2015 년도 한국철도학회 춘계학술대회 논문집 KSR2015S068

궤도검측차(EM-30) 거리오차 최소화를 위한 연구

A Study on the Minimization of Distance Error for the Track Recording Car(EM-30) 여경철*, 김대중*†, 배창섭*, 김만화*

Kyung-Chul Yeo*, Dae-Jung Kim*†, Chang-Sup Bae* , Man-Hwa Kim*

Abstract Seoul Metropolitan Rapid Transit corporation(SMRTc), which operates Seoul subway line No. 5, 6, 7, 8, is using the Track Recording Car(EM-30) to inspect track facilities. It has been operated by the contact method to measure Gauge, Cant, Alignment and Surface since EM-30 was introduced in 1995, and additionally equipped with Rail Wear Measuring System(the non-contact method) since 2005. The distance is calculated from the number of revolutions of the encoder wheel, and the cumulative distance information indicates the position of the track irregularities. However, quite a big distance error between the location EM-30 indicates and the actual location to fix occurs so frequently that the staff has difficulties inspecting and maintaining the track on the spot. As regards to this, SMRT has been making a big improvement to maintain track facilities by minimizing distance error through developing the shapes of the encoder wheel, which is accompanied with analyzing distance error status, the features of EM-30, and the correlation between partial side wear and the encoder wheel. Keywords : Track Recording Car, Reliability, Distance Error, Encoder, Partial Side Wear 초 록 서울지하철 5,6,7,8호선을 운영하고 있는 서울도시철도공사의 궤도검측차(EM-30)는 1995년도에 도입되어 궤간, 수평, 면, 줄틀림 및 레일의 마모 상태를 검측하고 있으며, 거리 산정은 엔코더(encoder)가 부착된 검측차륜의 회전수에 따라 계산되며, 이 거리로 궤도틀림위치를 지적 표시하는 방식이다. 그러나 검측차의 지적위치와 현장보수 실제 위치간의 거리오차 발생이 상당하여 현장직원의 궤도틀림위치 확인 및 보수가 적기에 어려운 실정이다. 이에 서울도시철도공사는 거리오차 발생현황, 검측차 특성, 레일 편마모와 검측 차륜과의 상관관계 등을 분석하여 새로운 검측차륜 형상개발을 통한 거리오차 최소화로 궤도시설물 유지관리에 좋은 성과를 거두고 있다.

주요어 : 궤도검측차, 신뢰성, 거리오차, 엔코더, 편마모

1. 서 론

궤도검측차(EM-30; Plasser&Theurer社)는 선로의 궤간, 수평, 면, 줄 틀림 등의 궤도틀림과 레일의 마모상태를 검사하여, 선로 상태에 대한 정보를 제공하는 장비이다. 또한, 검측 데이 터는 보선 계획, 작업, 평가 및 분석 등 선로 유지보수 사이클의 모든 단계에서 기본이 되기 때문에 궤도 검측의 신뢰성 확보는 매우 중요하다.

† 교신저자: 서울도시철도공사 시설지원단 궤도장비부(1952017@smrt.co.kr)

* 서울도시철도공사 시설지원단 궤도장비부

서울도시철도공사에서는 궤도검측차를 ‘95년 도입하여, 서울 지하철 5, 6, 7, 8 호선의 선로 보수작업 및 선형분석 등에 사용하고 있다. 선로 개통 초기에는 거리오차 발생이 거의 없었으나, 검측 지적 위치와 현장 보수 위치가 일치하지 않는 거리오차가 점차적으로 증가하여, 궤도틀림 현장 확인이 곤란해지는 등 궤도유지보수 업무 부담이 가중되고 적기 보수가 어려워져, 이에 대한 원인을 분석하고 해결방안을 모색하여 현장에 적용하고자 한다.

2. 본 론

2.1. 서울도시철도 선로 현황

서울도시철도의 선로는 국내 최초로 전구간 콘크리트 도상으로 시공 되었으며, 1995년 11월 15일 5호선을 시작으로 단계적으로 6, 7, 8호선이 개통되어 2001년 3월 9일 완전 개통 되었다. 본선 궤도구조는 스테데프(STEDEF) 방식의 콘크리트 도상 침목 매립식으로, 트윈블럭(twin block) RC침목(tie-bar연결)과 침목 방진패드 및 방진상자로 구성된다. 도시철도의 특성상 곡선부가 많아, 전체 궤도연장 406km에서 곡선구간이 차지하는 비율은 약 30%이다(Table 1).

