○운전이론 1단계 : 동력차 견인력, 열차저항, 제동력에 관한 이론
○운전이론 2단계
*운전계획에 관한 이론
-동력차 견인정수 사정
-최소, 표준 운전시격, 시분 검토
-운전설비의 검토
*동력차 조정실무에 관한 이론
-합리적이고 경제적인 동력차 조정법에 관한 이론
-안전하고 정확한 동력차 조정 및 기초 고장처치
○힘 : F = m・a ○모멘트(M) = F・ℓ
○운동의 법칙
-제1법칙 : 관성의 법칙
-제2법칙 : 가속도의 법칙 a = F/m
-제3법칙 : 작용과 반작용의 법칙
○원운동
-속도 V = 2πr/T
-구심력 : F = m・a = m・V²/r = m・r・ω² ∴ a = V²/r = V・ω. ω = a/V = V/r
○속력 = 이동한 거리 / 걸린 시간
○속도 = 변위 / 걸린 시간
○가속도(a) = (V₂-V₁)/t (m/s²)
○평균속도 = (V₂-V₁)/2 (m/s)
○이동거리(S) = V₁・t + (1/2)・a・t². ∴ S = V・t = (V₂+V₁)/2・t
2aS = V₂²-V₁² S = V₂²-V₁²/2a
○평균속도 : 운전거리를 순수운전시분으로 나눈 값(정차시분 제외)
○표정속도 : 운전거리를 이동소요시분으로 나눈 값(정차시분 포함)
○상대속도 : 상대방의 속도 - 관측자의 속도
○마찰력 : 물체끼리의 면이 접해서 생기는 접선력
물체의 운동방향과 반대
수직항력과 두 물체사이의 마찰계수 값에 비례한다
F = μ・N = μ・m・g ∴ μ : 마찰계수
μ = F/N = tanθ
*정지마찰계수 > 미끄럼마찰계수 > 회전마찰계수
○운동에너지(Ex) = 1/2・m・V²
*질량이 증가할수록 속도가 증가할수록 운동에너지는 크다
○위치에너지(Ep) = m・g・h
○일(W) = F・S = m・a・s = 1/2・m(V₂²-V₁²) = (1/2)・m・V²
= m・a・(V₂²-V₁²)/2a = (1/2)・m・V²
○일(Joule) = 1N・m = 1Kg・m²/s² = 10⁷erg
1erg = 1g・Cm²/s²
○중력 1Kg・중・m = 1Kg・9.8m/s²・m = 9.8Kg・m²/s² = 9.8Joule
1g・중・Cm = 980g・Cm²/s² = 980erg
○일률(P) = W/t = F・S/t = F・V = m・a・V
1erg/sec = 1dyne・Cm/sec
1Joule/sec = 1N・m/sec = 1Watt
○옴의 법칙 V = I・R
○키르히호프 법칙
- 1법칙 : 회로의 임의의 한 점에서 흘러들어 오는 전류의 합과 흘러나가는 전류의 총합은 같다
i = i₁ + i₂ + i₃ + i₄........ Σi = 0
- 2법칙 : 임의의 폐회로에서 각 부분의 저항과 전류 곱의 총합은 그 회로 내에서 같은 쪽으로 작용하는 전지 기전력의 총합과 같다 Σ E = Σi・R
○변압기의 원리 V₁/V₂ = N₁/N₂
○직류직권 전동기 : 디젤전기기관차, 전기기관차(8000호대), 전기동차(저항제어차)
○액압변속기 방식 : 디젤동차
○유도전동기 : 전기동차
○직류직권 전동기의 구비조건
- 기동회전력이 클 것
- 회전속도가 낮을 때 회전력이 클 것
- 속도 변화폭이 커서 속도제어가 용이할 것
- 회전속도가 클 때 전류가 적어서 소비전력량이 적을 것
- 병렬운전 시 부하불균형이 적을 것
- 운전 중 급격한 전류, 전압의 변동 시에도 고장이 발생치 않을 것
* T = K・Φ・N = K・I² ∴ Φ∝I Φ = K・I
○직류직권 전동기의 회전수 제어
- 단자전압 제어, 저항 제어, 계자전류 제어
○유도전동기의 특성
- 교류전원 사용으로 전원공급이 쉽다
- 구조가 간단하고 튼튼하다
- 취급이 용이하고 운전이 쉽다
- 가격이 싸고 유지보수가 쉽다
- 부하증감에 대한 속도변화가 적다
○슬립(S) = Ns-N/Ns
- N = (1-S)Ns
- S = 1 : N = 0 전동기 정지 상태
- S = 0 : N = Ns 이상적 무부하 상태
* 전부하 슬립(S) : 소용량 10∼15%. 대용량 5∼2.5%
동일용량에서는 저속도의 것이 고속도의 것보다 크다
○동기속도(Ns) = 120・f/P
○토크(T) = 0.975・P/NS
○유도전동기의 속도 제어
- 슬립제어(2차 저항의 가감)
- 주파수 제어
- 극수변경 제어
