉,

Figure pat00116
그리고
Figure pat00117
은 운동방정식을 기초하여 다음과 같이 표현할 수 있다.Using the above formulas (2-1) to (2-5), the conditions of the climb-up state, that is,
Figure pat00116
And
Figure pat00117
Can be expressed as follows based on the equation of motion.

Figure pat00118
... (2-6)
Figure pat00118
... (2-6)

이때,

Figure pat00119
At this time,
Figure pat00119

(여기서,

Figure pat00120
,
Figure pat00121
),(here,
Figure pat00120
,
Figure pat00121
),

Figure pat00122
... (2-7)
Figure pat00122
... (2-7)

Figure pat00123
... (2-8)
Figure pat00123
... (2-8)

따라서, (2-6), (2-7) 및 (2-8)식을 모두 만족하는 경우에는 주행중인 차량이 클라임 업 상태에 있다고 예측할 수 있게 된다.Therefore, when all of the expressions (2-6), (2-7), and (2-8) are satisfied, it is possible to predict that the vehicle being driven is in the climb-up state.

다음, 열차의 탈선거동 유형 중 타고오름 탈선의 클라임/롤 오버(Climb/Roll over) 상태는 도 5에 나타낸 바와 같이, 우측 차륜 플랜지(12c)가 우측 레일(20) 위를 타고 오를 때와 시계방향으로 전복 거동이 동시에 발생하는 상태의 유형을 의미하는 것으로, 좌,우측 차륜(12a)(12b)의 답면이 모두 레일(20)과 접촉되어 있지 않으므로

Figure pat00124
과
Figure pat00125
은 모두 존재하지 않게 되고, 수식적으로는
Figure pat00126
으로 표현될 수 있다.Next, the climb / roll over state of the derailment derailment of the train derailment behavior is as shown in FIG. 5, when the right wheel flange 12c rides on the right rail 20. It refers to the type of the state that the rollover behavior occurs in the clockwise direction at the same time, because the left and right wheels 12a, 12b are not all in contact with the rail 20
Figure pat00124
and
Figure pat00125
Are not present at all, and mathematically
Figure pat00126
. ≪ / RTI >

즉, 상기와 같은 클라임/롤 오버 상태의 탈선 조건들을 만족하기 위해서는

Figure pat00127
(윤축(10)의 시계반대 방향의 회전각,
Figure pat00128
의 2차 적분),
Figure pat00129
그리고
Figure pat00130
이 동일 시간에 만족하여야 하는데, 이 시간에 차륜(12)에 작용하는 마찰력은 도 5에 나타낸 바와 같이,
Figure pat00131
이 된다.That is, to satisfy the derailment conditions of the climb / rollover state as described above
Figure pat00127
(Clockwise rotation angle of wheelset 10,
Figure pat00128
Second integral of),
Figure pat00129
And
Figure pat00130
This same time should be satisfied, the friction force acting on the wheel 12 at this time, as shown in FIG.
Figure pat00131
.

따라서,

Figure pat00132
일 때, 각 방향성분의 운동방정식
Figure pat00133
을 다음과 같이 정리할 수 있고,therefore,
Figure pat00132
, The equation of motion of each direction component
Figure pat00133
You can organize by

Figure pat00134
... (3-1)
Figure pat00134
... (3-1)

Figure pat00135
...(3-2)
Figure pat00135
... (3-2)

Figure pat00136
...(3-3)
Figure pat00136
... (3-3)

마찰력을 고려하여 상기 (3-1) ~ (3-3)의 식을 정리하면 클라임/롤 오버 상태의 조건들 즉,

Figure pat00137
은 다음과 같이 표현할 수 있다.Summarizing the equations (3-1) to (3-3) in consideration of the friction force, the conditions of the climb / rollover state,
Figure pat00137
Can be expressed as

Figure pat00138
... (3-4)
Figure pat00138
... (3-4)

이때,

Figure pat00139
(여기서,
Figure pat00140
)At this time,
Figure pat00139
(here,
Figure pat00140
)

Figure pat00141
... (3-5)
Figure pat00141
... (3-5)

Figure pat00142
... (3-6)
Figure pat00142
... (3-6)

이때,

Figure pat00143
At this time,
Figure pat00143

따라서, (3-4), (3-5) 및 (3-6)식을 모두 만족하는 경우에는 주행중인 차량이 클라임/롤 오버 상태에 있다고 예측할 수 있게 된다.Therefore, when all of the expressions (3-4), (3-5), and (3-6) are satisfied, it is possible to predict that the vehicle being driven is in the climb / rollover state.

다음, 열차의 탈선거동 유형 중 타고오름 탈선의 롤 오버-C(Roll over-C) 상태는 도 6에 나타낸 바와 같이, 위쪽방향으로 플랜지(12c) 마찰력이 발생하고, 이와 동시에 회전운동이 발생하여 이루어지는 탈선의 형태를 의미하는 것으로, 보다 상세하게는 우측 차륜 플랜지(12c)와 답면이 우측 레일(20)에 접촉된 상태를 유지하면서 시계방향으로 전복 거동이 발생할 때를 의미한다.Next, the roll over-C state of the ride derailment of the train derailment behavior type, as shown in Figure 6, the friction force generated in the flange 12c in the upward direction, and at the same time the rotational movement occurs It means the form of the derailment which is made, and more specifically, it means when the rollover behavior occurs in the clockwise direction while maintaining the state in which the right wheel flange 12c and the tread surface contact the right rail 20.

이때, 좌측 차륜(12a)은 레일(20)과 접촉되어 있지 않으므로

Figure pat00144
은 존재하지 않게 되고, 수식적으로는
Figure pat00145
으로 표현될 수 있다.At this time, the left wheel 12a is not in contact with the rail 20.
Figure pat00144
Does not exist, and mathematically
Figure pat00145
. ≪ / RTI >

즉, 상기와 같은 롤 오버-C 상태의 탈선 조건들을 만족하기 위해서는

Figure pat00146
(윤축(10)의 시계반대 방향의 회전각,
Figure pat00147
의 2차 적분),
Figure pat00148
그리고
Figure pat00149
이 동일 시간에 만족하여야 하는데, 이 시간에 차륜(12)에 작용하는 마찰력은 도 6에 나타낸 바와 같이,
Figure pat00150
이 된다.That is, to satisfy the derailment conditions of the roll over-C state as described above
Figure pat00146
(Clockwise rotation angle of wheelset 10,
Figure pat00147
Second integral of),
Figure pat00148
And
Figure pat00149
This same time should be satisfied, the frictional force acting on the wheel 12 at this time, as shown in Figure 6,
Figure pat00150
.