Table 1 Status of railroad track in SMRT

STEDEF Track

Line Track LengthCurved track

Opening Day Number Length (m)

Total 406,148 683 123,410

Line No. 5 142,468 216 45,909 ‘96.12.30

Line No. 6 84,608 166 31,011 ‘01.03.09

Line No. 7 128,456 212 31,602 ‘00.02.29

Line No. 8 50,616 89 14,888 ‘99.07.02

콘크리트 도상의 곡선부에서는 편마모 발생과 진행이 빨라, 서울도시철도공사에서는 레일마모 검측 데이터를 활용하여 레일의 마모 추이를 관리하고 있다

2.2 궤도검측차와 거리측정

궤도검측차(EM-30)는 오스트리아의 Plasser & Theurer사에서 제작한 궤도선형 검측 차량으로 다섯 개의 차축(axle)이 있으며, 이중 두 개는 차량 운행을 위한 주행용 차축이며, 나머지 3개는 검측용으로 양끝에 2개씩 총 6개의 검측휠(measuring wheel)이 장착되어 있다. 모든 검측휠들은 레일에 밀착될 수 있도록 수직방향으로는 검측휠의 자중과 1bar의 공압(Down Pressure)이 작용하고, 수평방향으로는 약 3bar의 공압(Side Pressure)이 가해진다. 검측차의 중앙 우측 검측휠에는 엔코더가 연결되어, 1M 주행에 2280개의 펄스신호를 발생

시켜 거리를 계산할 수 있도록 검측휠과 연동되어 장착되어 있다(Table 2).

Table 2 Technical specifications of Encoder

Track Recording Car(EM-30)

Encoder 1000 pulses/ revolution

Encoder (GEL291TX/1000Imp)

Wheel diameter 350.7mm

Wheel circumference 1101.82mm

Gear ratio 2.512195

1m distance 1000x2.512195/1101.82=2280pulses

2.3 궤도 검측 거리 오차

서울도시철도공사에서는 거리오차의 발생 원인을 찾기 위해 검측차의 주행속도, 엔코더 및 PCB등의 전자보드 오류, 검측 프로그램상의 문제, 레일마모 방지용 그리스 관련 검측휠의 슬립 등에 주안점을 두고 해결방안을 모색했으나, 오차의 발생이 동일구간 반복 검측에서도 불규칙적으로 출현하고, 오차의 크기 또한 편차가 심해, 원인 파악에 상당한 어려움이 있었다.

2.3.1 거리오차 발생 현황

Table 3은 2014년 1/4분기 서울도시철도 5호선 하선의 거리오차 현황을 나타낸다. KM 단위의 구간별로 1000m의 검측 데이터가 산출되었는지 조사하였으며, 1000m 미만인 경우 (+)부호로, 1000m 초과는 (–)부호로 거리오차를 표기하였다.

Table 3 Status of distance error in each section of KM (Line No. 5, down)

Section (km)

Distance Error(m)

Radius of Curvature

Side wear (Max.)

Section

(km) Distance Error(m)

Radius of Curvature

Side wear (Max.)

Section

(km) Distance Error(m)

Radius of Curvature

Side wear (Max.)

