철도차량 상태기반유지보수(CBM) 적용을 위한 고장모드 시험 및 분석

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확장요약문

철도차량의 차축베어링과 구동기어는 반복적인 회전과 동적 하중에 노출되는 주행장치의 핵심부품으로, 이상 상태를 조기에 파악하고 적절한 정비 시점을 판단하는 것이 중요하다. 상태기반유지보수(CBM)를 적용하기 위해서는 운행 중 상태정보를 수집하는 것과 함께, 고장모드별 시험데이터를 확보하여 운행조건에 따른 데이터 특성을 분석해야 한다.

본 연구에서는 차축베어링과 구동기어 내부 베어링을 대상으로 대표 고장모드를 설계 및 재현하고, 정상· 결함 상태의 시험기 계측신호를 비교하였다. 차축베어링에는 내륜·외륜·롤러 결함을, 구동기어 베어링에는 롤러·케이지 결함을 인위적으로 가공하였다. 실물 시험기를 이용하여 속도 및 하중 조건별 시험을 수행하고, 고장모드와 시험조건에 따라 데이터를 구축하였다. 시간파형, 실효값(RMS), 첨도, 주파수 및 엔벨로프 분석을 통해 결함에 따른 충격성 및 주파수 성분 변화를 검토하였다. 또한 차상 CBM 센서와 추가 계측 센서의 설치 위치에 따른 신호 차이를 비교하여 결함 신호의 전달 특성과 진단 특징의 민감도를 살펴보았다.

분석 결과, 일부 결함에서 반복 충격과 특정 주파수 성분의 변화가 관찰되었으며, 진단 특징의 민감도는 고장모드, 운전조건 및 센서 위치에 따라 달라졌다. 차축베어링에서는 결함 시편과 하중 조건에 따른 첨도 차이가 나타났고, 구동기어에서는 롤러 결함의 반복 충격과 관련된 엔벨로프 주파수 성분을 확인하였다. 다만 시편별 결함 크기와 시험조건이 서로 다르므로, 신호 크기의 차이를 손상 정도나 진단 성능으로 직접 해석하지 않도록 고려하였다. 확보한 시험데이터와 분석 결과는 운전조건을 고려한 진단 특징 선정과 독립 시험데이터를 이용한 고장검출 성능 검증의 기초자료로 활용하고자 한다.