분기기의 기술은 철도기술 중에서도 특히 주행속도, 안전 및
승차감의 면에서 매우 중요하며, 궤도 기술 정수(精髓)의 집합체

열차가 안전하고 승차감이 좋게 효율적으로 주행할 수 있게 하는 궤도의 기술은 오직 철도만의 특유한 전문 기술이다. 철도기술이 도로교통기술과 크게 다른 것은 첫째, 열차가 자동차와 다르게 오직 궤도가 안내하는 경로만을 따라서 안전하게 주행하도록 차량의 차륜에는 반드시 플랜지가 있다는 점이며, 둘째로 철도 네트워크에서 진로를 바꾸려는 열차가 궤도를 갈아타기 위해서는 이러한 차륜 플랜지 때문에 반드시 분기기가 필요하다는 것이다. 만약에 이와 같은 분기기가 없었다면, 철도는 열차가 단일노선만을 왕복 운행하는 셔틀 철도나 국지적인 철도로서만 존재함에 따라 오늘날처럼 발달하지 못하였을 것이다. 이러한 분기기의 기술은 철도기술 중에서도, 특히 주행속도, 안전 및 승차감의 면에서 매우 중요하며, 궤도 기술 정수(精髓)의 집합체라고도 할 수 있다. 디지털 시대인 요즈음에는 세계적으로 첨단기술의 발전과 함께 분기기의 기술이 과학적이고 전문화된 공학기술로서 매우 눈부시게 발달하였다.

그런데 국내의 분기기 기술도 외형상으로는 이러한 세계적인 추세에 발맞추어 상당히 발전하여왔음에도, 내면적으로 분기기만의 전문서적은 아쉽게도 전혀 없는 실정이었다. 그러던 차에 이 책의 한국어판 출간으로 분기기의 선진기술을 국내의 기술자들에게 전파하여 기술발전에 크게 도움이 될 것으로 보인다. 이 책은 초판을 발행한 이후로 분기기 설계, 제작 및 유지보수 분야의 기술자들에게 호평을 받았다. 초판은 2013년에 중국의 국가신문출판광전총국에서 독창적인 책 출판의 ‘삼백’ 연구과제로 선정되기도 했다.

이 책은 분기기의 높은 선형맞춤에 중점을 두는 이론,
구조설계, 제작과 부설기술 및 유지보수 방침 등을 다뤘다

고속분기기의 높은 선형맞춤은 고속열차의 주행 안전, 안정성 및 승차감을 보장하는 핵심기술이다. 이 특징은 설계에서 제작, 부설 및 유지보수까지 모든 부분에서 제어되어야 한다. 분기기의 선형맞춤은 주로 열차 하중, 온도 하중에 견디어내면서 그리고 기준선/분기선의 전환 동안 낮은 동적 힘, 강한 통제 및 높은 신뢰성으로 반영된다. 주로 네 가지의 틀림이 있다. 즉, 복잡한 차륜-레일 관계로 유발된 구조적인 틀림, 레일, 체결장치 및 도상의 나쁜 상태에 기인한 기하구조 틀림(선형틀림), 부품의 제작과 조립 잘못 및 전환 불충분에 기인한 상태 틀림 및 고르지 않은 궤도지지 강성에 기인한 동적 틀림. 이들의 틀림은 열차시스템과 더불어 작용하고 분기기에서 열차의 통과 동안 분기기 구조의 동적 응답과 동적 특성에 영향을 줄 것이다. 따라서 분기기 통과의 안전성, 안정성 및 승차감에 영향을 줄 뿐만 아니라 분기기 구조의 안정성, 내구성 및 사용수명에 영향을 미칠 것이다. 《고속철도 분기기》는 분기기의 높은 선형맞춤에 중점을 두는 이론, 구조설계, 제작과 부설기술 및 유지보수 방침 등을 다뤘다.

이 밖에도 이 책은 장대레일 분기기의 설계이론, 교량 위 장대레일 분기기의 설계방법, 고속분기기의 제작과 부설기술, 사용 중인 고속분기기에 대한 틀림 제어의 전형적인 사례 및 고속분기기의 유지보수와 유지보수 기술이 상세히 소개되어 있다.

