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[논문] 고속철도 제동패드, 수요 예측 할 수 있을까?

3·11번 대차 상대적으로 수명 길어 "주행거리-대차 고려해 모형식 개발"

장병극 기자 | 기사입력 2020/05/08 [10:54]

[논문] 고속철도 제동패드, 수요 예측 할 수 있을까?

3·11번 대차 상대적으로 수명 길어 "주행거리-대차 고려해 모형식 개발"

장병극 기자 | 입력 : 2020/05/08 [10:54]

[국토매일-장병극 기자] 고속철도 제동패드는 소모품으로 아직까지 별도의 수명은 제시되지 않았다. 일반적으로 교체주기는 약 6개월~12개월 정도 알려져 있는데 현재 한국철도(코레일)에서는 2~3일 간격으로 제동패드를 점검한다. 

 

철도차량의 제동장치는 고속회전 중인 디스크에 마찰재인 제동패드를 접촉시켜 차량의 운동에너지를 열에너지로 변환해 감속하게 된다. 이때 제동패드는 고압력 하에서 고속의 미끄럼 마찰을 일으키기 때문에 극심한 조건에 노출되면서 마모가 시작된다. 주기적으로 제동패드를 점검·교체해야하는 이유이다.    

 

만약 제동패드의 수명을 분석할 수 있도록 교체 수요 등 유의미한 데이터를 확보해 적합한 수요량을 예측할 수 있는 모델을 제시할 수 있다면 고속철도 유지·보수에 있어 효율성을 높일 수 있을 것이다. 

 

김현(한국교통대학교, 주저자), 신재명(한국교통대학교, 공동저자), 최성수(한국철도공사 연구원, 공동저자)가 발표한 '고속철도 제동패드 수요예측을 위한 생존함수 적용' 논문은 일선 현장에서 고속철도 제동패드의 수요를 경험적 소비량에 근거하고 있음을 개선하고자 사전에 수요 예측할 수 있는 산출식을 개발해 제시하고 있다는 점에서 눈길을 끈다.

 

▲ 고속철도차량의 제동패드(Break Pad). 논문 Fig4에서 인용.  © 국토매일

 

고속철도 제동패드의 수명은 철도차량의 운행곡선, 선로의 구조 등의 요인에 영향을 받는다. 고속철도 제동패드의 연간 소비량을 추정하는 것은 유지·관리의 효율성을 향상시키고 재고량을 관리하는데 있어 필수적인 정보이다. 

 

무엇보다 고속철도의 제동패드를 국산화하기 위한 기업의 연구·개발에 있어 정확한 매출 가능 규모와 생산 원가 등을 책정하기 위해서는 국내·외 연간 수요 규모에 대한 정보도 필요한 상황이다.

 

고속철도 제동패드의 경우 차량의 편성 특성에 따라 설치되기 때문에 자동차와 같은 일률적인 수명을 기대하기 어렵다. 현재 국내에서 운행 중인 KTX 및 KTX-산천 열차는 관절대차 형식으로 각 대차별로 제동패드의 수명도 서로 다른 특성이 있을 것으로 추정된다.

 

KTX-산천 1편성에는 총 13대의 대차가 설치된다. 선두부와 후두부에 위치한 동력차량의 동력대차에는 제동 슈(Break Shoe)가 설치되며 나머지 8량의 객차대차에 제동패드(Break Pad)가 설치된다.

 

한국철도의 고속철도 제동패드 유지보수 기준에 따르면 편마모·탈락·깨짐 등이 발생하거나 백플레이트 두께가 13.5mm 미만인 경우에  교체 대상으로 분류된다. 또한 유지관리 데이터느 차량번호, 설치위치, 설치일, 교체일, 주행거리, 교체내용으로 구성되어 있어 설치일과 교체일을 분석하면 정상적으로 사용된 기간을 계산할 수 있다.

 

이와 같은 고속철도 차량 제동패드의 실적 자료를 활용해 생존함수 모형을 적용, 제동패드 수명 주기를 예측할 수 있다. 이 논문에서는 고속철도 대차별 제동방식의 차이와 객차에 설치된 대차 수의 차이로 인해 각 대차별 제동패드의 수명이 유의한 차이가 있음을 통계학적으로 분석·확인하고 있다. 

 

논문에서는 대차별 제동패드의 수명분포를 추정하는데 있어 log logistic 함수가 적합하며, 제동패드의 수명은 예방정비의 목적 및 점검주기의 특성을 고려해 최종적으로 대차별 수명을 제시한다. 특히 3·11번 대차의 수명은 190,000km, 4~10번 대차는 180,000km로 3·11번 대차가 나머지 대차에 비해 약 10,000km 정도 수명이 높은 것으로 나타났다.

 

▲ 고속철도차량의 객차대차. 선·후두부 대차는 동력대차로 제동슈(Break Shoe)가 설치된다. 논문 Fig3에서 인용. © 국토매일

 

이를 토대로 대차별 제동패드의 수명을 수요 원단위로 적용한 연간 주행거리에 따른 고속철도 편성당 연간 수요량 산출식도 개발했다. 산출식은 논문을 통해 확인할 수 있다. 

 

이번 연구 성과를 유지·관리 업무에 적용한다면 제동패드의 점검·교체 시기 등 점검계획을 개선하고 연간 수리부품 확보에 있어 정량적 기준을 제시할 수 있어 업무의 효율성도 높일 수 있을 것으로 기대된다.

 

다만 논문에서는 주행거리와 대차만을 고려해 모형식을 도출했다. 현재 국내 고속철도 차량은 일반·고속선을 혼용해 운행하는 특성이 있고 기관사의 운전특성, 노선특성, 운행속도, 대차 및 대차 내 설치 위치 등 다양한 요소에 영향을 받을 수 있다. 논문은 향후 이러한 운행 데이터와 유지관리 데이터를 교차 분석이 필요함을 향후 연구과제로 남겨두었다.

 

유지관리업무의 교체 기준도 보완이 필요함을 제안한다. 특히 백플레이트 두께를 확인하기 위해 점검자가 계측을 해아하는데 일관성 있는 교체를 위해서는 계측에 대한 시스템화도 진행될 필요가 있다고 언급하고 있다.

 

고속철도 유지관리 데이터를 분석하고 이를 토대로 제동패드의 사전 수요량 산출식을 개발한 이번 논문은 국토교통기술촉진사업의 일환으로 진행한 '해외시장 진출 및 확산 전략 모델 적용방안연구' 과제의 지원으로 수행했으며 한국철도학회논문집 제23권 3호(2020년 3월)에 게재되었다.


원본 기사 보기:철도경제신문

 
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