따라서,

Figure pat00151
일 때, 각 방향성분의 운동방정식
Figure pat00152
을 다음과 같이 정리할 수 있고,therefore,
Figure pat00151
, The equation of motion of each direction component
Figure pat00152
You can organize by

Figure pat00153
... (4-1)
Figure pat00153
... (4-1)

Figure pat00154
... (4-2)
Figure pat00154
... (4-2)

Figure pat00155
... (4-3)
Figure pat00155
... (4-3)

마찰력을 고려하여 상기 (4-1) ~ (4-3)의 식을 정리하면 롤 오버-C 상태의 조건들 즉,

Figure pat00156
은 다음과 같이 표현할 수 있다.Summarizing the equations (4-1) to (4-3) in consideration of the frictional force, the conditions of the roll over-C state,
Figure pat00156
Can be expressed as

Figure pat00157
, ... (4-4) (이때,
Figure pat00158
, 여기서
Figure pat00159
)
Figure pat00157
, ... (4-4)
Figure pat00158
, here
Figure pat00159
)

Figure pat00160
...(4-5)
Figure pat00160
... (4-5)

Figure pat00161
... (4-6)
Figure pat00161
... (4-6)

따라서, 상기 (4-4), (4-5) 및 (4-6)식을 모두 만족하는 경우에는 주행중인 차량이 롤 오버-C 상태에 있다고 예측할 수 있게 된다.Therefore, when all of the above formulas (4-4), (4-5) and (4-6) are satisfied, it is possible to predict that the vehicle in travel is in the roll over-C state.

한편, 전술한 타고오름 탈선 유형과 마찬가지로 미끄러져 오름 탈선의 유형들도 단순 플랜지 형상을 한 단순화된 윤축모델을 사용하여 공식화할 수 있는데, 상기 미끄러져 오름 탈선거동 유형 중 미끄러져 오름 정상상태는 도 7에 나타낸 바와 같이, 차량의 주행상태 중 차륜(12) 답면과 레일(20)이 접촉을 유지한 상태를 의미한다.On the other hand, similar to the above-mentioned riding derailment type, the types of slipping derailment can be formulated by using a simplified crimping model with a simple flange shape. As shown in FIG. 7, it means a state in which the wheel 12 and the rail 20 are in contact with each other during the driving state of the vehicle.

이때, 만약 차륜의 플랜지(12c)와 레일(20) 사이에 접촉이 발생하면, 플랜지(12c)의 마찰 접촉력은 플랜지 면을 따라 아래 방향으로 가해진다.At this time, if contact occurs between the flange 12c of the wheel and the rail 20, the frictional contact force of the flange 12c is applied downward along the flange face.

도 7에 나타낸 윤축모델을 이용하여 상기 미끄러져 오름 정상상태를 수식적으로 표현하면, 전술한 타고오름 정상상태와 마찬가지로,

Figure pat00162
으로 표현할 수 있는데, 이를 정적평형상태의 식들, 즉
Figure pat00163
과 결합하면, 구하고자 하는 접촉력들
Figure pat00164
를 다음과 같이 얻을 수 있다.Using the wheelset model shown in FIG. 7 to express the sliding steady state in a mathematical manner, as in the above-mentioned riding steady state,
Figure pat00162
Can be expressed as static equilibrium expressions,
Figure pat00163
In combination with
Figure pat00164
Can be obtained as

Figure pat00165
, ... (5-1)
Figure pat00165
, ... (5-1)

Figure pat00166
... (5-2)
Figure pat00166
... (5-2)

Figure pat00167
... (5-3)
Figure pat00167
... (5-3)

(이때,

Figure pat00168
이다.)(At this time,
Figure pat00168
to be.)

또한,

Figure pat00169
및
Figure pat00170
의 두 가지 조건에 따라,
Figure pat00171
인 경우,
Figure pat00172
와 같이 나타낼 수 있고,
Figure pat00173
인 경우에는
Figure pat00174
와 같이 나타낼 수 있으므로, 상기와 같은
Figure pat00175
의 조건을 만족하는 경우 미끄러져 오름 정상상태로 예측할 수 있게 된다.Also,
Figure pat00169
And
Figure pat00170
Under two conditions,
Figure pat00171
Quot;
Figure pat00172
Can be expressed as
Figure pat00173
If is
Figure pat00174
Can be expressed as
Figure pat00175
If the condition is satisfied, it can be predicted as a steady state.

그리고, 미끄러져 오름 정상상태에서

Figure pat00176
인 경우 외력
Figure pat00177
로부터 구해진
Figure pat00178
는 횡압과 윤중의 비율인 탈선계수로 변환하여 표현할 수 있으므로 탈선계수를 예측하는 것이 가능하게 된다.And, in a steady state, slipping
Figure pat00176
External force
Figure pat00177
Obtained from
Figure pat00178
Since can be expressed by converting the derailment coefficient, which is the ratio of the lateral pressure and the wheel rotation, the derailment coefficient can be predicted.

다음, 열차의 탈선거동 유형 중 미끄러져 오름 탈선의 슬립 업(Slip up) 상태는 플랜지 면을 따라 우측차륜 플랜지(12c)가 우측레일(20) 위를 미끄러져 오르고, 좌측 차륜(12a) 답면이 좌측레일과 접촉을 유지한 상태로 탈선에 이르는 유형을 의미하는 것으로, 전술한 타고오름 탈선의 클라임 업 상태에 대응된다.Next, the slip-up state of the derailment of the train derailment behavior is the slip-up state of the derailment, the right wheel flange 12c slides over the right rail 20 along the flange surface, the left wheel 12a is the answer surface It means a type that leads to a derailment while maintaining contact with the left rail, and corresponds to the climb-up state of the above-mentioned ride derailment.

즉, 도 4 및 도 7을 참고로 하면 슬립 업 상태를 만족하는 좌,우측 차륜(12a)(12b)과 레일(20) 사이의 접촉력과 미끄러져 오름 변위의 수식 조건을 각각

Figure pat00179
과
Figure pat00180
로 표현할 수 있게 된다.That is, referring to FIG. 4 and FIG. 7, equations of contact force and slippage displacement between the left and right wheels 12a and 12b and the rail 20 satisfying the slip-up state are respectively calculated.
Figure pat00179
and
Figure pat00180
Can be expressed as

이와 같은 조건식들을 마찰력을 고려하여 동적평형상태 식들 즉,

Figure pat00181
에 적용시키면, 상기 조건식들을 다음과 같이 나타낼 수 있게 된다.These conditional expressions are considered dynamic dynamic equations,
Figure pat00181
When applied to, the above conditional expressions can be expressed as follows.

Figure pat00182
... (6-1)
Figure pat00182
... (6-1)

(여기서,

Figure pat00183
,
Figure pat00184
,
Figure pat00185
)(here,
Figure pat00183
,
Figure pat00184
,
Figure pat00185
)

Figure pat00186
... (6-2)
Figure pat00186
... (6-2)

Figure pat00187
... (6-3)
Figure pat00187
... (6-3)

따라서, 상기 (6-1), (6-2) 및 (6-3)식을 모두 만족하는 경우에는 주행중인 차량이 슬립 업 상태에 있다고 예측할 수 있게 된다.Therefore, when all of the above formulas (6-1), (6-2), and (6-3) are satisfied, it is possible to predict that the vehicle being driven is in the slip-up state.