○치차비(Gr) = 대치차의 치수/소치차의 치수
○치차비와 속도
- 주전동기 1회전시 : 동륜은 1/Gr 회전
- 1시간 동륜 회전수 : 60*N*1/Gr N : rpm
- 1시간 주행거리 : 60*N*1/Gr*πD
* 속도 ∝ 1/Gr. 견인력 ∝ Gr
* 치차비(Gr)가 클수록 고속운전에 제한을 받는다
○동륜주 견인력(Td) : 동륜직경에 반비례
- 전동기의 회전력, 치차비, 전동기 수, 전달효율에 비례한다
○전동기의 손실
- 가변손(부하손) : 동손, 표류부하손
- 고정손(무부하손) : 철손(히스테리시스손). 기계손(마찰손, 풍손)
○전동기의 효율 = (출력/입력)*100 = (입력-손실)/입력
○전동기의 정격 : 연속, 단시간 정격(1시간, 30분, 15분)
○동력차가 공전하지 않고 가속 전진하기 위한 조건
- F > Td > R F : 동륜과 레일의 마찰력. Td : 동륜주견인력. R : 열차저항
○지시견인력 > 동륜주견인력 > 인장봉견인력(유효견인력)
- 동륜주견인력 : 지시견인력에서 내부손실을 제한 값
- 유효(인장봉)견인력 : 동력차가 객화차를 견인할 때 동력차 후부 연결기에 나타나는 유효견인력○점착견인력(Ta) = μ・Wd μ : 점착계수. Wd : 동륜상 중량(ton)
○점착계수(μ) : 건조하고 맑을 경우 > 습한 경우 > 서리가 내린 경우 > 기름기 > 낙엽
○점착력의 영향인자
- 접촉면 상태, 속도의 변화, 축중이동, 점착계수, 곡선 통과등에 의한 횡방향 슬립영향
○축중 이동량 : 열차의 가감속에 따른 관성력에 의해 축중부담중량의 이동 동력차의 경우 정차 중량의 약 15%를 산정하므로 견인력 및 제동력 산출시에 정차중량의 85%를 적용한다
○점착력 향상 방안
- 점착계수의 향상
- 동축중의 일시적 변화 유도
- 축중이동 방지
- knotch취급의 적정
- 활주방지장치의 도입
○동력차 견인력의 지배요소
- 기관출력. 기어비. 주발전기 성능. 동륜상 하중. 견인전동기 성능
○견인정수의 종류
- 실제량수법. 실제ton수법. 인장봉하중법. 수정ton수법. 환산량수법(차량중량/기준중량)
기준중량 : 기관차 30톤, 객차 40톤, 화차 43.5톤
○사정구배 : 운전선구의 상구배 중 최대견인력이 요구되는 구배(지배구배)
○가상구배 :
- 열차의 속도가 감속되긴 하지만 그 가상구배를 균형속도 이상으로 운전할 수 있을때에는 견인 정수 사정에 고려하지 않는다
- 구배정상의 속도가 운전계획상의 최저속도 이하일 때 견인정수 사정에 고려하여야 한다
○견인정수 사정에 고려
- 열차의 사명. 선로의 상태. 동력차 상태
○선로상태에 의한 열차 저항 :
- 구배의 크기, 곡선반경의 대소, 궤조의 형상, 도상의 두께, 보수형태의 양부
○차량상태에 의한 열차 저항
- 차량의 구조, 보수 상태, 윤활유 상태, 기후 상태
○출발저항에 영향 : 축수의 구조, 재질, 접촉면의 상태, 축부담 중량, 급유상태, 유질, 유온,
정차시간, 연결기 상태
- 출발 직후 가장 큰 값 2∼4Km/h시 가장 작은 값. 4Km/h이후에는 주행저항으로 본다
○주행저항
- 기계에 의한 저항 : 기계부의 마찰, 충격, 차륜과 궤조간 마찰, 차축과 축수간의 마찰
- 속도에 의한 저항 : 공기의 마찰, 차량의 동요
○차량의 동요 원인 : 궤조이음의 불일치, 곡선부의 원심력 작용, 풍압, 차륜답면의 테이퍼
- 공기에 의한 저항 : 전부, 후부, 차량간 와류저항, 측면저항
* 측면저항, 상하면 저항은 속도에 비례, 전부, 후부, 차량간 와류저항은 속도의 제곱에 비례한다
* 공기저항의 크기 : 중간부를 1로 하면 전면 10, 후부 2.5, 차위 0.8
○주행저항(R) = a + bV + cV²(Kg/ton)
- a : 기계부분의 마찰저항, 차축과 축수간의 마찰저항
- b : 차축과 궤조간 마찰저항, 충격으로서의 저항
- c : 공기저항, 동요저항
○운전기술상의 구배
- 표준구배 : 인접역, 신호소간 1Km에 걸치는 최급구배
1Km내 2이상의 구배가 있는 경우 1Km내의 평균구배
- 환산구배(ic) = i + 700/R (구배+곡선)
- 가상구배 : 열차가속도에 기인한 저항을 구배로 환산한 값
- 지배(제한구배) : 열차운전에 최대의 견인력을 필요로 하는 환산구배(사정구배)