1~2 - 800 1.1 20~21 13 559 12.6 39~40 3 401 4.4

2~3 6 400 10.2 21~22 - 500 1.7 40~41 20 1002 7.4

3~4 37 296 11.1 22~23 - 534 6.5 41~42 35 998 13.3

4~5 - 401 3.9 23~24 - 800 13.8 42~43 - 1000 13.3

5~6 34 297 13.0 24~25 - 500 11.3 43~44 - 301 11.8

6~7 5 998 6.5 25~26 37 805 15.3 44~45 - 1202 3.3

7~8 4 397 4.6 26~27 - 409 15.1 45~46 29 296 11.6

8~9 - 496 3.5 27~28 26 992 13.4 46~47 37 401 11.6

9~10 - 301 3.6 28~29 44 279 16.4 47~48 1998 4.3

10~11 - 994 14.7 29~30 - 248 8.6 거여선

11~12 - 1200 6.5 30~31 - 399 6.4 0~1 53 299 12.6

12~13 23 311 9.5 31~32 - 404 6.2 1~2 998 6.5

13~14 - 497 2.4 32~33 - 1000 2.4 2~3 6 9.3

14~15 31 502 15.5 33~34 -10 998 13.2 3~4 -3 251 2.8

15~16 5 397 2.9 34~35 - 297 15.0 4~5 3 1002 1.2

16~17 - 1.7 35~36 17 299 15.0 5~6 401 1.5

17~18 - 397 4.0 36~37 5 600 10.2 6~7 301 8.1

18~19 - 452 3.4 37~38 - 1200 11.1

19~20 -3 2000 2.7 38~39 15 397 13.4 계 504

검측 작업중 선로 거리표와 검측차의 인식 위치를 비교하는 모니터링에서, 거리오차는 대부분 곡선부에서 발생되었고 실제 거리보다 짧게 측정되는 데이터의 손실이 관찰되었다.

2.3.2 레일 편마모와 검측휠의 상관관계

2.3.2.1 열차 차륜과 검측휠 프로파일

열차 차륜과 검측휠의 프로파일은 Table 4와 같다. Table 4 The cross section profile of the rolling stock and the measuring wheel

구분 Conic profile Arc profile Cylindrical profile

Line Line No. 5, 7, 8 Line No. 6 EM-30

Wheel Profile

Features ․ simple conic wheel profile ․ excellent trafficability on the

straight section

․ excellent trafficability on the curved section

․ short cycle of hunting

․ the right angle between wheel thread and the flange for the precise inspection

열차차륜은 주행성에 중점을 두고 차륜 답면구배가 있는 원추형(conic profile)또는 원호형(arc profile) 으로 설계되어 있으나, 검측휠은 검측의 정확성을 목적으로 후렌지(flange)가 레일 상면에서 직각으로 밀착될 수 있는 원통형(cylindrical profile)의 형상을 가지고 있다.

2.3.2.2 편마모와 검측휠의 접점(Contact point)

레일의 편마모(partial side wear; C0) 진행에 따라 기하학적인 관점에서 레일과 검측휠의 접점(contact point)이 어떻게 변화하는지 비교하였다(Fig. 1).

Tangent Section Curved Section

Note C0 : 0 mm C0 : 5 mm C0 : 10 mm C0 : 15mm

Rolling Stock Wheel

(25.4mm)

Measuring

Wheel

(28mm)

Fig. 1 The changes of the contact point as partial side wear advances

편마모 5mm 까지는 레일의 두부 측면에서 접점이 이루어지지만, 10mm 이상의 경우 편마모부로 부상하여 검측휠의 후렌지 하면에서 접점이 이루어짐을 알 수 있다.

Fig. 2는 검측차의 단면마모측정장치로 측정한 편마모 레일의 실제 프로파일이며, 현장 조사를 통하여 편마모(C0) 크기가 7mm 이상인 경우, 검측휠이 편마모에 올라타 레일과의 접점이 후렌지 하부에서 이루어짐을 관찰하였다.

C0 : 1mm C0 : 5mm C0 : 10mm C0 : 15mm

Fig. 2 The actual profile of side wear measured by EM-30

2.3.3 거리오차 발생 매커니즘

엔코더 검측휠은 크게 엔코더부, 검측휠, 가이드부로 나눌 수 있다(Fig. 3). 엔코더는 검측휠과 기어로 연결되어, 검측휠의 회전에 따라 펄스(Pulse)를 발생시키며, 가이드(후렌지)는 거리 측정의 정확성을 위하여 검측휠 본체와 분리된 형태로 구성되어 있다.

The structure of the encoder wheel The flow of encoder operation

Fig. 3 The structure and operation of the encoder wheel

가이드(후렌지부)와 분리된 검측휠이 레일상면과 밀착하여 구르면, 기어로 연결된 엔코더 축이 회전하게 되며, 이 회전으로 엔코더에서는 펄스가 발생되고, 발생한 펄스들은 검측 서버로 전송된다. 컴퓨터에서는 이 펄스의 수로 거리를 산정하여, 검측 데이터의 위치 정보에 사용한다. 그러나, 레일 편마모가 심한 구간에서는 가이드(후렌지)가 편마모에 올라탐(Ride up)으로 검

측휠이 레일 상면과 밀착하지 못해 정상적으로 회전하지 못하고, 이 과정에서 엔코더 펄스가 발생하지 못하면 거리오차가 발생하게 된다.

