탄성고무에 강체재료 활용 ‘비탄성 충돌 역학’ 원리 이용
국제 PCT 특허 출원 등 논문 게재 ‘혁신 독창성’ 인정
비탄성 충돌체와 동흡진 방식이 적용된 레일 진동소음 저감 시스템 및 시공기술이 최근 국토교통부로부터 교통신기술 58호로 지정받았다.
이 신기술은 비탄성 충돌체와 동흡진 방식의 복합댐핑을 레일 복부에 클립으로 체결해 운행속도 시속 200km 이하 레일의 진동 및 방사소음을 저감하고 궤도 동적 감쇠율을 향상하는 레일 웹 댐퍼 시스템 및 시공기술이다.
이 신기술은 비탄성 충돌체와 동흡진 방식의 복합댐핑을 적용해 철도차량이 통과하면서 발생하는 레일 진동 및 소음을 줄이는 기술로, 소음 진동을 3.0dB 이상을 감소시키고 궤도 동적 감쇠율을 3.0dB/m 이상을 향상시킨다.
원리
이 신기술은 세계 최초로 탄성고무에 핵심성능이 좌우되지 않도록 강체(구슬 등)재료를 활용한 비탄성 충돌 역학의 원리를 이용해 레일의 진동 에너지가 강체의 운동에너지로 전달되는 과정이 반복된다.
따라서 레일의 진동이 빠르게 감소하는 원리로 진동감쇠 손실율을 향상시키고, 외기환경에 영향을 받지 않도록 내구성을 향상시켰다.
향후 활용 전망
이 신기술은 궤도 종류 및 지상 지하 구간별 실증시험을 통한 성능검증 및 안정성에 대한 공인시험 통해 성능을 검증했다.
철도망의 지속적인 건설 및 노후 방음벽 개량에 따른 소음문제 해결, 방음벽의 개량 공사비 절감, 방음벽으로 인한 환경 장애(통풍)의 문제를 해결할 수 있어 철도 방음시장에 급속도로 보급될 것으로 보인다.
기술 경제적 파급효과
신기술은 세계 최초로 비탄성 충돌에 의한 진동소음 저감 기술을 적용해 기존기술의 문제점인 성능변화 문제를 해결했다.
궤도 및 구간에 관계 없이 적용해 저감 성능 3dB 이상이 검증된 기술이다. 연구단계에서 머물러 있는 비탄성 충돌 및 동흡진 기술을 적용한 복합댐핑을 구현해 실증시험을 통한 검증, 국내 최초 300만회 피로시험을 통한 안전성 검증, 궤도 작용력 저감 및 궤도 구성품의 피로수명 연장이 가능한 기술로 효율적인 철도 운영에 파급 효과가 클 것으로 기대되고 있다.
유사기술(질량-스프링) 대비 직접 공사비(자재+시공)는 44%(4.4억) 절감되며, 노후 방음벽 교체(H=2.5m) 직접 공사비 대비 43%(3.5억)의 공사비를 절감할 수 있다.
기술적 혁신
교통신기술 58호는 동흡진기와 비탄성 충돌 역학 원리를 사용해 복합 댐핑을 구현한 레일 댐퍼로 목표 주파수와 전체적인 주파수 응답을 모두 제어 가능하다.
기존기술과는 달리 동흡진기 효과로 레일 진동의 특정 주파수 성분을 줄일 뿐만 아니라 구슬의 비탄성 충돌 효과와 체결 클립의 강성으로 인해 전체 주파수에서 탁월한 진동저감 효과를 발휘하는 혁신적인 기술로 평가되고 있다.
기존기술은 댐핑제인 탄성고무에 의해 저감 성능이 좌우 되지만, 비탄성 충돌과 동흡진 효과를 통해 손실율이 상승해 진동에너지를 빨리 소산시켜 레일 동적 감쇠 계수를 향상시키는 효과가 있다.
또한 충돌체가 레일 복부 및 하부에 정확히 위치 할 수 있도록 별도의 충돌체 마운트가 적용되어 있으며, 하우징의 질량과 체결 클립의 체결력 조절하여 특정 주파수에서의 진동을 효과적으로 줄일 수 있고 하우징에 레일 체결의 용이성을 위해 체결 클립 설치 위치에 가이드 홈이 적용돼 누구나 손쉽게 설치가 가능하다.
신기술이 도시철도 및 광역철도에 노후화된 방음벽 개량 사업, 방음벽 설치가 어려운 운영선 소음민원 개소에 적극 적용하면 방음벽 높이 증가 개량 요구에 따른 구조적 및 경제적 문제와 철도 소음진동 민원에 적극 대응이 가능해 철도 운영에 효율성 향상을 기대할 수 있다.
이 신기술의 핵심인 비탄성 충돌 기술은 기술적 방어를 위한 유사특허 및 국제 PCT 특허를 출원했으며, 국외 SCI 저널에 관련 논문이 게재돼 ‘혁신성과 독창성’을 인정 받았다. (신기술 개발 : 철도기술연구원 유니슨테크놀러지)