《고속철도 분기기》는 모두 14개의 장으로 이루어져 있다

제1장은 고속분기기의 구조유형, 주된 기술요건 및 구조 특성을 소개하고 중국, 독일, 프랑스 등에서의 고속분기기의 기술 특성을 비교한다. 제2장은 주로 설계와 응용 조건, 평면선형의 유형, 평면선형 설계에 관한 전통적인 기본 파라미터 방법 및 질점 운동에 근거한 평면선형 설계를 서술하고, 중국 고속분기기의 개발과정 동안 강체 운동과 차륜-레일 진동에 기초하여 개발된 분기기 선형 설계방법과 설계 소프트웨어를 소개한다. 제3장은 분기기 특수레일의 구조 유형, 선택의 원리와 방법 및 구조설계와 응력분석을 제시하고 중국 고속철도용 레일의 기술요건과 제조 과정을 요약한다. 제4장은 이 책의 핵심인 분기기 차륜-레일 관계의 설계이론과 방법을 논의한다. 차량-분기기 시스템 동역학은 틀림의 충격을 평가하기 위한 주된 도구이며 분기기 구조의 낮은 동적 힘 설계, 분기기에서 열차의 통과 동안 과도한 동적 지표 원인의 분석 및 분기기 제작, 조립, 부설 및 유지보수에 관련된 기술적인 지표의 공식화를 위한 이론적인 기반이다. 이 장은 또한 분기기 구간에서 열차 이동에 따른 차륜-레일접촉 관계의 변화 법칙, 분기기의 3D 탄성체 다(多)-점(點) 전동접촉 분석이론, 차량-분기기 동역학 및 평가에서 그것의 적용을 논의한다. 게다가, 주행 안정성(riding quality)에 대한 차륜-레일 관계의 영향을 이해하도록 설계자를 돕기 위해 단일 자유도 윤축에 기초한 동적 파라미터의 설계방법을 이 장에서 소개한다. 제5장은 분기기 구간의 궤도 구성과 종 방향 분포의 구성 법칙, 레일체결장치의 궤도 강성의 합리적인 배치 및 궤도를 따른 균질한 강성 설계를 위한 방법과 공학적인 방법을 소개한다. 제6장과 제7장은 종 방향 온도 힘의 작용을 받는 트랜스-구간(trans-section, 跨區間) 장대레일 선로에 대한 고속분기기의 계산이론과 설계방법을 다룬다. 특히 제6장은 장대레일 분기기의 구조적인 특성, 분석이론, 응력 변형 및 변화구간 장대레일 선로의 설계에서 장대레일 분기기에 대한 설계 검증과 설계 원리를 소개한다. 제7장은 장대레일 분기기와 교량 간 종 방향 상호작용의 법칙 및 열차-분기기-교량시스템의 동적 상호작용의 법칙을 소개하고, 장대레일 분기기를 교량 위에 부설할 때 침목과 교량 보의 상대적인 위치에 관하여 권고된 설계 요건을 제시한다. 제8장은 분기기의 기준선/분기선에서 전환에 대한 견인과 전환 장치 및 전환원리, 전환 힘에 대한 설계방법과 동정(動程)뿐만 아니라 중국 고속 분기기에서의 전환 힘을 줄이고 부족 변위를 완화하는 데 적용할 수 있는 공학적인 수단을 소개한다. 제9장은 상판(床板), 체결장치, 분기기 침목 및 분기기의 그 밖의 하부 구조 구성요소에 관한 설계방법을 소개한다. 제10장은 앞에서 언급한 이론들과 방법들이 타당함을 보여주기 위한 실내와 실외 시험 기술을 묘사한다. 제11장은 고속분기기의 제작설비와 제작 과정, 레일과 상판의 핵심 생산과정 및 승인 기술을 논의한다. 제12장은 고속분기기의 수송, 부설, 검사 및 승인에 관한 기술을 소개한다. 제13장은 중국 고속철도의 운영에서 발생한 몇 가지 전형적인 분기기 손상의 사례와 함께 고속분기기 통 과의 안전성과 안정성에 대한 열등한 차륜-레일 관계, 기하구조 및 결함이 있는 부품의 영향을 분석하며, 향 후 원인을 분석하고 대책을 수립할 때 유지보수 직원에게 참고가 되는 관련 개선책을 제공한다. 제14장은 중국 고속철도와 분기기의 관리시스템과 유지보수 표준, 검사와 감시 기술 및 유지관리와 보수 용 기계와 방법을 소개한다. 끝으로 중국 고속분기기의 관리에서 RAMS, LCC 및 정보화 기술과 같은 특정 선도적인 기술의 적용과 장래 전망을 소개한다.