2.4 해결 방안 연구

2.4.1 검토

궤도검측차의 검측휠은 정확한 검측을 위하여 일정한 압력의 다운압력(Down pressure)과 사이드압력(side pressure)을 가하여 레일에 밀착시키는 접촉식 검측 방식이다.

Fig.4 그림에서와 같이 편마모의 프로파일에서 사이드 압력의 접선력(Tangential Force)은 검측휠을 상승시키는 방향으로 작용하며, 다운 압력의 접선력은 검측휠을 하강시키는 방향으로 작용한다. 이때, 검측휠과 편마모 레일간의 접점(Contact Point)이 어디인가에 따라 그 지점의 접선의 기울기가 정해지며, 그에 따라 검측휠이 레일과 밀착할 것인지 또는 부상할 것인지가 결정된다고 볼 수 있다.

Original wheel Review of size reduction

Fig. 4 The static analysis of the encoder measuring wheel when ascending and descending

그림 중앙의 기존 검측휠(Original wheel)은 후렌지 하부에서 접점이 이루어져, 접선의 기울기가 낮기 때문에, 기존의 다운압력으로는 휠의 상승을 억제할 수 없다. 따라서 공압 설정 범위 내에서 휠의 상승을 억제하고 레일과 밀착시키기 위해서는, 오른쪽 그림에서와 같이 검측휠 후렌지(measuring wheel flange)와 편마모 레일의 접선 기울기가 커질 수 있도록 접점을 이동시켜야 하며, 이는 검측휠의 후렌지를 축소시키는 리프로파일(Reprofile)로 가능할 것으로 검토되었다.

2.4.2 엔코더 검측 휠의 리프로파일(Reprofile)

편마모 구간 검측휠 부상 방지를 위한 리프로파일에서 먼저 궤간의 측정포인트를 고려하여, 레일 상면에서 하방 14mm 지점의 궤간(G point) 측정 포인트를 유지하면서, 후렌지 높이를 축소시키는 프로파일을 설계하였다(Fig. 5)

Fig. 5 Design of reprofiling that reduces the flange height from 28mm to 24mm

후렌지 높이를 28mm에서 24mm로 축소시킴으로 검측휠 본체가 레일 상면에 밀착되어 정상적으로 회전 가능하며, 기존 레일 상면에서 하방 14 ~ 18mm 사이로 형성되던 궤간 측정 포인트를 현장 인력 검측 궤간게이지와 동일한 하방 14mm로 고정시킬 수 있으며, 검측휠의 크기가 열차 차륜 프로파일보다 작아져 레일 측면에 퇴적되는 레일마모 방지용 구리스의 부상 문제도 부가적으로 해결 할 수 있을 것으로 기대 되었다.

2.5 현장 시험 운영 결과

리프로파일 검측휠은 2014년 3월말 가공 및 장착 되었으며, 시험운영은 2014년 3월23일부터 8월14일까지 서울도시철도공사 5,6,7,8호선 전구간에 걸쳐 시행되었다.

2.5.1 거리오차 감소 분석

(1) KM 구간별 거리오차 감소 비교 Table 5는 5호선 하선의 검측휠 리프로파일 이전과 이후의 거리오차 현황을 나타낸다. 리프로파일 이전은‘14년 1/4분기, 리프로파일 이후는‘14년 2/4분기 자료이다.

Table 5 The comparison of distance error in Line No.5 down (before and after reprofile)

▲Increase ▼ Decrease ( m)

Section (Km)

Distance Error(m) Variation

Section (Km)

Distance Error(m) Variation

Section (Km)