다음, 열차의 탈선거동 유형 중 미끄러져 오름 탈선의 슬립/롤 오버(Slip/Roll over) 상태는 우측 차륜 플랜지(12c)가 우측 레일(20) 위를 미끄러져 오르고 시계방향으로 전복 거동이 동시에 발생하는 상태로 탈선에 이르는 유형을 의미하는 것으로, 전술한 타고오름 탈선의 클라임/롤 오버 상태에 대응되는 것이다.Next, the slip / roll over state of the derailment behavior of the train derails, in which the right wheel flange 12c slides over the right rail 20 and rollover occurs simultaneously in the clockwise direction. It means the type leading to the derailment in the state, which corresponds to the climb / rollover state of the above-mentioned derailment.

즉, 도 5 및 도 7을 참고로 하면 슬립/롤 오버 상태를 만족하는 차축(14)의 회전각, 차륜의 플랜지(12c)와 레일(20) 사이의 접촉력과 미끄러져 오름 변위의 수식 조건을 각각

Figure pat00188
과
Figure pat00189
로 표현할 수 있게 된다.That is, referring to FIGS. 5 and 7, equations of the rotation angle of the axle 14 satisfying the slip / roll over state, the contact force between the flange 12c of the wheel, and the rail 20, and the slipping displacement condition are described. each
Figure pat00188
and
Figure pat00189
Can be expressed as

이와 같은 조건식들을 마찰력을 고려하여 동적평형상태 식들 즉,

Figure pat00190
에 적용시키면, 상기 조건식들을 다음과 같이 나타낼 수 있게 된다.These conditional expressions are considered dynamic dynamic equations,
Figure pat00190
When applied to, the above conditional expressions can be expressed as follows.

Figure pat00191
, ... (7-1)
Figure pat00191
, ... (7-1)

(여기서,

Figure pat00192
,
Figure pat00193
,
Figure pat00194
,
Figure pat00195
),(here,
Figure pat00192
,
Figure pat00193
,
Figure pat00194
,
Figure pat00195
),

Figure pat00196
... (7-2)
Figure pat00196
... (7-2)

Figure pat00197
... (7-3)
Figure pat00197
... (7-3)

(여기서,

Figure pat00198
)(here,
Figure pat00198
)

따라서, 상기 (7-1), (7-2) 및 (7-3)식을 모두 만족하는 경우에는 주행중인 차량이 슬립/롤 오버 상태에 있다고 예측할 수 있게 된다.Therefore, when all of the above formulas (7-1), (7-2) and (7-3) are satisfied, it is possible to predict that the vehicle in travel is in the slip / rollover state.

다음, 열차의 탈선거동 유형 중 미끄러져 오름 탈선의 롤 오버-L(Roll over-L) 상태는 아랫방향 쪽으로 플랜지 마찰력이 발생하고, 이와 동시에 회전운동이 발생하여 이루어지는 탈선거동의 형태를 의미하는 것으로, 보다 상세하게는 우측 차륜 플랜지(12c)와 답면이 우측 레일(20) 위를 접촉을 유지하면서 시계방향으로 전복 거동이 발생할 때를 의미하는 것이다.Next, the roll over-L state of the derailment behavior of the train is a form of derailment behavior in which a flange friction force is generated toward the downward direction and a rotational movement is generated at the same time. More specifically, the right wheel flange 12c and the tread surface mean when the rolling motion occurs in the clockwise direction while maintaining contact on the right rail 20.

즉, 상기 롤 오버-L 상태는 전술한 타고오름 탈선의 롤 오버-C 상태에 대응되는 것으로, 도 6 및 도 7을 참고로 하면 롤 오버-L 상태를 만족하는 차축(14)의 회전각, 우측 차륜의 플랜지(12c)와 레일(20) 사이의 접촉력과 우측 차륜(12b)과 레일(20) 사이의 접촉력에 대한 수식 조건을 각각

Figure pat00199
과
Figure pat00200
로 표현할 수 있게 된다.That is, the roll over-L state corresponds to the roll over-C state of the above-mentioned ride derailment. Referring to FIGS. 6 and 7, the rotation angle of the axle 14 satisfying the roll over-L state, The formula conditions for the contact force between the flange 12c of the right wheel and the rail 20 and the contact force between the right wheel 12b and the rail 20 are respectively
Figure pat00199
and
Figure pat00200
Can be expressed as

이와 같은 조건식들을 마찰력을 고려하여 동적평형상태 식들 즉,

Figure pat00201
에 적용시키면, 상기 조건식들을 다음과 같이 나타낼 수 있게 된다.These conditional expressions are considered dynamic dynamic equations,
Figure pat00201
When applied to, the above conditional expressions can be expressed as follows.

Figure pat00202
, ... (8-1)
Figure pat00202
, ... (8-1)

(여기서,

Figure pat00203
,
Figure pat00204
),(here,
Figure pat00203
,
Figure pat00204
),

Figure pat00205
... (8-2)
Figure pat00205
... (8-2)

Figure pat00206
... (8-3)
Figure pat00206
... (8-3)

(여기서,

Figure pat00207
)(here,
Figure pat00207
)

따라서, 상기 (8-1), (8-2) 및 (8-3)식을 모두 만족하는 경우에는 주행중인 차량이 롤 오버-L 상태에 있다고 예측할 수 있게 된다.Therefore, when all of the above formulas (8-1), (8-2) and (8-3) are satisfied, it is possible to predict that the vehicle in travel is in the roll over-L state.

전술한 바와 같은, 탈선거동의 유형들과, 탈선거동 예측단계(S30)에서 탈선거동을 예측할 수 있도록 하는 탈선조건을 아래의 표 1에 정리하여 나타내었다.As described above, the types of derailment behavior and the derailment conditions for predicting the derailment behavior in the derailment behavior prediction step (S30) are summarized in Table 1 below.




탈선거동유형


Derailment behavior type

타고오름 탈선Ride 타고오름
정상상태Ride
Steady state 클라임 업Climb Up 클라임/롤 오버Climb / Roll Over 롤 오버-CRollover-C 미끄러져 오름 탈선Slipping deviation 미끄러져 오름 정상상태Slipping steady state 슬립 업Slip up 슬립/롤 오버Slip / rollover 롤 오버-LRollover-L

탈선조건

Derailment condition

Figure pat00208
Figure pat00208
Figure pat00209
Figure pat00209
Figure pat00210
Figure pat00210
Figure pat00211
Figure pat00211
Figure pat00212
Figure pat00212
Figure pat00213
Figure pat00213
Figure pat00214
Figure pat00214
Figure pat00215
Figure pat00215
Figure pat00216
Figure pat00216
Figure pat00217
Figure pat00217
Figure pat00218
Figure pat00218
Figure pat00219
Figure pat00219

이 중 타고오름 탈선 유형의 탈선조건식들을 검증하기 위해 Functionbay 사의 RecurDyn를 사용하여 동역학 시뮬레이션을 수행하였다.Among these, dynamic simulations were performed using RecurDyn of Functionbay to verify the derailment equations of aboard derailment.

