접속부 궤도틀림이 차륜-레일 상호작용력에 미치는 영향

Influence of Track Irregularity at Transition Zone on Wheel-Rail Interaction Forces

본 연구는 궤도지지강성이 상이한 자갈궤도-콘크리트궤도 접속부에서 발생하는 궤도틀림이 차륜-레일 상호작용력과 열차주행안정성에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다. 궤도지지강성의 불연속은 접속부 구간의 동적응답을 증폭시켜 윤중 불균형과 국부적인 궤도손상을 유발한다. 이에 본 연구에서는 궤도선형검측장비를 이용해 고저틀림과 방향틀림을 측정하고, 이를 기반으로 차륜-레일 상호작용력 해석을 수행하여 동적 윤중 및 횡압을 산출하였다. 분석결과, 궤도충격계수는 최대 1.78배 증가하였고, 탈선계수는 기준치 대비 약 52% 수준으로 분석되었다. 이는 차륜-레일 접촉력 불균형으로 인한 열차주행안정성 저하 및 피로 누적의 원인이 될 수 있음을 의미한다. 본 연구는 궤도충격계수, 윤중변동율 및 탈선계수를 종합적으로 평가하여 접속부의 종방향 연속성을 고려한 열차주행안정성 평가기법을 제시하였으며, 향후 궤도 유지관리 취약구간의 정량적 진단 및 안전성 향상에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

This study quantitatively analyzed the effects of track irregularities occurring at the ballast-to-concrete track transition, where track support stiffness (TSS) differs, on wheel-rail interaction forces and train running stability. Discontinuities in TSS amplify the dynamic response of the transition zone, causing wheel-load imbalance and localized track damage. To clarify this, field measurements were conducted using a track geometry inspection system to collect vertical (longitudinal level) and alignment (horizontal) irregularity data, which were applied to wheel-rail interaction analysis to calculate dynamic wheel loads and lateral forces. The analysis results showed that the track impact factor increased by up to 1.78 times due to abrupt stiffness variation, while the derailment coefficient reached about 52% of the allowable limit. These findings indicate that imbalances in wheel-rail contact forces caused by stiffness discontinuities can reduce train running stability and accelerate fatigue in track components. By comprehensively evaluating the track impact factor, wheel-load fluctuation rate, and derailment coefficient, this study proposed a longitudinal continuity-based stability assessment method. The results provide fundamental data for quantitatively diagnosing weak track sections and improving running safety and maintenance efficiency in railway systems.