고속철도 분기기 (설계 이론 및 응용)
PingWang
王平
중국Chengdu(成都,※四川省의省都)소재西南交通大学校(SouthwestJiaotongUniversity)토목공학과教授겸고속철도공학핵심연구소(KeyLaboratoryofHigh-SpeedRailwayEngineering)MOE이사(directoroftheMOE):(高速鉄路线路工程敎育部重点实验室主任)中国鉄道学会轨道交通工程分会副主任(AssociateDirector,RailTransitEngineeringBranchofChinaRailwaySociety)
서남교통대학교토목공학부도로및철도공학학과장,고속철도선로공정교육부중점실험실주임,미국기계엔지니어협회(ASME)회원,철도건설,〈서남교통대학저널〉과〈철도저널〉,〈철도과학및공학저널〉및기타저널의검토전문가
Wang교수는중국에서고속분기기의선두적인연구자이며개발자이다.그는최근에거의20년동안고속철도궤도구조의분야에서교육과연구업무에참여했으며,중국의고속철도를설계하고운용하며유지보수하는과정에서직면한많은기술적인난제를성공적으로해결했다.
(이하는서남교통대학교홈페이지에서발췌한내용임.)
교수이자박사학위지도교수인王平(WangPing)은국무원의특별수당전문가이다.1969년7월7일에후베이(湖北)성이창(宜昌)에서태어났다.1991년서남교통대학교철도공학과에서공학학사학위를,1994년서남교통대학교철도공학석사,같은해서남교통대학교토목공학부조교,1996년강사로승진,1998년서남교통대학교도로철도공학과에서공학박사학위를받았으며,같은해부교수로파격적으로승진했다.2001년에는교수로파격적으로승진했다.
사천성(四川省)학술및기술리더,고속철도궤도사천성과학연구혁신팀의책임자,사천성제10회청소년과학기술상과과학기술교육기금철도과학기술상을수상했다.2005년교육부의‘신세기우수인재지원계획’에선정됐다.지난5년동안사천성,교육부,중국철도학회는과학기술진보상3개,논문4부등총100개이상의논문,30개이상의국가및지방과학연구과제,80명이상의석사및박사과정학생지도를개최했으며,그중의1명은사천성에서우수박사학위논문을수상했다.
원저자서문
역자서문
제1장유형과구조
1.1주요유형
1.1.1구성/1.1.2분류
1.2기술요구사항
1.2.1우수한기술성능/1.2.2높은비용효과/1.2.3뛰어난적응성
1.3기술특성
1.3.1시스템통합/1.3.2이론근거와실용적시험/1.3.3최신기술의제작과부설/1.3.4과학적유지보수와관리
1.4세계각국이개발한고속분기기의개관
1.4.1프랑스/1.4.2독일/1.4.3중국/1.4.4기타국가
제2장평면선형설계
2.1설계조건
2.1.1운영조건/2.1.2차량조건/2.1.3궤도설계기술조건/2.1.4부설조건
2.2평면선형
2.2.1설계요건/2.2.2리드곡선/2.2.3텅레일/2.2.4분기기각부분의간격치수/
2.2.5기하구조치수
2.3평면선형파라미터의설계
2.3.1질점운동에기초한방법/2.3.2강체운동에기초한방법/2.3.3설계소프트웨어
2.4차륜-레일시스템진동에기초한평면선형평가방법
2.4.1차륜-레일시스템동역학이론/2.4.2다(多)강체동역학분석소프트웨어/2.4.3적용사례
제3장구조선택과레일설계
3.1선택원리
3.2전체구조선택
3.2.1안내레일식분기기/3.2.2가동노스크로싱/3.2.3탄성굽힘가능노스레일/3.2.4긴윙레일/3.2.5조립노스레일/3.2.6압연특수단면윙레일/3.2.7텅레일과노스레일끝의AT레일열간단조성형후단/3.2.8홈이있는레일로만든가드레일
3.3레일부재의설계
3.3.1AT레일의선택/3.3.2가동노스레일첫번째견인지점에서의각부품의설계
3.4레일에관한기술요건
3.4.1필요조건/3.4.2레일의종류,단면및길이