이 예제들에서 사용된 윤축모델은 단순 플랜지 각이 70°(플랜지 여각(

Figure pat00220
) 20°)와 쿨롱마찰계수(
Figure pat00221
)를 0.1로 적용하였다.The wheelset model used in these examples has a simple flange angle of 70 ° (flange
Figure pat00220
20 °) and Coulomb friction coefficient
Figure pat00221
) Was applied at 0.1.

또한, 왼쪽 수직방향의 하중(

Figure pat00222
)은 차축(14)의 왼쪽의 끝에 부여하였고, 오른쪽 수직방향의 하중(
Figure pat00223
)과 수평방향의 하중(
Figure pat00224
)은 차축(14)의 오른쪽 끝에 부여하였으며, 윤축(10)의 차륜(12)과 레일(20)사이에 회전접촉거동을 고려하기 위해, 도 8에 나타낸 바와 같이, 속도를 부여하였다. Also, the load in the vertical left direction (
Figure pat00222
) Is given at the end of the left side of the axle 14, and the right vertical load (
Figure pat00223
) And horizontal load (
Figure pat00224
) Is given to the right end of the axle (14), in order to take into account the rotational contact behavior between the wheel (12) and the rail (20) of the wheelset (10), as shown in Figure 8, a speed was given.

그리고, 충돌 등 비정상 동적거동 발생 후 차체에 전달되는 수평방향 하중(F)은 1.5초에 차축(14)에 부여하였다.Then, the horizontal load F transmitted to the vehicle body after abnormal dynamic behavior such as a collision was applied to the axle 14 in 1.5 seconds.

또한, 도 9, 13 및 18에 나타낸 바와 같이, 특정 수평하중들, 즉 클라임 업 상태에서 F=180kN, 클라임/롤 오버 상태와 롤 오버-C 상태에서 각각 F=500kN, 에 대하여 각각의 탈선거동 유형의 발생 조건을 만족하는 수직하중(

Figure pat00225
)의 범위 중에서 중간 값을 선정하여 사용하였다.In addition, as shown in Figs. 9, 13 and 18, for specific horizontal loads, ie F = 180 kN in the climb-up state, F = 500 kN in the climb / rollover state and roll over-C state, respectively, Vertical load that satisfies the conditions for derailment behavior
Figure pat00225
Middle value was selected and used.

상기와 같이 적용된 하중 조건들을 아래의 표 2에 요약하여 나타내었다.The load conditions applied as above are summarized in Table 2 below.


탈선거동 유형
Derailment behavior type
하중 조건Load condition F(kN)F (kN)

Figure pat00226
(kN)
Figure pat00226
(kN)
Figure pat00227
(kN)
Figure pat00227
(kN) 클라임 업Climb Up 180180 142142 2424 클라임/롤 오버Climb / Roll Over 500500 9696 7070 롤 오버-CRollover-C 500500 4646 120120

먼저, 도 10은 표 2에 나타낸 클라임 업 상태에 해당하는 조건들을 입력하여 동역학 시뮬레이션을 통하여 얻은 접촉력들(

Figure pat00228
)을 나타낸 것이고, 도 11은 플랜지 접촉면을 따라 이동한 타고 오름 변위(
Figure pat00229
)을 나타낸 것이다.First, FIG. 10 illustrates the contact forces obtained through dynamic simulation by inputting conditions corresponding to the climb-up state shown in Table 2.
Figure pat00228
11 shows the ascending displacement (
Figure pat00229
).

도 10 및 도 11에서 확인할 수 있는 바와 같이, 클라임 업 상태에 해당하는 탈선조건들(

Figure pat00230
)을 1.535초에서부터 1.746초까지 만족하였으며, 탈선거동 또한 도 4에 나타낸 클라임 업 상태에 해당하는 탈선거동 유형을 보임을 확인할 수 있었다.As can be seen in Figures 10 and 11, the derailment conditions corresponding to the climb-up state (
Figure pat00230
) Was satisfied from 1.535 seconds to 1.746 seconds, and the derailment behavior also showed a derailment behavior type corresponding to the climb-up state shown in FIG. 4.

또한, 도 12에 나타낸 바와 같이, 차륜 플랜지(12c) 부분의 마찰력 방향을 살펴보면 타고 오름 탈선에 해당됨을 알 수 있다.In addition, as shown in FIG. 12, it can be seen that when the frictional force direction of the wheel flange 12c portion is examined, it corresponds to a ride derailment.

다음, 도 14는 표 2에 나타낸 클라임/롤 오버 상태에 해당되는 조건을 입력하였을 때, 동역학 시뮬레이션을 통해 얻어진 접촉력들(

Figure pat00231
)을 나타낸 것이고, 도 15는 동일한 조건에서의 윤축(10)의 회전각(
Figure pat00232
)을 나타낸 것이며, 도 16은 동일한 조건에서의 차륜(12)의 플랜지 접촉면을 따라 이동한 타고 오름 변위(
Figure pat00233
)를 나타낸 것이다.Next, FIG. 14 shows contact forces obtained through the dynamic simulation when the conditions corresponding to the climb / rollover states shown in Table 2 are input.
Figure pat00231
15 shows rotation angles of the wheelset 10 under the same conditions.
Figure pat00232
FIG. 16 shows the ascending displacement moved along the flange contact surface of the wheel 12 under the same conditions.
Figure pat00233
).

도 14 내지 도 16에 나타낸 바와 같이, 1.521초에서부터 1.607초까지 클라임/롤 오버 상태에 해당하는 탈선 조건들(

Figure pat00234
)을 만족함을 확인할 수 있고, 탈선거동 또한 도 5에 나타낸 클라임/롤 오버 상태에 해당하는 탈선거동 유형을 보임을 확인할 수 있었다. As shown in Figs. 14 to 16, the derailment conditions corresponding to the climb / rollover state from 1.521 seconds to 1.607 seconds (
Figure pat00234
), It was confirmed that the derailment behavior also shows the derailment behavior type corresponding to the climb / rollover state shown in FIG. 5.

또한, 도 17에 나타낸 플랜지부분의 마찰력 방향을 살펴보면 전체적으로 타고 오름 탈선에 해당됨을 알 수 있다.In addition, looking at the frictional force direction of the flange portion shown in Figure 17 it can be seen that corresponds to the derailment as a whole ride.

