cako250 곡선당김금구

cako250 곡선당김금구

1. 곡선당김금구

곡선당김금구의 역할은 팬터그래프의 집전판이 균일하게 마모되도록 하기 위하여 전차선에 적정한 편위를 주기 위함이다. 우리의 경우나 일본의 경우에는 스토퍼(stopper)를 설치하여 곡선당김금구가 최대로 압상하여도 진동방지파이프와 곡선당김금구가 접촉하지 않도록 스토퍼를 설치하여 전차선의 압상을 제한하고 있다. 한편, 경부고속철도 및 프랑스의 경우는 스토퍼를 설치하지 않고, 충분한 여유의 압상량을 두어 진동방지파이프와의 접촉을 피하고 있다.

1) 곡선당김금구 형상

현재 기존선에 사용하는 곡선당김금구의 최대 압상량은 100mm이고, 경부고속철도에 사용하고 있는 곡선당김금구의 최대 허용압상량은 200mm이다. 곡선당김금구의 압상량의 경우, 앞 장의 시뮬레이션 결과 및 UIC 799에서 제시한 사양을 고려하여 환경 조건을 배제한 팬터그래프의 최대 허용압상량을 130mm까지 허용하고 최대 압상량을 200mm를 확보할 수 있도록 고려. 그리고, 팬터그래프가 최대 200mm까지 압상 하여도 곡선당김금구와 간섭이 없도록 형상을 설계.

                      곡선당김금구 간섭(A00A19, 캔트>66mm 참조)

경부고속철도 형상 및 게이지 적용

따라서, 곡선당김금구가 200mm 압상시 Structure gauge를 고려하여 간섭이 일어나지 않도록 곡선당김금구의 형상을 변경.  전차선과 암지지금구간 직선거리를 기존 에 900mm에서 950mm로 늘리고, 전차선과 암지지금구간의 수직거리를 189mm로 상 향 조정하여 설치. 다음 그림은 개발 곡선당김금구를 gauge에 적용한 그림이다. 200mm 압상하였을 때 문제가 없음을 알 수 있다.

                            개발 곡선당김금구 게이지 적용결과

   

2. 곡선당김금구 구조 설계 및 해석

길이가 늘어남에 따라 곡선당김금구의 파이프에 대한 안전성을 확보하기 위하여 상용 유한요소해석 툴인 ANSYS 11.0을 이용하여 응력 해석을 수행. 해석시 빔요소 (beam element)를 이용하여 모델링 하였고, 하중조건 및 구속 조건은 아래와 같다.

(1) 하중조건 : 전차선 위치에서 300N의 힘을 암지지금구와 평행하게 작용. 한국철도표준규격의 인장 내하중 조건을 참조하여 기존의 곡선당김금구와 동일한 조건에서 동일한 하중을 가하였을 때 기존 곡선당김금구의 최대응력 이하의 응력을 갖는직경 선택.(“한국철도표준규격 곡선당김금구 KRS PW 0311-06(2006. 5)”의 “인장 내하중조건” 에서 곡선당김금구 파이프 지지 고리를 구속하고 전차선에 300kg의 하중을 가하였을 때 영구변형이 없어야 한다라고 규정함)  

(2) 구속 조건은 파이프 지지고리에서 변위는 구속하고, 회전은 허용.  

기존의 곡선당김금구의 경우 파이프 중간부위에서 약 257MPa 정도의 최대 응력이 작용. 제안한 형상에 기존의 곡선당김금구 파이프(φ=27, t=4.5)를 사용하였을 때 최대 약271MPa 정도의 응력이 작용. 따라서, 파이프의 무게를 줄이면서 강도를 높게 하게 하기 위하여 파이프의 지름 (φ)을 35mm로 올리고 두께(t)를 3mm로 고려하여 응력해석을 수행한 결과,  최대 약 203MPa 정도의 응력이 작용하였다. 따라서, 기존의 곡선당김금구와 비교하여 개발 곡선당김금구의 파이프가 강도 측면에서 더 유리하게 설계.  

곡선당김금구의 무게를 줄이기 위하여 기존의 회전클립, 압착부 및 접속부에 대한 설계를 변경. 경부고속철도에 사용하고 있는 곡선당김금구의 회전클립 및 접속부를 기초로 형상을 설계하여 제작. 또한, 전차선이 상하좌우로 이동할 수 있도록 곡선당김금구와 암지지금구간의 취부를 설계. 무게는 기존의 곡선당김금구가 1610g인데 비해 개발된 곡선당김금구는 1430g으로 약 200g 경량화.  

 

 

3.  공인 기관 시험

 

제작된 곡선당김금구에 대하여 공인 기관(한국철도기술연구원 시험인증센터)에 다음과 같이 한국철도표준규격 "KRS PW 0311-06 곡선당김금구"에 따른 기계적 성능시험을 의뢰하여 수행, 시험 결과에서 보는 바와 같이 기계적 안전성에 대하여 성능이 보장됨을 확인.

곡선당김금구 성능시험

 

항목	하중점	시험기준	시험결과
인장하중	전차선과 곡선당김금구의 선단 구멍간	2,942N에서 3분간 유지후 이상유무	이상없음
압축내하중	전차선과 곡선당김금구의 선단 구멍간	1,961N에서 3분간 유지 후 이상유무	이상없음
이어의 비틀림 내하중		49Nm에서 3분간 유지후 이상유무	이상없음
이어의 미끌림 내하중		981N에서 3분간 유지후 이상유무	이상없음
내진동 시험		2×106회 이상에서 이상유무	이상없음

인장하중, 압축내하중, 이어의 비틀림 내하중 및 미끌림 내하중 시험을 수행하여 이상이 없었다. 그리고, 사용상태와 동일하게 횡하중이 작용하고 있는 상태로 가진기 옆에 곡선당김금구를 설치하고 진폭 +20㎜ - 0㎜, 3Hz의 진동수로 2×106회 이상의 내진동 시험을 수행한 후 인장 내하중, 압축 내하중 및 미끌림 내하중 시험을 수행한 결과도 이상이 없었다.