3.5레일의제작
3.5.1레일강의정련/3.5.2마무리압연/3.5.3마무리/3.5.4집중화된탐상/3.5.5긴레일의생산
제4장차륜-레일관계설계
4.1차륜-레일접촉기하구조관계
4.1.1계산방법/4.1.2레일윤곽(프로파일)/4.1.3(윤축횡이동이없을때의)차륜-레일접촉기하구조/4.1.4분기선에서의차륜-레일접촉기하구조/4.1.5(윤축이횡이동할때의)차륜-레일접촉기하구조/4.1.6(윤축이횡이동할때)분기기의종방향에따른차륜-레일접촉기하구조의변화
4.2분기기구간에서의차륜-레일전동접촉이론
4.2.1헤르츠이론에기초한차륜-레일전동접촉이론/4.2.2비(非)-헤르츠전동접촉이론/4.2.3분기기구간의차륜-레일전동접촉/4.2.4분기기구간의차륜-레일시스템의3D탄성체반(半)헤르츠전동접촉의계산방법
4.3차륜-레일관계단순화모델의평가
4.3.1수직틀림(고저틀림)/4.3.2횡틀림(방향틀림)/4.3.3응용사례
4.4분기기구간에서차륜-레일동역학에기초한동역학평가
4.4.1열차-분기기시스템의동역학모델/4.4.2열차-분기기시스템의진동방정식/4.4.3분기기동역학평가지표/4.4.4분기기동역학시뮬레이션평가/4.4.5분기기동역학에기초한차륜-레일관계설계의평가
제5장분기기구간궤도강성의설계
5.1분기기구간궤도강성의구성
5.1.1레일체결장치강성/5.1.2분기기구간궤도하부기초의강성/5.1.3분기기구간의궤도총체강성
5.2분기기구간궤도강성의설계
5.2.1중국의고속분기기용레일체결장치의구조/5.2.2레일패드의수직강성
5.3분기기구간궤도총체강성의분포법칙
5.3.1영향인자/5.3.2계산모델/5.3.3자갈분기기의궤도총체강성분포법칙/5.3.4무도상분기기의궤도총체강성분포법칙
5.4분기기의궤도강성에대한균일화설계
5.4.1궤도강성과도구간의동적분석/5.4.2레일처짐의변화와궤도강성과도구간의길이간의관계/5.4.3분기기에서궤도강성의균일화설계/5.4.4플레이트패드의설계
5.5분기기의궤도강성과도구간의설계
제6장장대레일분기기의구조설계
6.1구조적특징
6.1.1기본요구사항/6.1.2온도힘의전달경로/6.1.3힘전달구조
6.2계산이론과방법
6.2.1등가저항력계수방법/6.2.2두레일상호작용방법/6.2.3일반화된변분법/6.2.4유한요소법
6.3장대레일분기기의응력과변형의법칙
6.3.1레일온도힘과신축변위의분포법칙/6.3.2응력과변형의영향인자
6.4설계와검증
6.4.1설계검증항목/6.4.2장대레일분기기의레일설정온도의설계/6.4.3복진관측말뚝의배치/6.4.4번수가큰분기기의용접순서/6.4.5분기기그룹의부설원리/6.4.6터널에서장대레일분기기의부설원리/6.4.7교량위장대레일분기기의부설원리
제7장교량위장대레일분기기의설계
7.1교량위장대레일분기기의종방향상호작용의법칙
7.1.1분기기-교량-(슬래브)-교각의일체화모델/7.1.2단순보교량과자갈분기기간의종방향상호작용의법칙/7.1.3연속보교량과자갈분기기간의종방향상호작용법칙/7.1.4연속보교량과무도상분기기간의종방향상호작용의법칙
7.2차량-분기기-교량연결시스템의동적특성
7.2.1폭이균일한연속보교량위건넘선분기기의동적상호작용의법칙/7.2.2폭이불균일한연속보위단일분기기의동적상호작용의법칙
7.3교량위장대레일분기기의설계요건
7.3.1분기기와교량의배치/7.3.2교량위장대레일분기기의설계요건
제8장고속분기기의전환설계
8.1전환구조와원리
8.1.1전환구조/8.1.2분기기전환의원리
8.2분기기전환의계산이론
8.2.1계산모델/8.2.21-기계다수-지점견인방식/8.2.3미끄럼상판의마찰계수시험
8.3고속분기기전환의연구와설계
8.3.1텅레일전환의설계/8.3.2노스레일전환의설계
