22년 05월 19일 - 운전이론, 마찰, 견인, 저항, 제동 (미완)

운전이론

운전이론이 운전관련 분야에만 적용되는 것이 아니라 차량의 설계, 제작, 선로, 신호, 전기시설물의 부설에도 중요한 이론으로서 적용

운전이론의 1단계

  • 동력차의 견인력, 열차저항, 제동력에 관한 이론

운전이론의 2단계

  • 운전계획에 관한 이론과 동력차 조종실무에 관한 이론

최소 운전시격 및 표준운전시분 검토

  • 열차의 운전은 안전을 위하여 열차상호간 일정한 시간 간격을 유지

마찰력

정지 마찰계수 > 미끄럼 마찰계수 > 회전 마찰계수

마찰력의 크기

\[F=\mu N=\mu mg\]

F - 마찰력 μ - 마찰계수 N - 수직항력

마찰계수의 실험식 (美, 윗헬드 식)

\[\mu =C\times {1+0.01V\over 1+0.05V}\]

μ - 마찰계수 C - 천후상수 V - 열차속도 [km/h]

천후상수 값 C
쾌청시 0.42
보통시 0.32
우천시 0.30

활주방지를 위한 제동력 조절방법

  • 응하중 제어장치에 의해 만차, 공차 조건에 따른 수직하중 변화에 따라 제동압력을 자동으로 조절
  • 차륜활주방지장치로 차륜의 슬립유무를 판단하여 슬립이 발생한 차축에 대해서 제동압을 조절 (안티스키드 장치)

살사 및 오염제거

  • 모래를 레일위에 뿌리는 것은 효과적으로 점착계수를 증가
  • 차륜에 연마자를 설치하여 차륜에 있는 오염물질을 제거하며, 연마입자로 인하여 점착계수를 증가
  • 레일 표면위에 SYTON이란 액체를 뿌리지만 오일에는 효과적이지 않음
  • NaOH(수산화나트륨)용액을 뿌려주면 오일에 대하여도 효과적인 첨가제
  • 레일면에 열풍을 불어 레일을 건조시킴으로써 점착계수를 증가
  • 구동 차륜 앞에 스파크 방전을 할수 있는 전극을 설치하여 레일위의 오염 물질을 휘발시킴으로서 점착계수를 증가

차륜과 제륜자의 재질 (미완)

  • 차륜은 강, 제륜자는 철로서 만들어 제륜자의 마모를 많게 함으로서 차륜의 수명을 길게 하고 있으나 마찰계수는 적음

견인력

F(동륜과 레일면의 마찰력) > Td (동륜주견인력) > R (열차저항)

\[F>Td>R\]

F - 동륜과 레일면의 마찰력 Td - 동륜주견인력 [kg] R - 열차저항

※ Td > F 일경우 눈길 및 빗길 상황처럼 차량의 바퀴가 헛 돌수 있다.

제동력

\[B=P\times f　\rm[kg]\]

B - 제동력 [kg] P - 제륜자 압력 f - 마찰계수

점착력

\[F=\mu\times W　\rm[ton]\]

F - 점착력 [ton] μ - 점착계수 W- 동륜상 중량

※ B(제동력) ≤ F(점착력)

일의 크기(일의 량)

\[W = F\times S　\rm[kg·m]\] \[W = P\times t　\rm[J]=\rm[W·sec]\] \[P={F\times S\over t}　\rm[kg·m/s]\] \[P=E\times I\times \eta　\rm[W]\]

W - 일의 크기(일의 량) F - 힘의 방향 S - 이동한 거리

P - 출력(와트) t - 시간(초)

P - 출력(와트) E - 전기자 전력 I - 전기자 전류 η - 효율 (0.98~1)

v - 가속도

일의 량의 단위환산

\[W={F\times v\over t}={\rm Ti\times \it v\over 3.6}　\rm[kg·m/s]\] \[W={F\times v\over t\times \rm Td}={\rm Ti\times \it v\over 3.6}\times \cfrac{1}{75}={\rm Ti\times \it v\over 270}　\rm [PS]\] \[W={F\times v\over t\times \rm Td}\times \rm P(마력)={\rm Ti\times \it v\over 3.6}\times \cfrac{1}{75}\times 735={\rm Ti\times \it v\over 270}\times 735　\rm [W]\] \[1\rm [HP]=76\rm [kg·m/s]　1\rm [PS]=75\rm [kg·m/s]\]

1[HP] = 영국마력(영마력) = 0.746[kW] = 746[W]

1[PS] = 미국마력(불마력) = 0.735[kW] = 735[W]

줄의 법칙(열량)

\[H = 0.24 \times W　\rm[cal]\] \[H = 0.24 \times 3600\fallingdotseq860　\rm[cal]\] \[H = 0.24 \times 3.6\times 10^6\fallingdotseq860　\rm[kcal]\]

작용하는 장소에 따른 분류

지시견인력(Ti)

\[Td = {270P\over V}\]

P - 불마력 [PS] Td - 동륜주견인력 [kg] V - 열차속도 [km/h]

특성견인력

  • 동력차의 견인력은 디젤기관차는 기관 및 견인전동기의 특성, 전기기관차 및 전동차는 견인전동기의 특성, 디젤동차는 기관 및 변속기의 특성에 따른 제한을 받으며, 이와 같은 제한을 받는 견인특성

점착계수

  • 디젤전기기관차
\[\mu= 0.265\times{1+0.114V\over 1+0.150V}\]
  • 전기기관차
\[\mu= 0.326\times{1+0.279V\over 1+0.367V}\]
  • 디젤동차
\[\mu= 0.285\times{1+0.114V\over 1+0.150V}\]
  • 전기동차
\[\mu= 0.245\times{1+0.005V\over 1+0.100V}\]
궤도 상태 일반적인 경우 모래를 뿌린 경우
건조하고 맑은 경우 0.25 ~ 0.30 0.35 ~ 0.40
습한 경우 0.18 ~ 0.20 0.22 ~ 0.25
서리가 내린 경우 0.15 ~ 0.18 0.20 ~ 0.22
기름기가 있는 경우 0.10 0.15
낙엽이 있는 경우 0.08 -

견인정수

  • 운전기준에 의한 동력차의 안전한 최대견인력이다. 각종의 기관차가 각종 구배를 포함하여 본선에서 각 구간에 정해진 소정 열차속도 종별에 따라 소정 시분으로 안 전하게 견인하고 이상적인 운전을 할 수 있는 열차중량의 최대 환산량수

  • 동력차의 견인정수는 동력차가 발휘하는 견인력과 열차저항을 기초로 산출하고 단 위는 차중률로 표시

  • 환산중량 Wg = 차량중량(차중률) / 기준중량 Wg

철도차량공학1 - 네번째 과제

철도차량공학 - 우송정보대학

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