한편, 도 19는 표 2에 나타낸 롤 오버-C 상태에 해당되는 조건을 입력하였을 때, 동역학 시뮬레이션을 통해 얻어진 접촉력들(

Figure pat00235
)을 나타낸 것이고, 도 20은 동일한 조건에서의 윤축(10)의 회전각(
Figure pat00236
)을 나타낸 것이다.On the other hand, Figure 19 is a contact force obtained through the dynamic simulation when the conditions corresponding to the roll over-C state shown in Table 2 (
Figure pat00235
20 shows rotation angles of the wheelset 10 under the same conditions.
Figure pat00236
).

도 19 및 도 20에 나타낸 바와 같이, 1.522초에서부터 1.594초까지 롤 오버-C 상태에 해당하는 탈선 조건들(

Figure pat00237
)을 만족함을 확인할 수 있고, 탈선거동 또한 도 6에 나타낸 롤 오버-C 상태에 해당하는 탈선거동 유형을 보임을 확인할 수 있었다.19 and 20, the derailment conditions corresponding to the roll over-C state from 1.522 seconds to 1.594 seconds (
Figure pat00237
), And the derailment behavior was also shown to show the derailment behavior type corresponding to the roll over-C state shown in FIG.

또한, 도 21에 나타낸 차륜 플랜지(12c) 부분의 마찰력은 영(zero) 주위로 오실레이션을 보이고 있으나, 방향을 살펴보면 전체적으로 타고 오름 탈선에 해당됨을 알 수 있다.In addition, the frictional force of the portion of the wheel flange 12c shown in FIG. 21 shows oscillation around zero, but looking at the direction, it can be seen that it corresponds to the ascending derailment as a whole.

한편, 도시하지는 않았으나, 미끄러져 오름 탈선거동의 탈선조건식들을 검증하기 위해 Functionbay 사의 RecurDyn를 사용하여 동역학 시뮬레이션을 수행한 결과에서도 탈선거동에 따른 탈선조건식들이 모두 만족됨을 확인할 수 있었다.On the other hand, although not shown, it was confirmed that all of the derailment conditions according to the derailment behavior were satisfied even when the dynamic simulation was performed by using RecurDyn of Functionbay to verify the derailment conditions of the sliding derailment behavior.

이때의 윤축모델은 단순 플랜지 각이 60°(플랜지 여각(

Figure pat00238
) 30°)와 쿨롱마찰계수(
Figure pat00239
)를 0.2로 사용하였는데, 그 이유는 플랜지 각이 70°일 경우에는 미끄러져 오름 탈선이 발생하지 않으므로, 플랜지 각 60°인 모델을 사용하였다.The wheelset model in this case has a simple flange angle of 60 ° (flange complement angle (
Figure pat00238
30 °) and Coulomb friction coefficient
Figure pat00239
) Was used as 0.2 because the sliding angle does not occur when the flange angle is 70 °, so a model with a flange angle of 60 ° is used.

한편, 상기와 같은 탈선조건들을 이용하여 탈선거동 예측단계(S30)에서 탈선거동의 유형을 예측하는 과정을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, the process of predicting the type of derailment behavior in the derailment behavior prediction step (S30) using the above derailment conditions will be described in detail as follows.

먼저, 철도차량의 충돌 등 비정상 동적거동 발생 후 외력이 발생되는 순간에 최초로 발생되는 탈선거동을 전술한 유형들 중 하나로 분류하여야 하기 때문에 탈선거동이 발생할 때, 어떠한 탈선조건을 추종하는지 여부를 살펴보는 것이 상당히 중요하다.First, it is necessary to classify the derailment behavior first generated at the moment when external force is generated after the occurrence of abnormal dynamic behavior such as the collision of railroad cars into one of the above types. Is quite important.

이때, 탈선거동을 정확히 예측하기 위해서는 타고오름 탈선 유형과 미끄러져 오름 탈선 유형이 모두 적용되어져야 하므로 아래의 표 3에 나타낸 바와 같이, 플랜지 각이 70°와 60°를 가진 단순화된 윤축(10)의 두 가지 유형을 모두 시뮬레이션에 사용하였고, 이때 가해지는 수평하중은 도 22에 나타낸 바와 같이, 1.5초부터 입력하기 시작하였다.At this time, in order to accurately predict the derailment behavior, both the riding derailment type and the slipping derailment type should be applied. As shown in Table 3 below, a simplified wheelset with a flange angle of 70 ° and 60 ° may be used. Both types of were used for the simulation, and the horizontal load applied was started from 1.5 seconds, as shown in FIG.

즉, 전술한 시뮬레이션과 마찬가지로 차륜(12)과 레일(20)사이에 회전접촉거동을 고려하기 위해 윤축모델의 회전속도를 1초까지 가속화시켰기 때문에, 수평하중은 윤축(10)이 일정한 속도를 갖는 1.5초부터 입력하기 시작하였다.That is, in order to consider the rotational contact behavior between the wheel 12 and the rail 20 as in the above-described simulation, since the rotational speed of the wheelset model was accelerated to 1 second, the horizontal load has a constant speed with the wheelset 10 having a constant speed. Start typing in 1.5 seconds.

CASECASE

Figure pat00240
Figure pat00240
Figure pat00241
Figure pat00241
Figure pat00242
Figure pat00242
 획득된 탈선유형Type of Derailment Obtained 1One




30°




30 °



0.1
0.1
Figure pat00243
Figure pat00243
 클라임 업(타고오름)Climbing up 22
Figure pat00244
Figure pat00244
 롤 오버-C(타고오름)Roll-over (C) 33
Figure pat00245
Figure pat00245
 롤 오버-C(타고오름)Roll-over (C) 44
0.2
0.2
Figure pat00246
Figure pat00246
 클라임 업(타고오름)Climbing up 55
Figure pat00247
Figure pat00247
 롤 오버-C(타고오름)Roll-over (C) 66
Figure pat00248
Figure pat00248
 롤 오버-C(타고오름)Roll-over (C) 77




20°




20 °



0.1
0.1
Figure pat00249
Figure pat00249
 클라임 롤/오버(타고오름)Climb Roll / Over 88
Figure pat00250
Figure pat00250
 롤 오버-L(미끄러져 오름)Roll Over-L (Sliding) 99
Figure pat00251
Figure pat00251
 롤 오버-L(미끄러져 오름)Roll Over-L (Sliding) 1010
0.2
0.2
Figure pat00252
Figure pat00252
 클라임 롤/오버(타고오름)Climb Roll / Over 1111
Figure pat00253
Figure pat00253
 롤 오버-L(미끄러져 오름)Roll Over-L (Sliding) 1212
Figure pat00254
Figure pat00254
 롤 오버-L(미끄러져 오름)Roll Over-L (Sliding)

상기 표 3에 포함된 조건들 중 CASE 4에 해당되는 하중조건(

Figure pat00255
)에서의 시뮬레이션 결과와 하중조건식에 의해 예측한 결과를 비교하였는데, 먼저 도 23 및 도 24는 타고 오름 탈선과 미끄러져 오름 탈선의 각각의 정상상태 조건에 수평하중(F)을 적용하여 비교한 것을 나타낸 것이다.Among the conditions included in Table 3, the load conditions corresponding to CASE 4 (
Figure pat00255
) And the results predicted by the load condition equation. First, FIGS. 23 and 24 compare the application of the horizontal load (F) to each steady state condition of the riding derailment and the sliding derailment. It is shown.