Distance Error(m) Variation

Before After Before After Before After

1~2 20~21 13 ▼13 39~40 3 ▼ 3 2~3 6 5 ▼ 1 21~22 40~41 20 2 ▼18 3~4 37 ▼37 22~23 41~42 35 ▼35 4~5 23~24 42~43 5~6 34 3 ▼31 24~25 43~44 6~7 5 ▼ 5 25~26 37 ▼37 44~45 7~8 4 ▼ 4 26~27 45~46 29 -3 ▼26 8~9 27~28 26 ▼26 46~47 37 ▼37 9~10 -1 ▲ 1 28~29 44 ▼44 47~48 10~11 29~30 거여선 11~12 30~31 0~1 53 ▼53 12~13 23 ▼23 31~32 1~2 13~14 32~33 -3 ▲ 3 2~3 6 ▼ 6 14~15 31 ▼31 33~34 -10 5 ▼ 5 3~4 -3 ▼ 3 15~16 5 ▼ 5 34~35 4~5 3 ▼ 3 16~17 35~36 17 ▼17 5~6 17~18 -3 ▲ 3 36~37 5 ▼ 5 6~7 18~19 37~38 19~20 -3 -4 ▲ 1 38~39 15 ▼15 계 504 29 ▼ 475

Before : 28mm of the flange height (G point 14~18) After : 24mm of the flange height (G point 14)

검측휠을 리프로파일 한 이후 거리오차는 전체적으로 감소(1~53m)하였으며, 5호선(하선) 전구간에서 보면 당초 504m 거리오차가 29m로 약 94.2% 감소한 것으로 나타났다.

(2) 호선별 거리오차 감소 다음은 서울도시철도공사 5,6,7,8호선 전 호선에 대한 거리오차 감소현황을 나타낸 것이다.

Table 6 The analysis of the amount of decreased distance error before and after reprofiling

Classification Line No. 5 Line No. 6 Line No. 7 Line No. 8

Up Down Up Down Up Down Up Down

Distance Error

Before(m) 348 504 9 29 170 160 129 157

After(m) 49 29 9 6 26 8 16 7

Analysis Decrease(m) ▼299 ▼475 - ▼23 ▼144 ▼152 ▼113 ▼150

Variation(%) ▼ 90.8% ▼ 60.5% ▼ 89.7% ▼ 97.2%

서울도시철도공사 전 호선에 있어서 거리오차가 Table 6과 같이 최대 97.2%로 현저하게 감소하는 것으로 나타났다.

(3) 분기별 거리오차 변화 추이 Table 7은 검측휠 리프로파일 이전(‘13년 1분기 ~‘14년 1분기)과 리프로파일 이후(‘14년 2분기)의 분기별 거리오차 변화량을 나타낸다.

Table 7 Quarterly variation of distance error in line No. 5 ~ 8

Line Measuring

Length (m)

Distance Error (m)

Note Before Reprofilingr After

‘13 1st quarter

‘13 2nd quarter

‘13 3rd quarter

‘13 4th quarter

‘14 1st quarter

‘14 2nd quarter

Line No. 5 109,776 539 659 624 864 852 78 Up + Down

Line No. 6 65,000 27 43 75 30 38 15 〞

Line No. 7 116,210 311 406 405 499 330 34 〞

Line No. 8 39,091 108 108 103 151 286 23 〞

Total 330,077 1034 1216 1207 1544 1506 150 〞

분기별 거리오차는 검측휠 리프로파일 이전에는 5호선의 경우 최소 539m에서 최대 864m로 나타났으나 리프로파일 이후에는 78m로 감소하였으며, 전 호선에 대한 거리오차 감소량은 최대 1544m에서 150m로 약 90.3%가 감소한 것으로 나타났다.

2.5.2 검측 데이터의 신뢰성(Reliability) 분석

검측데이터 신뢰성은 5호선 강서구간의‘14년 1분기부터 3분기까지 3회 연속 반복 지적된

편마모 발생부의 궤간 틀림 20개소(Table 8) 최대 틀림 수치와 해당 위치의 리프로파일 전/후 데이터 변화를 비교하여 검측값 재현성, 지적위치 정밀성을 분석하였다

Table 8 The comparison of maximum value of gauge and exception location (Line No. 5, Gangseo Section)

1st quarter (Before reprofiling) 2nd quarter (After reprofiling 1) 3rd quarter (After reprofiling 2)

No. TRK --FROM-- --TO-- LENGTH MAXIMUM EXCEPTION --FROM-- --TO-- LENGTH MAXIMUM EXCEPTION --FROM-- --TO-- LENGTH MAXIMUM EXCEPTIONKM M KM M M VALUE LOCATION KM M KM M M VALUE LOCATION KM M KM M M VALUE LOCATION

1 1 5, 593 5, 589 3 18.4 5, 591 5, 596 5, 593 3 18.2 5, 594 5, 598 5, 594 3 18.4 5, 595