“분기기의 선진기술 전파로 국내 기술발전에 큰 도움 될 듯”

국내에 분기기만의 전문서적이 없어 아쉬웠다는 역자 서사범 박사는 “중국에서 발간된 분기기 전문서적(고속철도 분기 기의 설계; 이론과 응용)을 접함에 따라 매우 기뻤고, 분기기의 선진기술을 국내의 기술자들에게 전파하여 기술발전에 도움이 되게 하려고 당해 서적을 번역하였다.”라고 밝히고, “이 책의 일부 내용이 비록 국내실정과 맞지 않을지라도 교량 위 장대레일 무도상분기기와 전환설비를 포함하여 분기기 기술의 일반원리와 설계이론, 게다가 제작과 조립, 부설, 유지보수 등을 망라한 분기기의 최신기술을 이해하는 데 크게 도움이 될 것이며, 또한 일반적인 궤도기술 측면에서도 도움이 되리라 생각한다.”라고 강조했다.

원저자 서문
역자 서문

제1장 유형과 구조
1.1 주요 유형
1.1.1 구성 / 1.1.2 분류
1.2 기술 요구사항
1.2.1 우수한 기술성능 / 1.2.2 높은 비용효과 / 1.2.3 뛰어난 적응성
1.3 기술 특성
1.3.1 시스템 통합 / 1.3.2 이론 근거와 실용적 시험 / 1.3.3 최신기술의 제작과 부설 / 1.3.4 과학적 유지보수와 관리
1.4 세계 각국이 개발한 고속분기기의 개관
1.4.1 프랑스 / 1.4.2 독일 / 1.4.3 중국 / 1.4.4 기타 국가

제2장 평면선형 설계

2.1 설계조건
2.1.1 운영조건 / 2.1.2 차량조건 / 2.1.3 궤도설계기술조건 / 2.1.4 부설조건
2.2 평면선형
2.2.1 설계요건 / 2.2.2 리드곡선 / 2.2.3 텅레일 / 2.2.4 분기기 각 부분의 간격 치수 /
2.2.5 기하구조 치수
2.3 평면선형 파라미터의 설계
2.3.1 질점운동에 기초한 방법 / 2.3.2 강체운동에 기초한 방법 / 2.3.3 설계 소프트웨어
2.4 차륜-레일시스템 진동에 기초한 평면선형 평가방법
2.4.1 차륜-레일시스템 동역학 이론 /2.4.2 다(多)강체 동역학 분석 소프트웨어 / 2.4.3 적용사례

제3장 구조 선택과 레일 설계

3.1 선택 원리
3.2 전체 구조 선택
3.2.1 안내레일식 분기기 / 3.2.2 가동 노스 크로싱 / 3.2.3 탄성 굽힘 가능 노스레일 / 3.2.4 긴 윙레일 / 3.2.5 조립 노스레일 / 3.2.6 압연 특수단면 윙레일 / 3.2.7 텅레일과 노스레일 끝의 AT레일 열간 단조 성형 후단 / 3.2.8 홈이 있는 레일로 만든 가드레일
3.3 레일부재의 설계
3.3.1 AT레일의 선택 / 3.3.2 가동 노스레일 첫 번째 견인지점에서의 각 부품의 설계
3.4 레일에 관한 기술요건
3.4.1 필요조건 / 3.4.2 레일의 종류, 단면 및 길이
3.5 레일의 제작
3.5.1 레일 강의 정련 / 3.5.2 마무리 압연 / 3.5.3 마무리 / 3.5.4 집중화된 탐상 / 3.5.5 긴 레일의 생산

제4장 차륜-레일관계 설계

4.1 차륜-레일접촉 기하구조 관계
4.1.1 계산방법 / 4.1.2 레일 윤곽(프로파일) / 4.1.3 (윤축 횡 이동이 없을 때의) 차륜-레일접촉 기하구조 / 4.1.4 분기선에서의 차륜-레일접촉 기하구조 / 4.1.5 (윤축이 횡 이동할 때의) 차륜-레일접촉 기하구조 / 4.1.6 (윤축이 횡 이동할 때) 분기기의 종 방향에 따른 차륜-레일접촉 기하구조의 변화
4.2 분기기 구간에서의 차륜-레일 전동접촉이론
4.2.1 헤르츠 이론에 기초한 차륜-레일 전동접촉이론 / 4.2.2 비(非)-헤르츠 전동접촉이론 / 4.2.3 분기기 구간의 차륜-레일 전동접촉 / 4.2.4 분기기 구간의 차륜-레일 시스템의 3D 탄성체 반(半)헤르츠전동접촉의 계산방법
4.3 차륜-레일 관계 단순화 모델의 평가
4.3.1 수직 틀림(고저 틀림) / 4.3.2 횡 틀림(방향 틀림) / 4.3.3 응용사례
4.4 분기기 구간에서 차륜-레일 동역학에 기초한 동역학 평가
4.4.1 열차-분기기 시스템의 동역학 모델 / 4.4.2 열차-분기기 시스템의 진동방정식 / 4.4.3 분기기 동역학 평가지표 / 4.4.4 분기기 동역학 시뮬레이션 평가 / 4.4.5 분기기 동역학에 기초한 차륜-레일관계 설계의 평가