도 23에 나타낸 바와 같이, 1.585 초에 처음으로 타고 오름 탈선이 발생하고, 도 24에 나타낸 바와 같이, 1.973초에 처음으로 미끄러져 오름 탈선이 발생하는 것을 확인할 수 있는데, 이러한 경우 타고 오름 탈선이 미끄러져 오름 탈선 보다 낮은 수평하중에서 발생되기 때문에 타고 오름 탈선이 발생할 것이라고 결론을 내릴 수 있게 된다.As shown in FIG. 23, the ascending derailment occurs for the first time in 1.585 seconds, and as shown in FIG. 24, it is confirmed that the ascending derailment occurs for the first time in 1.973 seconds. In this case, the ascending derailment slips. It can be concluded that aboard derailment will occur because it occurs at a horizontal load lower than the derailment.

다음, 도 25는 CASE 4의 타고오름 정상상태 조건에 해당하는 타고오름 탈선이론 예측결과를 나타낸 것이고, 도 26은 CASE 4의 클라임 업 탈선 유형에 대한 탈선이론 예측결과를 나타낸 것으로, 도 25에서는 1.585초에 탈선이 개시되는 것을 확인할 수 있고, 도 26에서는 클라임 업 상태의 모든 탈선조건을 만족하고 있음을 확인할 수 있다.Next, FIG. 25 illustrates a prediction result of a ride derailment theory corresponding to a steady state condition of riding of CASE 4, and FIG. 26 illustrates a prediction result of a derailment theory of a climb-up derailment type of CASE 4. It can be seen that derailment is started at 1.585 seconds, and in FIG. 26, all the derailment conditions of the climb-up state are satisfied.

또한, 도 27은 CASE 4의 클라임/롤 오버 조건에 해당하는 탈선이론 예측결과를 나타낸 것이고, 도 28은 case 4의 롤 오버-C 조건에 해당하는 탈선이론 예측결과를 나타낸 것으로, 클라임/롤 오버 상태에 해당하는 탈선조건과 롤 오버-C 조건에 해당하는 탈선이론이 모두 만족하지 않음을 확인할 수 있다.In addition, FIG. 27 illustrates the derailment theory prediction result corresponding to the climb / rollover condition of CASE 4, and FIG. 28 illustrates the derailment theory prediction result corresponding to the rollover-C condition of case 4. It can be seen that both the derailment conditions corresponding to the rollover state and the derailment theory corresponding to the rollover-C condition are not satisfied.

한편, 도 29는 CASE 4의 동역학 시뮬레이션 결과를 나타낸 것으로, 1.606초부터 클라임 업 상태에 해당되는 탈선거동이 나타남을 확인할 수 있다.On the other hand, Figure 29 shows the dynamics simulation results of CASE 4, it can be seen that the derailment behavior corresponding to the climb-up state from 1.606 seconds.

또한, 도 30은 CASE 4의 동역학 시뮬레이션에 의한 마찰력 해석결과를 나타낸 것으로, 탈선 초기의 마찰력 방향이 타고오름에 의한 탈선 유형임을 확인할 수 있다.In addition, Figure 30 shows the friction force analysis results by the dynamic simulation of CASE 4, it can be confirmed that the direction of the friction force in the initial stage of the derailment is a derailment type due to the ride.

또한, 도 31은 CASE 4의 동역학 시뮬레이션을 통한 탈선거동을 나타낸 것으로, 도 4에 나타낸 클라임 업 상태의 탈선거동을 보이므로 이론식에서 예측한 결과와 동일함을 확인할 수 있다.In addition, Figure 31 shows the derailment behavior through the dynamics simulation of CASE 4, it can be seen that the derailment behavior of the climb-up state shown in Figure 4 is the same as the result predicted in the theoretical formula.

한편, 도시하지는 않았으나, 본 발명에 따른 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법은 일체차륜 및 독립차륜 모두를 대상으로 적용할 수 있다.On the other hand, although not shown, the derailment prediction method of the wheel using the external force acting on the axle according to the present invention can be applied to both the integral wheel and the independent wheel.

따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법에 의하면, 철도차량의 비정상 동적거동시 차체 및 대차에 의해 현가장치(30)로부터 차축에 전달되는 외력을 측정하고, 단순화된 윤축 모델을 이용하여 측정된 외력으로부터 열차의 비정상 동적거동이 발생했을 경우 차륜(12)의 탈선거동을 예측할 수 있도록 함으로써 탈선사고를 미연에 예방하고, 열차의 주행안정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 철도차량의 비정상 동적거동에 의해 발생할 수 있는 탈선거동의 유형을 세분화하고, 실제 주행중인 차량에서 비정상 동적 거동시 발생하는 외력으로부터 탈선거동의 유형을 구체적으로 예측할 수 있도록 함으로써 운행구간의 레일(20) 상태 등의 자료를 확보할 수 있도록 함과 동시에 확보된 자료를 토대로 유지보수를 용이하게 할 수 있도록 하는 등의 다양한 장점을 갖는다.
Therefore, according to the derailment prediction method of the wheel using the external force acting on the axle according to the present invention as described above, the external force transmitted from the suspension device 30 to the axle by the vehicle body and the bogie at the time of abnormal dynamic behavior of the railway vehicle is measured. The derailment behavior of the wheel 12 can be predicted when abnormal dynamic behavior of the train is generated from the measured external force by using a simplified wheelset model, and the driving stability of the train can be improved. In addition, it is possible to subdivide the types of derailment behavior that can be caused by the abnormal dynamic behavior of railway vehicles, and to specifically predict the type of derailment behavior from the external force generated during the abnormal dynamic behavior of a running vehicle. At the same time, it is possible to secure data such as the state of the rail (20). It has various advantages, such as to facilitate maintenance.

전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 차축에 작용하는 외력을 측정하여 연산된 탈선계수 또는 탈선거동으로부터 주행중인 열차에서 운전자가 탈선 가능성을 모니터링 하거나 이를 열차 제동장치 등의 전기 제어장치 등에 응용하여 적용할 수 있는 등 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
The above embodiments have been described with respect to the most preferred embodiment of the present invention, but are not limited to the above embodiments, and the possibility of the driver derailing in the train running from the derailment coefficient or the derailment behavior calculated by measuring the external force acting on the axle. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention, such as monitoring or application to electric control devices such as train brakes.