2 1 5, 612 5, 610 1 16.2 5, 611 5, 616 5, 615 1 16 5, 615 5, 618 5, 616 1 16.2 5, 616

3 1 5, 622 5, 619 3 18.2 5, 620 5, 628 5, 624 4 18.2 5, 626 5, 630 5, 625 4 18.5 5, 627

4 1 5, 633 5, 625 8 18.4 5, 633 5, 641 5, 631 9 18.1 5, 640 5, 642 5, 633 9 18.4 5, 641

5 1 5, 649 5, 645 4 17 5, 646 5, 659 5, 654 5 16.5 5, 655 5, 661 5, 656 5 16.6 5, 657

6 1 5, 666 5, 653 12 19.3 5, 665 5, 678 5, 663 14 19.3 5, 676 5, 679 5, 665 14 19.4 5, 677

7 1 9, 655 9, 652 2 17 9, 653 9, 654 9, 652 2 17.2 9, 653 9, 653 9, 650 3 17.6 9, 651

8 1 9, 677 9, 659 17 19.2 9, 665 9, 676 9, 658 18 19.4 9, 665 9, 675 9, 656 19 19.8 9, 663

9 1 9, 685 9, 684 1 16.5 9, 685 9, 685 9, 683 2 16.7 9, 684 9, 687 9, 681 5 17.3 9, 683

10 1 9, 699 9, 695 4 17.8 9, 696 9, 698 9, 694 4 18.2 9, 696 9, 697 9, 692 5 18.8 9, 695

11 1 9, 727 9, 722 5 16.2 9, 722 9, 717 9, 715 1 15.9 9, 716

12 1 9, 731 9, 730 1 16.3 9, 731 9, 731 9, 721 10 16.6 9, 726 9, 730 9, 713 17 17.1 9, 725

13 1 9, 767 9, 763 4 17.5 9, 764 9, 767 9, 763 4 17.6 9, 764 9, 768 9, 761 6 18.1 9, 763

14 1 9, 793 9, 788 4 17.4 9, 791 9, 792 9, 788 4 17.8 9, 790 9, 792 9, 787 4 18.4 9, 789

15 2 5, 119 5, 120 1 16.7 5, 119 5, 121 5, 123 2 16.8 5, 122 5, 122 5, 125 2 17.4 5, 123

16 2 5, 286 5, 289 3 17.8 5, 287 5, 288 5, 292 3 18.1 5, 290 5, 290 5, 294 3 18.6 5, 292

17 2 5, 296 5, 299 3 18.4 5, 297 5, 298 5, 302 4 19.3 5, 301 5, 300 5, 304 4 19.9 5, 303

18 2 5, 683 5, 696 13 18.5 5, 691 5, 701 5, 717 16 18 5, 711 5, 703 5, 719 15 17.9 5, 713

19 2 5, 736 5, 738 1 16.5 5, 737 5, 763 5, 764 1 16.3 5, 763 5, 765 5, 767 2 16 5, 765

20 2 5, 745 5, 750 4 17.5 5, 747 5, 772 5, 777 4 17.2 5, 775 5, 775 5, 779 4 16.9 5, 776

* TRK 1 : Up, TRK 2 : Down

(1) 검측값 재현성(Reproducibility of Exception Value) Fig. 6에서와 같이 궤간 최대값들의 수치 변화를 비교한 결과, 분기별 궤간 값의 차이가 모든 지적개소에서 0.9mm 이내로 나타났으며, 이는 EN13848-2의 재현성 범위인 ±1mm 이내에 해당하는 것으로 신뢰할만한 수준으로 판단된다.

Fig. 6 The comparison of the maximum value of gauge

(2) 지적위치 정밀성(Precision of Exception Location) 정밀성 분석은 궤간 최대 틀림위치의 분기별 변화량으로 검토하였다. 리프로파일 이전의 정밀성은 ‘14년 1분기(리프로파일 이전)와 ‘14년 2분기(리프로파일 이후)의 위치의

차이를 비교하였으며, 리프로파일 이후의 정밀성은 ‘14년 2분기와 3분기의 위치 차이를 비교 분석하였다.