제9장고속분기기의하부구조와부품의설계
9.1분기기하부구조의설계
9.1.1자갈분기기의침목/9.1.2무도상분기기의매설장(長)침목/9.1.3무도상분기기용슬래브
9.2분기기상판(또는타이플레이트)의설계
9.2.1상판(또는타이플레이트)에대한힘/9.2.2가드레일상판/9.2.3보통의타이플레이트/9.2.4포인트에서의미끄럼상판의탄성체결과감마(減摩)기술
9.3분기기레일체결장치부품의설계
제10장고속분기기설계의이론적검증
10.1분기기동역학시뮬레이션이론의검증
10.1.1동적응답의비교/10.1.2윤하중갈아탐의비교/10.1.3윤축횡이동의비교/10.1.4가드레일의횡력에관한시험
10.2교량위장대레일분기기의종방향상호작용분석이론의검증
10.2.1교량위장대레일분기기의모형/10.2.2교량위장대레일분기기에관한현장시험
10.3차량-분기기-교량동적상호작용분석이론의검증
10.4고속분기기전환의검증
10.4.1Qingdao∼Ji′nan선의현장시험/10.4.242번분기기의텅레일에대한전환의실험실시험/10.4.342번분기기의이중탄성굽힘가능노스레일의전환시험
제11장고속분기기의제작기술
11.1제조설비와공정
11.1.1중국에서고속분기기의공급자/11.1.2주요공정설비/11.1.3제작공정
11.2레일에대한핵심공정
11.2.1공정흐름과제어중점/11.2.260D40레일후단의단압과품질관리/11.2.3가열처리와품질관리/11.2.4텅레일의밀링절삭에서선형의제어
11.3고속분기기상판의핵심제작공정
11.4조립과검수(檢收)
11.4.1중요한분기기부품의조립공정/11.4.2전체조립/11.4.3조립된분기기의검수(檢收)/11.4.4시스템통합기술
제12장부설기술
12.1수송
12.1.1운송의방식/12.1.2들어올리기와보관
12.2자갈분기기의부설
12.2.1제자리조립부설법시공공정/12.2.2조립후위치이동부설법시공공정/12.2.3부설품질의관리대책
12.3무도상분기기의부설
12.3.1침목매설식무도상분기기의제자리부설법:시공공정과핵심기술/12.3.2침목매설식무도상분기기의위치이동부설법/12.3.3슬래브식무도상분기기의부설:시공공정과핵심기술/12.3.4무도상분기기부설의품질보증조치
12.4정밀조정기술
12.4.1분기기정적기하구조의검측기술/12.4.2분기기정적기하구조의평가표준/12.4.3분기기조정의기본요구사항/12.4.4분기기조정분석소프트웨어
12.5고속분기기의동적검측과검수
제13장운용중인고속분기기의틀림제어
13.1차륜-레일관계불량으로유발된구조적틀림
13.2선형틀림
13.3상태틀림
13.3.1현장조사/13.3.2동적시뮬레이션분석
제14장유지보수와관리
14.1고속분기기의관리제도와유지보수기준
14.1.1유지보수작업의유형/14.1.2유지보수조직/14.1.3유지보수의방식/14.1.4유지보수표준/14.1.5분기기품질의평가
14.2고속분기기의검측과모니터링기술420
14.2.1분기기상태와기하구조(선형)의검사/14.2.2분기기레일의검사/14.2.3분기기모니터링시스템
14.3고속분기기의유지보수기술430
14.3.1레일연마/14.3.2자갈분기기의유지보수/14.3.3분기기구간의무도상궤도기초침하의보수
14.4고속분기기의관리443
14.4.1선로유지관리정보시스템/14.4.2토목설비의디지털관리/14.4.3고속분기기의RAMS관리
참고문헌
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분기기의최신기술을이해하는데크게도움이될만한번역서!
교량위장대레일무도상분기기와전환설비등분기기기술의일반원리와설계이론,제작,조립,부설,유지보수등을망라한분기기의최신기술을이해하는데크게도움이될만한번역서가출간됐다.