-등가구배 : 구배와 열차장을 고려하여 견인정수 사정을 위한 계산상의 최대구배
* 평균구배 : 구배저항과 구간 길이를 곱해서 구간 길이로 나눈 것
* 반향구배 : 상하구배가 교대로 이어지는 구배
○곡선저항 발생원인
- 내외 레일의 길이 차
- 관성과 원심력에 의한 궤조와 차륜간의 마찰저항
- 곡선운전시 회전중심으로부터 전부는 내측으로 후부는 외측으로 활동하게 되므로서 발생하는 궤조와 차륜답면의 마찰저항
○곡선저항의 크기를 좌우하는 인자 : 곡선반경의 대소, 캔트량, 슬랙량, 운전속도, 대차고정 축거, 궤조의 형태 및 마찰력 등에 제한을 받는다
○슬랙(S) = 3600/R - S' S'(조정치) : 0∼15mm
* 궤간 확대량 30mm를 초과하지 못한다
○터널저항 : 운전계획상 500m이상의 터널에서의 환산저항 값을 일괄 적용
- 환산저항 값 : 중저속용 열차(150Km/h이하) 단선터널 : 2Kg/ton. 복선터널 :1Kg/ton
○캔트량 : 좌우레일의 높낮이
○제동통 압력(Cp)
- 기관차의 경우 : 2.5r (Kg/Cm²)
- 객화차의 경우 : 3.25r - 1 (Kg/Cm²)
○최소유효 제동통 압력 > 0.4Kg/Cm² = 리턴스프링(0.35) + 제동피스톤 마찰력(0.05)
○최소유효 감압량
- 기관차 : 2.5r > 0.4 r > 0.16 (Kg/Cm²)
- 객화차 : 3.25r - 1 > 0.4 r > 0.43 (Kg/Cm²)
○최대유효 감압량
- 기관차(5) : 5 - r = 2.5r r = 1.43 (Kg/Cm²)
- 기관차(6) : 6 - r = 2.5r r = 1.71(Kg/Cm²)
- 객화차(5) : 5 - r = 3.25r - 1 r = 1.41(Kg/Cm²)
- 객화차(6) : 6 - r = 3.25r - 1 r = 1.65(Kg/Cm²)
○제동력(B) = P・f(제륜자 압력 * 마찰계수)
○제륜자 압력(P) = πD²/4・P´・n・E・η
- D : 제동통 직경. P´ : 정미제동통 압력. n : 제동통수. E : 제동배율. η : 제동효율
- 디스크 제동(P) = πD²/4・P´・n・E・η・V/R. V : 디스크 반경. R : 차륜 반경
- 제륜자 압력은 감압량에 따라 변화가 심하므로 상용제동시 차륜활주가 없도록 상용제동통 압력 3.5Kg/Cm²로 전달효율 100%인 것으로 가정하여 산정한다
○마찰계수(차륜과 제륜자 간) 좌우인자
- 제륜자의 온도 : 가장 큰 변수로 작용한다
- 제륜자 압력의 크기 : 압력이 클수록 계수는 감소한다
- 운전속도 : 클수록 감소하고 정차직전에 가장 큰 값을 갖는다
- 천후상태
- 제륜자, Dia 재질
- 마찰면 상태
- 접촉면의 넓이와 형상 : 열 상승에 관한 특성 즉 열의 흡수와 방산에 의한 차이
○마찰계수(μ) = C・(1+0.01V)/(1+0.05V) C : 천후상태(쾌청:0.42. 보통시: 0.32. 우천시 : 0.3)○제동력(B) = P・f = πD²/4・P´・n・E・η・f
○제동력과 점착력 : 제동력 ≦ 점착력 이어야 하므로
- B ≦ μ・W P・f ≦ μ・W
- P/W ≦ μ/f 제동능률 = B/W
- 최대제동력은 축중 이동을 고려하여 전중량의 85%를 산정한다
○제동배율(E) = 제동압력/제동원력 = 제륜자압력/피스톤압력 = 피스톤행정거리/제륜자 이동거리
= 제동통 압력 * 제륜자당 레버비 * 관계 제륜자 수/ 제동통 압력
= 제륜자당 레버비 * 관계 제륜자 수
○제동배율의 크기
- 기관차 : 4.85 ∼ 6.71
- 객차 : 3.65 ∼8.17
- 화차 : 8∼13.8
○제동율 : 열차중량에 대한 제륜자 압력의 비
- 영향인자 : 제동통 직경. 기초제동장치 제동배율. 제동통 압력. 기초제동장치 효율
○축제동율 = (축당 제륜자 압력/열차 축당 중량)*100
○전차제동율 = (총 제륜자 압력/열차 총중량)*100
○전 제동거리(S) = S₁ + S₂ = 공주거리 + 실제동거리
- 일반열차(S) = (V・t)/3.6 + (4.17WV²/Fdm)
- 전동열차(S) = (V・t)/3.6 + (4.29WV²/Fdm)
Fdm = (P/W)・fm + (Rr ± Rg + Rc + Rt)