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R&D 기술 활용한 철도부품 특성화 전략으로 경쟁력 키운다 <中>

외국 기술에 의존하던 부품 국내 기술로 개발하고 철도부품 해외 진출로 수익성 창출
철도전시회 등 홍보 전략 펼쳐

최소리 기자 | 기사입력 2015/04/20 [11:08]

R&D 기술 활용한 철도부품 특성화 전략으로 경쟁력 키운다 <中>

외국 기술에 의존하던 부품 국내 기술로 개발하고 철도부품 해외 진출로 수익성 창출
철도전시회 등 홍보 전략 펼쳐

최소리 기자 | 입력 : 2015/04/20 [11:08]
[국토매일] 현재 철도는 외국과의 전쟁 중이다. 중국을 비롯한 나라들이 좋은 기술과 저렴한 가격으로 승부를 걸어오는 가운데 국내 철도 사업 역시 새로운 돌파구가 필요한 실정이다. 이에 국토교통과학기술진흥원(이하 국토진흥원)은 철도부품 국산화를 통해 경쟁력을 높일 일환으로 ‘철도부품 국산화를 위한 강소기업 육성’이라는 주제 하에 지난달 18일부터 19일까지 양일간 실용화 점검을 실시했다.  실용화 점검에 발표된 부품은 총 7개로 ▲통합 보호계전 ▲댐퍼 ▲강체전차선로 ▲연결기 ▲베어링 ▲스크린도어 ▲전조등 으로 구성됐다. 이에 본지는 실용화 점검에서 발표된 사항들을 정리했다.
 
■대용량 에너지 흡수장치가 적용된 TSI 표준형 연결기 시스템 개발
대용량 에너지 흡수장치가 적용된 TSI 표준형 연결기 시스템 개발은 총 연구비 37.4억 원(3,740,000,000)으로 2014년 8월 29일부터 2017년 4월 28일까지 진행되는 연구다. 연구는 유진기공산업주식회사가 맡았다.

이 기술의 최종목표는 대용량 에너지 흡수장치가 적용된 TSI 표준형 연결기 시스템 개발로 TSI에서 요구하는 자동복합연결기와 호환 가능한 연결기를 개발하고 차량 충돌 시나리오에 따라 발생하는 충돌 에너지를 효율적으로 흡수할 수 있는 대용량 에너지 흡수장치를 개발한다. 이와 함께 연결기 시스템 설계와 충돌안전 검증을 위한 충돌 특성 해석 시뮬레이터를 개발하며 연결기 시스템 적합성 검증 및 형식승인 인증획득을 한다.

현재 유압버퍼는 전량수입하고 있고 국내업체가 없으며 국내 기술력도 전무하다. 변형튜브와 Shear off, 연결기 헤드는 전량 수입하고 전기연결기는 국내 생산중이나 동영상과 통신 전송 관련 개발이 필요하다.

1차년도 추진실적은 설계요구사항 분석과 데이타를 수집하고 TSI 및 EN16019 규격을 검토하며 충돌 요구조건을 검토후 연결기 헤드 100R 연결과 연결기 헤드 상하, 좌우 연결범위를 검토했다 이후 연결기 헤드 시작품 제작과 품평회를 올해 3월 10일과 13일에 진행했다. 압괴시 특성 곡선 요구성능 조건 검토와 해석결과 반영 시작품 제작과 조립, 특허 전략수립 사업도 시행했다.

이 기술이 개발되면 일본식 밀착연결기의 기술적 한계를 극복하고 수입에 의존하고 있는 고속전철용 연결기에 대한 국산화 기술력 확보가 가능하며 국제 표준에 부합되는 연결기 개발을 통한 해외 시장 진출이 가능하다.

제품 개발 초기부터 단계별 적합성 검증을 수행하고 개발 직후 형식승인 인증을 획득해 시장진입에 소요되는 기간 단축이 가능할 것으로 예상된다.

또한 10량 1편성 기준으로 20편성일 경우 약 50억 원의 수입대체 효과가 예상되고 개발완료 시점에서 현대로템의 연간 해외 수주 물량의 50%를 고려할 경우 약 300 편성을 예상해 연간 250억 원의 수입대체 효과를 예상할 것이라고 밝혔다.

특히 개발 후 국내 수요가 예상되는 고속전철, 간선형 자동차, 중고속열차, GTX 등에 적용하고 현대로템의 해외 수출 차종에 본 사업에서 개발된 연결기 시스템을 제안하며 KTX-산천, 호남고속전철, 원주-강릉선에 적용된 차량의 연결기에 대한 유지보수품을 대응할 전망이다.

▲ 베어링     © 국토매일

■EN 12080 대응 철도차량용 차축베어링 국산화 기술 개발
EN 12080 대응 철도차량용 차축베어링 국산화 기술 개발은 2014년 11월 6일부터 2018년 4월 28일까지 진행되는 연구로 한국철도공사가 주관하고 (주)베어링 아트, (주)티아이씨, (주)KTM이 공동연구기관으로 참여, 호서대학교가 위탁연구기관이다. 연구개발비는 9,600,001천 원이다.

철도차량 차축베어링은 중대사고로 이어질 수 있는 주행장치 중 중요한 부품으로 전량 수입에 의존해 국산화를 통한 국내시장 확대와 세계적 기술경쟁력 확보가 중요하다.