본 발명은 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차체 및 대차에 의해 현가장치로부터 차축에 전달되는 외력을 측정하고, 측정된 외력으로부터 열차의 주행중 비정상 동적거동이 발생한 경우 차륜의 탈선거동을 예측할 수 있도록 하는 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for predicting the derailment of a wheel using an external force acting on the axle, and more particularly, to measure the external force transmitted from the suspension device to the axle by the vehicle body and the bogie, and from the measured external force, abnormal dynamic behavior during driving of the train. In this case, the present invention relates to a method for predicting the derailment of a wheel using an external force acting on the axle to predict the derailment behavior of the wheel.

S10 : 유형 분류 단계 S20 : 외력 측정 단계
S30 : 탈선거동 예측단계 10 : 윤축
12 : 차륜 12a : 좌측 차륜
12b : 우측 차륜 12c : 플랜지
14 : 차축 20 : 레일
30 : 현가장치 32 : 댐퍼
4 : 스프링 40 : 스트레인 게이지S10: Type classification step S20: External force measurement step
S30: derailment behavior prediction step 10: wheelset
12: wheel 12a: left wheel
12b: right wheel 12c: flange
14 axle 20 rail
30: suspension 32: damper
4: spring 40: strain gauge

Claims (12)

차륜과 레일의 상대적 위치에 따른 탈선거동의 유형을 분류하는 유형 분류 단계와,
열차의 주행 중 차축에 전달되는 외력을 측정하는 외력 측정 단계 및
측정된 외력을 바탕으로 한 연산 결과에 따라 탈선계수를 계산하고 탈선거동의 유형을 예측하는 탈선거동 예측단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법.
A type classification step of classifying the type of derailment behavior according to the wheel and rail relative positions;
An external force measuring step of measuring an external force transmitted to the axle while the train is traveling, and
A derailment prediction method of a wheel using an external force acting on an axle, comprising a derailment behavior estimating step of calculating a derailment coefficient and predicting a type of derailment behavior according to a calculated result based on the measured external force.
제 1항에 있어서,
상기 유형 분류 단계에서 분류되는 탈선거동의 유형은 타고오름 정상상태, 클라임 업 상태, 클라임/롤 오버 상태 및 롤 오버-C 상태를 포함하여 이루어지는 타고오름 탈선과,
미끄러져 오름 정상상태, 슬립 업 상태, 슬립/롤 오버 상태 및 롤 오버-L 상태를 포함하여 이루어지는 미끄러져 오름 탈선을 포함하는 것을 특징으로 하는 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법.
The method of claim 1,
The types of derailment behaviors classified in the type classification step include a ride derailment including a ride up steady state, a climb up state, a climb / roll over state and a roll over-C state;
A method for predicting derailment of a wheel using an external force acting on an axle, comprising a slipping derailment comprising a slipping steady state, a slip up state, a slip / rollover state, and a roll over-L state.
제 1항에 있어서,
상기 외력 측정 단계에서는 현가장치에 스트레인게이지를 부착하여 하중을 측정하거나, 레이저 센서에 의해 측정되는 차륜과 대차프레임의 상대거리를 이용하여 하중을 측정하거나, 광섬유 센서를 이용하여 하중을 측정하는 것을 특징으로 하는 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법.
The method of claim 1,
In the external force measuring step, a strain gauge is attached to a suspension device to measure a load, a load is measured using a relative distance between a wheel and a bogie frame measured by a laser sensor, or a load is measured using an optical fiber sensor. Wheel derailment prediction method using an external force acting on the axle.
제 2항에 있어서,
상기 탈선거동 예측단계에서는 외력 측정 단계에서 측정된 차축의 외력에 의한 연산이,
Figure pat00256

Figure pat00257
및
Figure pat00258
(여기서,
Figure pat00259
)을 만족하고,
Figure pat00260
및
Figure pat00261
의 두 가지 조건에 따라,
각각
Figure pat00262
및
Figure pat00263
를 만족하는 경우 타고오름 탈선의 정상상태로 예측하는 것을 특징으로 하는 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법.
(이때,
Figure pat00264
은 좌측 차륜에 작용하는 차륜과 레일 사이의 접촉력,
Figure pat00265
은 우측 차륜에 작용하는 차륜과 레일 사이의 접촉력,
Figure pat00266
는 레일과 차륜 플랜지 사이의 접촉 부분에서의 접촉력이고,
Figure pat00267
는 마찰계수이며,
Figure pat00268
는 차륜의 플랜지 여각이며,
Figure pat00269
는 차축에 작용하는 수평하중이고,
Figure pat00270
은 차축의 좌측 단부에 작용하는 수직하중이며,
Figure pat00271
은 차축의 우측 단부에 작용하는 수직하중이고,
Figure pat00272
는 레일 상단부와 차축 사이의 수직거리이며,
Figure pat00273
는 레일과 차축 단부 사이의 수평거리이고,
Figure pat00274
는 레일 사이의 수평거리임.)
The method of claim 2,
In the derailment behavior prediction step, the calculation by the external force of the axle measured in the external force measurement step,
Figure pat00256