분기기의높은선형맞춤에중점을두는이론,구조설계,제작과부설기술및유지보수방침을다룬《고속철도분기기;설계이론과응용》은장대레일분기기의설계이론,교량위장대레일분기기의설계방법,고속분기기의제작과부설기술,사용중인고속분기기에대한틀림제어의전형적인사례및고속분기기의유지보수와유지보수기술이상세히소개되어있다.
최근출간된개정판을번역한이책은고속분기기의제작,부설,유지보수및관리분야의이론과기술을보충하고고속분기기수명주기동안높은선형맞춤을유지하기위한수단을공들여취하도록실행에근거하여쓴책이다.
《고속철도분기기》는특히고속분기기의기술성능을상세히도입하고,결함과손상의관련원인을정밀하게분석하며,어떠한기술적인문제에대해서도합리적인해결책을마련하고고속분기기의충분한관리에도움이되도록했다.
분기기의기술은철도기술중에서도특히주행속도,안전및
승차감의면에서매우중요하며,궤도기술정수(精髓)의집합체
열차가안전하고승차감이좋게효율적으로주행할수있게하는궤도의기술은오직철도만의특유한전문기술이다.
철도기술이도로교통기술과크게다른것은첫째,열차가자동차와다르게오직궤도가안내하는경로만을따라서안전하게주행하도록차량의차륜에는반드시플랜지가있다는점이며,둘째로철도네트워크에서진로를바꾸려는열차가궤도를갈아타기위해서는이러한차륜플랜지때문에반드시분기기가필요하다는것이다.만약에이와같은분기기가없었다면,철도는열차가단일노선만을왕복운행하는셔틀철도나국지적인철도로서만존재함에따라오늘날처럼발달하지못하였을것이다.
이러한분기기의기술은철도기술중에서도,특히주행속도,안전및승차감의면에서매우중요하며,궤도기술정수(精髓)의집합체라고도할수있다.디지털시대인요즈음에는세계적으로첨단기술의발전과함께분기기의기술이과학적이고전문화된공학기술로서매우눈부시게발달하였다.
그런데국내의분기기기술도외형상으로는이러한세계적인추세에발맞추어상당히발전하여왔음에도,내면적으로분기기만의전문서적은아쉽게도전혀없는실정이었다.그러던차에이책의한국어판출간으로분기기의선진기술을국내의기술자들에게전파하여기술발전에크게도움이될것으로보인다.
이책은초판을발행한이후로분기기설계,제작및유지보수분야의기술자들에게호평을받았다.초판은2013년에중국의국가신문출판광전총국에서독창적인책출판의‘삼백’연구과제로선정되기도했다.
이책은분기기의높은선형맞춤에중점을두는이론,
구조설계,제작과부설기술및유지보수방침등을다뤘다
고속분기기의높은선형맞춤은고속열차의주행안전,안정성및승차감을보장하는핵심기술이다.이특징은설계에서제작,부설및유지보수까지모든부분에서제어되어야한다.분기기의선형맞춤은주로열차하중,온도하중에견디어내면서그리고기준선/분기선의전환동안낮은동적힘,강한통제및높은신뢰성으로반영된다.주로네가지의틀림이있다.즉,복잡한차륜-레일관계로유발된구조적인틀림,레일,체결장치및도상의나쁜상태에기인한기하구조틀림(선형틀림),부품의제작과조립잘못및전환불충분에기인한상태틀림및고르지않은궤도지지강성에기인한동적틀림.이들의틀림은열차시스템과더불어작용하고분기기에서열차의통과동안분기기구조의동적응답과동적특성에영향을줄것이다.따라서분기기통과의안전성,안정성및승차감에영향을줄뿐만아니라분기기구조의안정성,내구성및사용수명에영향을미칠것이다.《고속철도분기기》는분기기의높은선형맞춤에중점을두는이론,구조설계,제작과부설기술및유지보수방침등을다뤘다.
이밖에도이책은장대레일분기기의설계이론,교량위장대레일분기기의설계방법,고속분기기의제작과부설기술,사용중인고속분기기에대한틀림제어의전형적인사례및고속분기기의유지보수와유지보수기술이상세히소개되어있다.
《고속철도분기기》는모두14개의장으로이루어져있다
제1장은고속분기기의구조유형,주된기술요건및구조특성을소개하고중국,독일,프랑스등에서의고속분기기의기술특성을비교한다.