제5장 분기기 구간 궤도 강성의 설계

5.1 분기기 구간 궤도 강성의 구성
5.1.1 레일체결장치 강성 / 5.1.2 분기기 구간 궤도 하부 기초의 강성 / 5.1.3 분기기 구간의 궤도 총체 강성
5.2 분기기 구간 궤도 강성의 설계
5.2.1 중국의 고속분기기용 레일체결장치의 구조 / 5.2.2 레일패드의 수직 강성
5.3 분기기 구간 궤도 총체 강성의 분포 법칙
5.3.1 영향 인자 / 5.3.2 계산모델 / 5.3.3 자갈분기기의 궤도 총체 강성 분포 법칙 / 5.3.4 무도상분기기의 궤도 총체 강성 분포 법칙
5.4 분기기의 궤도 강성에 대한 균일화 설계
5.4.1 궤도 강성 과도구간의 동적 분석 / 5.4.2 레일 처짐의 변화와 궤도 강성 과도구간의 길이 간의 관계 / 5.4.3 분기기에서 궤도 강성의 균일화 설계 / 5.4.4 플레이트 패드의 설계
5.5 분기기의 궤도 강성 과도구간의 설계

제6장 장대레일 분기기의 구조설계

6.1 구조적 특징
6.1.1 기본 요구사항 / 6.1.2 온도 힘의 전달 경로 / 6.1.3 힘 전달 구조
6.2 계산이론과 방법
6.2.1 등가 저항력 계수 방법 / 6.2.2 두 레일 상호작용 방법 / 6.2.3 일반화된 변분법 / 6.2.4 유한요소법
6.3 장대레일 분기기의 응력과 변형의 법칙
6.3.1 레일 온도 힘과 신축 변위의 분포 법칙 / 6.3.2 응력과 변형의 영향 인자
6.4 설계와 검증
6.4.1 설계 검증 항목 / 6.4.2 장대레일 분기기의 레일 설정 온도의 설계 / 6.4.3 복진관측 말뚝의 배치 / 6.4.4 번수가 큰 분기기의 용접 순서 / 6.4.5 분기기 그룹의 부설 원리 / 6.4.6 터널에서 장대레일 분기기의 부설 원리 / 6.4.7 교량 위 장대레일 분기기의 부설 원리

제7장 교량 위 장대레일 분기기의 설계

7.1 교량 위 장대레일 분기기의 종 방향 상호작용의 법칙
7.1.1 분기기-교량-(슬래브)-교각의 일체화 모델 / 7.1.2 단순보 교량과 자갈분기기 간의 종 방향 상호작용의 법칙 / 7.1.3 연속보 교량과 자갈분기기 간의 종 방향 상호작용 법칙 / 7.1.4 연속보 교량과 무도상분기기 간의 종 방향 상호작용의 법칙
7.2 차량-분기기-교량 연결시스템의 동적 특성
7.2.1 폭이 균일한 연속보 교량 위 건넘선 분기기의 동적 상호작용의 법칙 / 7.2.2 폭이 불균일한 연속보 위 단일 분기기의 동적 상호작용의 법칙
7.3 교량 위 장대레일 분기기의 설계 요건
7.3.1 분기기와 교량의 배치 / 7.3.2 교량 위 장대레일 분기기의 설계 요건

제8장 고속분기기의 전환 설계

8.1 전환 구조와 원리
8.1.1 전환 구조 / 8.1.2 분기기 전환의 원리
8.2 분기기 전환의 계산이론
8.2.1 계산모델 / 8.2.2 1-기계 다수-지점 견인방식 / 8.2.3 미끄럼 상판의 마찰계수 시험
8.3 고속분기기 전환의 연구와 설계
8.3.1 텅레일 전환의 설계 / 8.3.2 노스레일 전환의 설계