연구개발방향은 수입에 의존하는 차축베어링을 국산화해 가격경쟁력을 확보하고 국내 실용화(현대로템 채택, 철도공사 구매 성공 시) 해외수출이 연간 1,883억 원으로 기대하고 있다. 1차년도 연구개발 성과는 국내외 기술동향 및 인증관련 자료조사와 차축베어링 품질규격서, 화차용 차축베어링 벤치마킹, 객차 및 기관차용 차축베어링 벤치마킹, 120km/h 차축베어링 설계도와 부품도, 120km/h 차축베어링 설계도와 조립도, 120km/h 차축베어링 시제품과 단품을 만들었다. 이어 200km/h 차축베어링 설계도-조립도, 120km/h급 요구수명해석 보고서, 200km/h 차축베어링 설계도-부품도, 200km/h급 요구수명해석 보고서가 나왔다.

2차년도 연구계획은 120km/h급 차축베어링 시제품 제작으로 진행되며 롤러제작, 내․외륜 가공 및 제작, 케이지 가공 및 제작, 열처리 및 연마, 단품조립, 시제품 품질 평가가 예정돼 시제품을 시험할 전망이다. 이어 300km/h급 차축베어링 설계는 도면출도, 공정설계, 고속․고하중 열처리 공정설계, 센서개발로 구성된다.

고속 성능․내구성 시험기 제작은 고속철도 차량용 차축베어링 내구성능시험기 설치 운용으로 고속철도차량용 베어링 성능 시험에 관련된 EN12080과의 적합성을 검토하고 고속 내구 성능 시험에 최적화된 전용 시험 공간을 확보한다. KOLAS 기반의 시험 설비 품질관리 시스템을 적용하며 2인의 전담 운영 요원을 배치한다.

▲ 스크린도어     © 국토매일

■상하개폐식 스크린 도어
이 연구의 목적은 로프식 승강장 안전문 SIL 인증 상하개폐식 스크린 도어 상용화 기술개발로 2013년 12월 27일부터 2017년 6월 26일까지며 총 연구비는 6375백만 원이다. 주관은 한국교통연구원이 하고 공동으로 한국철도시설공단, (주)소명, (주)SKD HI-TEC, (주)Steng, (주)LBC Soft가 맡았으며 위탁은 한국교통대학이다.

연구개발 목표는 로프타입 승강장 안전문(RPSD) SIL2 인증 취득으로 ▲구조체 경량화 기술 확보(30% 경량화) ▲부품 중 검증된 상용품 적용 50% 이상 ▲제작ㆍ검사ㆍ운송ㆍ설치 등의 편의성 확보를 위한 모듈화 기술 확보 ▲운영실적(2개소) 구축 및 신뢰성 평가 ▲일본ㆍ중국ㆍ미국ㆍEU 해외특허 등록이다.

상용화 기술개발 목표는 국제표준 안전인증 기반의 설계ㆍ제작ㆍ성능시험ㆍ시범설치다.

설계조건은 허용응력 설계법으로 도시철도법, 철도안전법, 건축법에 근거해 순간풍속 30m/s, 태풍풍속 60m/s로 내풍압은 270kgf/m2다. 인압하중(승객혼합하중) 100kg/f 이상 (FL+1.2~1.5m높이)로 피로하중(50만회/년기준) +- 500N/m2 지진하중(수평방향) 0.2g다.

현재 로프식, 2motors는 대구 문양역과 동경 전원도시선 츠키미노역에 상용화 됐고 열차 정지후 닫힘, 열차 출발 후 닫힘, 열차 출입문과 연동이 제어 원칙이다.

문양역 시범운영 평가시 장애 발생 현황은 2013년 4월 10일부터 2014년 4월 9일까지 총 25건으로 운영장애에 따른 오작동율은 상선 0.011%, 13건/111,072 하선=0.011%=12건/111,072회로 나타났다.

■고휘도 LED 전조등 개발
이 과제는 철도 차량용 100만 칸달라급 고휘도 LED 전조등을 개발하는 것으로 2013년 12월 27일부터 2017년 6월 26일까지 진행되는 연구과제다. 총 연구비는 5226백만 원이다. 주관은 (주)JKA가, 공동연구기관은 (주)SHH, (주)일진엘이디, 한국철도기술연구원이며 위탁연구기관은 한국철도공사, 광주도시철도공사, 한국교통대학교다.

세부 연구목표는 ▲LED 전조등 성능평가 및 기준 연구 ▲COB Type LED연구 ▲COB Type LED용 광학부품 연구 ▲고휘도 LED 전조등용 방열 구조 연구 ▲지능형 컨버터 연구로 구성됐다.

현재 시험용 샘플 제작과 특성 시험이 진행됐고 수명시험 장치를 설계했다. 또한 브라질의 NT EXPO 2014에 출품하기도 했다.

실용화 전략은 한국화학융합시험연구원 시험 성적서를 회득하고 방열 구조의 열 전달 특성시험 완료(2014) 와 시물레이션 수행 완료(2014.11.11.) COB LED 광 특성시험(자체 시험):온도 별 특성, 전원 변동에 대한 특성(2014.10.30.) 광학 특성 시험 환경 구축(2014.10.20.~2015.10.19.), 광학 전용 실험관 건립(2014.11.18.)이다.

수명시험 장비 설계 및 제작과 고휘도 LED전조등용 수명시험 표준안 제시, 수명시험 시료 제작, 수명시험을 실시한다.

이후 한국철도공사과 광주도시철도공사 등 운영기관들과의 공동 개발 참여로 연구 성과 및 관련 정보를 공유하고 2015년, 2016년 국내 철도전시회 참가해 홍보한다. 현차 운영시험을 통한 홍보와 시장을 확보하고 철도 운영기관 공동제안을 추진하며 국외 철도전시회를 통해서도 홍보한다는 전략이다.
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