제2장은주로설계와응용조건,평면선형의유형,평면선형설계에관한전통적인기본파라미터방법및질점운동에근거한평면선형설계를서술하고,중국고속분기기의개발과정동안강체운동과차륜-레일진동에기초하여개발된분기기선형설계방법과설계소프트웨어를소개한다.
제3장은분기기특수레일의구조유형,선택의원리와방법및구조설계와응력분석을제시하고중국고속철도용레일의기술요건과제조과정을요약한다.
제4장은이책의핵심인분기기차륜-레일관계의설계이론과방법을논의한다.차량-분기기시스템동역학은틀림의충격을평가하기위한주된도구이며분기기구조의낮은동적힘설계,분기기에서열차의통과동안과도한동적지표원인의분석및분기기제작,조립,부설및유지보수에관련된기술적인지표의공식화를위한이론적인기반이다.이장은또한분기기구간에서열차이동에따른차륜-레일접촉관계의변화법칙,분기기의3D탄성체다(多)-점(點)전동접촉분석이론,차량-분기기동역학및평가에서그것의적용을논의한다.게다가,주행안정성(ridingquality)에대한차륜-레일관계의영향을이해하도록설계자를돕기위해단일자유도윤축에기초한동적파라미터의설계방법을이장에서소개한다.
제5장은분기기구간의궤도구성과종방향분포의구성법칙,레일체결장치의궤도강성의합리적인배치및궤도를따른균질한강성설계를위한방법과공학적인방법을소개한다.
제6장과제7장은종방향온도힘의작용을받는트랜스-구간(trans-section,跨區間)장대레일선로에대한고속분기기의계산이론과설계방법을다룬다.특히제6장은장대레일분기기의구조적인특성,분석이론,응력변형및변화구간장대레일선로의설계에서장대레일분기기에대한설계검증과설계원리를소개한다.
제7장은장대레일분기기와교량간종방향상호작용의법칙및열차-분기기-교량시스템의동적상호작용의법칙을소개하고,장대레일분기기를교량위에부설할때침목과교량보의상대적인위치에관하여권고된설계요건을제시한다.
제8장은분기기의기준선/분기선에서전환에대한견인과전환장치및전환원리,전환힘에대한설계방법과동정(動程)뿐만아니라중국고속분기기에서의전환힘을줄이고부족변위를완화하는데적용할수있는공학적인수단을소개한다.
제9장은상판(床板),체결장치,분기기침목및분기기의그밖의하부구조구성요소에관한설계방법을소개한다.
제10장은앞에서언급한이론들과방법들이타당함을보여주기위한실내와실외시험기술을묘사한다.
제11장은고속분기기의제작설비와제작과정,레일과상판의핵심생산과정및승인기술을논의한다.
제12장은고속분기기의수송,부설,검사및승인에관한기술을소개한다.
제13장은중국고속철도의운영에서발생한몇가지전형적인분기기손상의사례와함께고속분기기통과의안전성과안정성에대한열등한차륜-레일관계,기하구조및결함이있는부품의영향을분석하며,향후원인을분석하고대책을수립할때유지보수직원에게참고가되는관련개선책을제공한다.
제14장은중국고속철도와분기기의관리시스템과유지보수표준,검사와감시기술및유지관리와보수용기계와방법을소개한다.끝으로중국고속분기기의관리에서RAMS,LCC및정보화기술과같은특정선도적인기술의적용과장래전망을소개한다.
“분기기의선진기술전파로국내기술발전에큰도움될듯”
국내에분기기만의전문서적이없어아쉬웠다는역자서사범박사는“중국에서발간된분기기전문서적(고속철도분기기의설계;이론과응용)을접함에따라매우기뻤고,분기기의선진기술을국내의기술자들에게전파하여기술발전에도움이되게하려고당해서적을번역하였다.”라고밝히고,“이책의일부내용이비록국내실정과맞지않을지라도교량위장대레일무도상분기기와전환설비를포함하여분기기기술의일반원리와설계이론,게다가제작과조립,부설,유지보수등을망라한분기기의최신기술을이해하는데크게도움이될것이며,또한일반적인궤도기술측면에서도도움이되리라생각한다.”라고강조했다.