Abstract
A scaled version of a roller rig is developed to demonstrate the dynamic characteristics of a railway vehicle for academic purposes. This rig is designed based on Jaschinski's similarity law. It is scaled to 1/10 of actual size and allows 9-DOF motion to examine the up and down vibration of a train set. The test rig consists of three sub-hardware components: (i) a driving roller mechanism with a three-phase AC motor and an inverter, (ii) a bogie structure with first and second suspensions, and (iii) the vehicle body. The motor of the rig is capable of 3,600rpm, allowing the test to simulate a vehicle up to a maximum speed of 400Km/hr. Because bearings and joints are properly connected to the sub-structures, various motion analyses, such as a lateral, pitching, and yawing motion, are allowed. The slip motion between the rail and the wheel set is also monitored by several sensors mounted in the rig. After the construction of the hardware, an experiment is conducted to obtain the natural frequencies of the dynamic behavior of the specimen. First, the test rig is run and data are collected from six sets of accelerometers. Then, a numerical analysis of the model based on the ADAMS program is derived. Finally, the measurement data of the first three fundamental frequencies are compared to the analytical result and the validation of the test rig is conducted. The results show that the developed roller rig provides good accuracy in simulating the dynamic behavior of the vehicle motion. Although the roller rig designed in this paper is intended for academia, it can easily be implemented as part of a dynamic experiment of a bogie and a vehicle body for a high-speed train as part of the research efforts in this area.
철도차량의 실차 규모 동특성시험은 설비 구축, 대차의 제작 및 시험 조건의 설정등과 관련하여 비용, 시간 등의 증대로 많은 어려움이 따른다. 본 연구에서는 실험실 환경에서 차량 진동문제와 안전성을 평가하기 위한 목적으로 축소모델을 제작하고, 개발된 축소모델이 해당 철도차량의 동특성을 정밀하게 모사하는지를 검증하는 평가방법에 대한 연구를 수행하였다. 축소이론은 Jaschinski 상사기법의 이론을 적용하였으며, 1/10 축소모델을 구축하였다. 본 연구에서는 축소 대차의 상하 진동에 초점을 맞혀 시스템을 제작하였다. 시스템은 구동부, 보기, 대차 등 3개의 하부구조로 구성되었으며, 실제 차량으로 환산 시 400km/hr까지 실험가능 하도록 목표로 하였다. 축소 대차의 설계 및 제작과 함께, 동역학해석 프로그램인 ADAMS/View를 이용하여 고유치 해석을 수행하였다. 전산해석으로 도출된 고유진동수는 실험결과와 비교 분석되었다. 시스템이 가지고 있는 초기 5개의 자유도에 상응한 고유진동수를 비교한 결과, 개발된 상사 이론에 따른 축소모형은 충분한 신뢰성을 확보한 것으로 검증되었다. 본 연구에서 개발된 축소모델은 대학실험실에서 차량진동모드를 모사하는 용도로 기획되었으나, 추후 자유도의 추가보완을 통해 고속철도 차량의 대차와 보기구조 동특성 해석에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.