Fig. 7 Location difference of the maximum value of gauge before and after reprofiling

궤간틀림 20개소의 지적위치에 대한 비교(Fig. 7) 결과, 리프로파일 이전에는 최대 28m까지 지적위치의 차이가 발생하였으나, 리프로파일 이후에는 모든 개소에서 1~2m 이내로 반복 검출되어 정밀성이 향상되었다

(3) 크로스체크(Cross Check) 리프로파일 이후 검측값과 현장값과의 차이를 비교하기 위하여, 상기 지적 20개소를 포함한 전 구간의 검측 지적개소(총 811개소)에 대하여, 현장 보수작업 전 인력검측을 실시하여 크로스체크한 결과 정확성이 확인되었다.

3. 결론

서울도시철도공사는 궤도검측차(EM-30)로 궤도틀림을 검측하여 궤도유지보수를 시행하고 있으나, 검측차 틀림위치와 현장위치간의 차이가 발생되어 유지보수에 어려움이 있어 개선이 필요하다. 이에 본 연구에서는 지하철 건설 당시 발생한 선로의 파정 등 구조적인 거리오차(System Error)는 제외하고, 거리오차의 대부분을 차지하는 검측차의 동적 검측에서 발생하는 거리오차(Event Error)에 대하여 연구를 수행하였다. 이와 관련 검측차의 거리오차 발생원인을 찾기 위하여 거리오차 발생 현황 및 특징, 검측차의 거리측정 메커니즘과 특성, 레일 편마모와 검측차륜과의 상호관계 등을 분석하였으며, 본 연구를 통하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

(1) 검측차는 센서 역할을 하는 검측휠이 레일과 밀착하여 궤도의 선형 상태를 측정하는 접촉식 검측 방법으로, 곡선부 편마모 발생부에서 엔코더 검측휠이 레일상면에 밀착하지 못하면 거리오차가 발생하였다. 이에 검측휠의 편마모에서의 접점(Contact Point) 변화등을 사전 검토하여, 궤간의 측정포인트(하방14mm)를 유지하면서 부상을 방지할 수 있는 검측휠 리프로파일(Reprofile)을 시행하였다.

(2) 리프로파일 이후 현장 시험운영 결과, 5호선(하선)의 경우 1km당 구간별 거리오차는 1~53m가 감소하였으며, 5~8호선 전 노선에서의 누적감소량은 1,544m에서 150m로 약 90%이상 감소한 것으로 나타났다.

(3) 리프로파일과 관련하여 검측데이터의 신뢰성(Reliability)을 분석한 결과, 검측값의 재현성(Reproducibility )은 0.9mm 이내로 반복 재현되어 EN13848-2의 기준 ±1mm 이내를 만족하였고, 검측데이터의 지적위치 정밀성(Precision)은 기존 최대 28m까지 위치의 차이가 발생하던 것이 1~2m 이내로 크게 단축되어 검측되었다.

본 연구 수행으로 검측차의 동적 검측에서 발생하는 거리오차는 대부분 해소 되었으며, 그 결과 궤도검측 데이터의 정확성과 정밀성이 향상되어, 보다 신속하고 효율적인 궤도 유지보수 작업이 가능하였다. 또한 검측 데이터의 신뢰성 향상으로 궤도의 선형과 레일마모 변화추이의 분석이 용이하여, 선로보수계획 수립 및 레일교환 등 최적의 시설물 유지보수 관리가 가능해짐으로, 열차의 안전성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

참고문헌

[1] “Operator’s Manual for EM-30 Korea” PlASSER & THEURER, BA2056 V1.01 [2] “Rail Profile Operator Manual”, TECNOGAMMA SpA , Revision: 2.11, 2013

[3] 홍철기(2001), “레일마모의 요인별 상관관계 및 저감방안에 관한 연구”, 學位論文(碩士), 서울産業大學校 鐵道技術大學院: 鐵道 建設 安全工學科

[4] 허현무 외(2009), “전동차 차륜답면 마모에 따른 차량 진동 특성 영향 분석”, 한국철도학회논문집, 제12권 제2호 pp.230-235

[5] 이지하 외(2000), “레일과 차륜의 마모에 대한 기하학적 검토”, 한국철도학회 2000년도 추계학술대회논문집, 2000.11, 442-449

[6] CEN (2006) EN13848-2, Railway applications – Track - Track geometry quality – Part2: Measuring systems – track recording vehicles.

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