Figure pat00257
And
Figure pat00258
(here,
Figure pat00259
),
Figure pat00260
And
Figure pat00261
Under two conditions,
each
Figure pat00262
And
Figure pat00263
If it satisfies the derailment prediction method of the wheel using the external force acting on the axle, characterized in that predicted as the steady state of the riding derailment.
(At this time,
Figure pat00264
Is the contact force between the wheel and the rail acting on the left wheel,
Figure pat00265
Is the contact force between the wheel and the rail acting on the right wheel,
Figure pat00266
Is the contact force at the contact portion between the rail and the wheel flange,
Figure pat00267
Is the coefficient of friction,
Figure pat00268
Is the flange angle of the wheel
Figure pat00269
Is the horizontal load acting on the axle,
Figure pat00270
Is the vertical load acting on the left end of the axle,
Figure pat00271
Is the vertical load acting on the right end of the axle,
Figure pat00272
Is the vertical distance between the rail top and the axle,
Figure pat00273
Is the horizontal distance between the rail and the axle end,
Figure pat00274
Is the horizontal distance between the rails.)
제 2항에 있어서,
상기 탈선거동 예측단계에서는 외력 측정 단계에서 측정된 차축의 외력에 의한 연산이,
Figure pat00275
(여기서,
Figure pat00276
Figure pat00277
,
Figure pat00278
)
Figure pat00279
및
Figure pat00280
를 만족하는 경우 타고오름 탈선의 클라임 업 상태로 예측하는 것을 특징으로 하는 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법.
(이때,
Figure pat00281
은 차륜의 플랜지각 방향의 변위,
Figure pat00282
은 플랜지와 레일의 접촉점에서 플랜지각 방향으로 발생하는 가속도,
Figure pat00283
는 윤축의 무게중심에 대한 관성모멘트,
Figure pat00284
은 윤축의 질량임.)
The method of claim 2,
In the derailment behavior prediction step, the calculation by the external force of the axle measured in the external force measurement step,
Figure pat00275
(here,
Figure pat00276
Figure pat00277
,
Figure pat00278
)
Figure pat00279
And
Figure pat00280
If it satisfies the derailment prediction method of the wheel using the external force acting on the axle, characterized in that predicted as the climb-up derailment climb.
(At this time,
Figure pat00281
Is the displacement in the angular direction of the flange of the wheel,
Figure pat00282
Is the acceleration in the angular direction of the flange at the point of contact between the flange and the rail,
Figure pat00283
Is the moment of inertia about the center of gravity of the wheelset,
Figure pat00284
Is the mass of the wheelset.)
제 2항에 있어서,
상기 탈선거동 예측단계에서는 외력 측정 단계에서 측정된 차축의 외력에 의한 연산이,
Figure pat00285
, (여기서,
Figure pat00286
Figure pat00287
),
Figure pat00288
및
Figure pat00289
(여기서,
Figure pat00290
)를 만족하는 경우 타고오름 탈선의 클라임/롤 오버 상태로 예측하는 것을 특징으로 하는 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법.
(이때,
Figure pat00291
는 윤축, 즉 차축의 회전각임.)
The method of claim 2,
In the derailment behavior prediction step, the calculation by the external force of the axle measured in the external force measurement step,
Figure pat00285
, (here,
Figure pat00286
Figure pat00287
),
Figure pat00288
And
Figure pat00289
(here,
Figure pat00290
) If it satisfies) derailment prediction method of the wheel using the external force acting on the axle, characterized in that it is predicted as a climb / rollover state of the derailment.
(At this time,
Figure pat00291
Is the rotational angle of the wheelset, ie the axle.)
제 2항에 있어서,
상기 탈선거동 예측단계에서는 외력 측정 단계에서 측정된 차축의 외력에 의한 연산이,
Figure pat00292
, (여기서,
Figure pat00293
,
Figure pat00294
)
Figure pat00295
및
Figure pat00296
를 만족하는 경우 타고오름 탈선의 롤 오버-C 상태로 예측하는 것을 특징으로 하는 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법.
The method of claim 2,
In the derailment behavior prediction step, the calculation by the external force of the axle measured in the external force measurement step,
Figure pat00292
, (here,
Figure pat00293
,
Figure pat00294
)
Figure pat00295
And
Figure pat00296
If it satisfies the derailment prediction method of the wheel using the external force acting on the axle, characterized in that predicted in the roll over-C state of derailment.
제 2항에 있어서,
상기 탈선거동 예측단계에서는 외력 측정 단계에서 측정된 차축의 외력에 의한 연산이,
Figure pat00297
,
Figure pat00298
및
Figure pat00299
(여기서,
Figure pat00300
)를 만족하고,
Figure pat00301
및
Figure pat00302
의 두 가지 조건에 따라,
각각
Figure pat00303
및
Figure pat00304
를 만족하는 경우 미끄러져 오름 탈선의 정상상태로 예측하는 것을 특징으로 하는 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법.
The method of claim 2,
In the derailment behavior prediction step, the calculation by the external force of the axle measured in the external force measurement step,
Figure pat00297
,
Figure pat00298
And
Figure pat00299
(here,
Figure pat00300
),
Figure pat00301
And
Figure pat00302
Under two conditions,
each
Figure pat00303
And
Figure pat00304
If it satisfies the derailment prediction method of the wheel using the external force acting on the axle, characterized in that the prediction of the steady state of the sliding derailment.
제 2항에 있어서,
상기 탈선거동 예측단계에서는 외력 측정 단계에서 측정된 차축의 외력에 의한 연산이,
Figure pat00305
, (여기서,
Figure pat00306
,
Figure pat00307
,
Figure pat00308
)
Figure pat00309
및
Figure pat00310
를 만족하는 경우 미끄러져 오름 탈선의 슬립 업 상태로 예측하는 것을 특징으로 하는 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법.
The method of claim 2,
In the derailment behavior prediction step, the calculation by the external force of the axle measured in the external force measurement step,
Figure pat00305
, (here,
Figure pat00306
,
Figure pat00307
,
Figure pat00308
)
Figure pat00309
And
Figure pat00310
If it satisfies the deviation of the slip-up derailment prediction method of the wheel derailment using the external force acting on the axle, characterized in that the prediction.
제 2항에 있어서,
상기 탈선거동 예측단계에서는 외력 측정 단계에서 측정된 차축의 외력에 의한 연산이,
Figure pat00311
, (여기서,
Figure pat00312
,
Figure pat00313
,
Figure pat00314
,
Figure pat00315
),
Figure pat00316
및
Figure pat00317
(여기서, )를 만족하는 경우 미끄러져 오름 탈선의 슬립/롤 오버 상태로 예측하는 것을 특징으로 하는 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법.
The method of claim 2,
In the derailment behavior prediction step, the calculation by the external force of the axle measured in the external force measurement step,
Figure pat00311
, (here,
Figure pat00312
,
Figure pat00313
,
Figure pat00314
,
Figure pat00315
),
Figure pat00316
And
Figure pat00317
(here, ) Is predicted in the slip / roll over state of the slipping derailment when satisfied)) derailment prediction method of the wheel using the external force acting on the axle.
제 2항에 있어서,
상기 탈선거동 예측단계에서는 외력 측정 단계에서 측정된 차축의 외력에 의한 연산이,
Figure pat00319
, (여기서,
Figure pat00320
,
Figure pat00321
),
Figure pat00322
및
Figure pat00323
(여기서,
Figure pat00324
) 를 만족하는 경우 미끄러져 오름 탈선의 롤 오버-L 상태로 예측하는 것을 특징으로 하는 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법.
The method of claim 2,
In the derailment behavior prediction step, the calculation by the external force of the axle measured in the external force measurement step,
Figure pat00319
, (here,
Figure pat00320
,
Figure pat00321
),
Figure pat00322
And
Figure pat00323
(here,
Figure pat00324
) Is predicted as a roll-over-L state of the slipping derailment when satisfying the derailment of the wheel using an external force acting on the axle.
제 4항 또는 제 8항에 있어서,
상기 탈선거동 예측단계에서는 타고오름 탈선 또는 미끄러져오름 탈선의 정상상태에서
Figure pat00325
인 경우 측정된 차축의 외력
Figure pat00326
로부터 구해진
Figure pat00327
를 이용하여 횡압과 윤중의 비율인 탈선계수를 예측하는 것을 특징으로 하는 차축에 작용하는 외력을 이용한 차륜의 탈선 예측방법.

The method according to claim 4 or 8,
In the derailment behavior prediction step, in the normal state of riding derailment or slipping derailment
Figure pat00325
The external force of the measured axle
Figure pat00326
Obtained from
Figure pat00327
A derailment prediction method of a wheel using an external force acting on the axle, characterized in that for estimating the derailment coefficient which is the ratio of the lateral pressure and the wheelset by using a.

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