제9장 고속분기기의 하부 구조와 부품의 설계

9.1 분기기 하부 구조의 설계
9.1.1 자갈분기기의 침목 / 9.1.2 무도상분기기의 매설 장(長)침목 / 9.1.3 무도상분기기용 슬래브
9.2 분기기 상판(또는 타이플레이트)의 설계
9.2.1 상판(또는 타이플레이트)에 대한 힘 / 9.2.2 가드레일 상판 / 9.2.3 보통의 타이플레이트 / 9.2.4 포인트에서의 미끄럼 상판의 탄성 체결과 감마(減摩) 기술
9.3 분기기 레일체결장치 부품의 설계

제10장 고속분기기 설계의 이론적 검증

10.1 분기기 동역학 시뮬레이션 이론의 검증
10.1.1 동적 응답의 비교 / 10.1.2 윤하중 갈아탐의 비교 / 10.1.3 윤축 횡 이동의 비교 / 10.1.4 가드레일의 횡력에 관한 시험
10.2 교량 위 장대레일 분기기의 종 방향 상호작용 분석이론의 검증
10.2.1 교량 위 장대레일 분기기의 모형 / 10.2.2 교량 위 장대레일 분기기에 관한 현장시험
10.3 차량-분기기-교량 동적 상호작용 분석이론의 검증
10.4 고속분기기 전환의 검증
10.4.1 Qingdao∼Ji′nan선의 현장시험 / 10.4.2 42번 분기기의 텅레일에 대한 전환의 실험실시험 / 10.4.3 42번 분기기의 이중 탄성 굽힘 가능 노스레일의 전환 시험

제11장 고속분기기의 제작기술

11.1 제조설비와 공정
11.1.1 중국에서 고속분기기의 공급자 / 11.1.2 주요 공정 설비 / 11.1.3 제작 공정
11.2 레일에 대한 핵심 공정
11.2.1 공정 흐름과 제어 중점 / 11.2.2 60D40 레일 후단의 단압과 품질관리 / 11.2.3 가열처리와 품질관리 / 11.2.4 텅레일의 밀링 절삭에서 선형의 제어
11.3 고속분기기 상판의 핵심 제작 공정
11.4 조립과 검수(檢收)
11.4.1 중요한 분기기 부품의 조립 공정 / 11.4.2 전체 조립 / 11.4.3 조립된 분기기의 검수(檢收) / 11.4.4 시스템 통합기술

제12장 부설 기술

12.1 수송
12.1.1 운송의 방식 / 12.1.2 들어 올리기와 보관
12.2 자갈분기기의 부설
12.2.1 제자리 조립 부설법 시공공정 / 12.2.2 조립 후 위치이동 부설법 시공공정 / 12.2.3 부설품질의 관리대책
12.3 무도상분기기의 부설
12.3.1 침목 매설식 무도상분기기의 제자리 부설법 : 시공공정과 핵심기술 / 12.3.2 침목 매설식 무도상분기기의 위치이동 부설법 / 12.3.3 슬래브식 무도상분기기의 부설 : 시공공정과 핵심기술 / 12.3.4 무도상분기기 부설의 품질보증 조치
12.4 정밀조정 기술
12.4.1 분기기 정적 기하구조의 검측기술 / 12.4.2 분기기 정적 기하구조의 평가표준 / 12.4.3 분기기 조정의 기본 요구사항 / 12.4.4 분기기 조정분석 소프트웨어
12.5 고속분기기의 동적 검측과 검수

제13장 운용 중인 고속분기기의 틀림 제어

13.1 차륜-레일 관계 불량으로 유발된 구조적 틀림
13.2 선형 틀림
13.3 상태 틀림
13.3.1 현장 조사 / 13.3.2 동적 시뮬레이션 분석

제14장 유지보수와 관리

14.1 고속분기기의 관리제도와 유지보수 기준
14.1.1 유지보수 작업의 유형 / 14.1.2 유지보수 조직 / 14.1.3 유지보수의 방식 / 14.1.4 유지보수 표준 / 14.1.5 분기기 품질의 평가
14.2 고속분기기의 검측과 모니터링 기술 420
14.2.1 분기기 상태와 기하구조(선형)의 검사 / 14.2.2 분기기 레일의 검사 / 14.2.3 분기기 모니터링 시스템
14.3 고속분기기의 유지보수 기술 430
14.3.1 레일연마 / 14.3.2 자갈분기기의 유지보수 / 14.3.3 분기기 구간의 무도상궤도 기초 침하의 보수
14.4 고속분기기의 관리 443
14.4.1 선로유지관리 정보시스템 / 14.4.2 토목설비의 디지털 관리 / 14.4.3 고속분기기의 RAMS 관리

참고문헌
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