자동차와 진동소음1

 자동차와 진동소음1

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자동차는 수많은 부품들로 이루어진 종합기계인 동시에 최근에는 단순한 이동수단이면서 동시에 생활공간으로까지 인식되고 있다. 이에 따라 과거의 자동차 외부로 전달되는 소음과 진동에 큰 노력을 하였던 것과는 달리 이외에 자동차 내부에서 발생하는 소음과 진동은 직접적인 차량의 품질과 관련되고 있다. 따라서 엔진 및 풍단절 소음이외에 BSR(buzz버튼전자기, squeak마찰, rattle부재충격)같은 잡소리연구에도 많은 노력을 기울여야 하며 반면에 전기자동차 같은 소음이 거의 없는 곳에서는 새로운 품질의 음발생장치도 개발되고 있다.

 

자동차잡소리

국제적인 자동차 품질평가기관에서도 최악품질 10개 항목에서 잡소리를 중요하게 다루고 있다. 그 잡소리의 측정은 물론 마이크로폰과 진동가속도 센서 등으로 수행하는데 음향카메라가 효과적인 추적장비로 활용될 수 있다. 한편 이 잡소리의 평가는 대표적으로 ISO및 KS에 규정된 Loudness를 이용하기도 하는데 이때에는 일정시간 측정 후 라우드니스 값의 N10(통계레벨80%상한선)을 계산한다.

다음은 자동차 마케팅사?의 2012년 한국자동차 품질백서 TGW-d worst Items 10개 항목을 정리한 것으로 이 10개 항목 중 소음과 진동에 관련된 항목이 6개가 되는 것을 알 수 있다.

소음진동관련성	순서	내용   bisope	%
y	1	주행시 바람소리	21.48
	2	공조기 작동시 냄새	20.32
y	3	차체하부로부터 이상음	10.6
y	4	비정상적 이상음	9.2
	5	엔진출력부족	8.94
y	6	타이어 편마모	8.57
	7	바닥매트 고정불량	8.33
y	8	브레이크 마찰음	8.26
	9	라디오 수신불량	7.35
y	10	변속기의 부드럽지 않은 변속	7.19

 

키워드	자동차진동소음, 수송기계진동, 소음진동, 라우드니스, BSR, N10

 

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철도의 진동

철도의 진동

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누구나 인정하듯 의례 그런 줄 알고 있다. 철도는 진동이 많다. 자동차보다 선박, 항공 같은 다른 수송기계 중 진동이 제일 심하다는 것은 자연감지 능력만으로 알 수 있다. 그 이유는 고체와 고체간의 마찰 및 충격이 아주 잘 발생할 만큼 속도와 중량이 크기 때문이다. 발생원도 차체에서 발생하는 것과 차륜과 레일의 충격에서 발생하는 것의 두 가지로 나눌 수 있어서 소음발생원보다는 적지만 강력한 가진력을 가지고 있다.

철도 가진력(동력부와 차륜-레일부)

철도차량에서 발생하는 가진력은 철도차량 실내 또는 기계의 건강측면에서 느낄 수 있는 것으로서 다음과 같은 원인을 들 수 있다.

1.     탄성재료(공기스프링, 고무, 금속스프링)을 거치고 억제된 차륜-레일충격진동 (30~60Hz)

2.     구동모터 및 감속기 진동(1~60Hz, 1000~2000Hz)

3.     에어컨 및 환기팬 진동(1~200Hz)

4.     변압기 및 전기기인 진동(60~500Hz)

5.     기타 이음부의 마찰진동(1~10Hz)

위의 원인은 실내에로 전달이 되어 사람의 불편함과 기계수명에 영향을 준다.

둘째로 철도차량의 차륜이 레일 위를 지나갈 때 발생하는 것으로 위의 5항을 구체화 할 수 있다. 이 진동은 실내와 인근 구조물에 전달된다. 고유주파수 (0.5~1Hz)를 가진하며 일반개활지 통과 시 철도차량으로부터 R파(10Hz이하 표면파)로 전달되며 도심지 지하철은 30~150Hz의 P파, S파로 전달된다.

1.     레일간 이음부, 용접부, 분기부 등의 불연속구간

2.     레일의 수평또는 수직방향의 뒤틀림, 레일강성의 불균일, 레일지지기반의 침하(단차)

3.     차륜평면화(Wheel flat, 편마모), 차량자체결함

4.     열차들간 중량차이

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키워드	철도진동, 수송기계진동, 진동측정, 온라인 모니터링시스템, VMS, trend

발전소터빈의 진동과 철도차량진동의 차이

발전소터빈의 진동과 철도차량진동의 차이

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당연한 이해로 생각이 들 수 도 있지만 발전소 또는 일반산업플랜트의 진동과 철도차량의 진동을 비교하자면 에어컨 실외기모터의 진동과 자동차의 주행시 진동을 예를들면 잘 맞을 것이다. 큰 차이는 작고 크고를 떠나서 또는 얼마나 자주, 빨리를 떠나서 가장 다른 것은 속도(회전주파수)의 변동여부이다. 즉, 에어컨 실외기의 모터는 시동 후 즉시 정속가동하고 속도는 변하지 않지만 자동차(철도)는 움직일 때 엑셀을 밟을때마다 속도가 수시로 변동한다.

정상운전상태와 과도운전상태의 진동의 차이

대형연속생산공정에서 흔히 사용하는 원동기(모터, 터빈)등은 급속도의 시간에 정해진 속도를 주어 팬, 펌프, 압축기, 롤 등을 가동한다. 변속이 필요한 경우는 기어, 벨트, 체인 등으로 변속을 하고 VVV시스템으로 원동기의 속도를 변동할 수 있지만 대부분의 대형공장은 같은 속도로 회전하는 기계들로 구성된 정상운전상태(Steady state operating)의 진동이다.

반면에 과도운전상태진동(Transient operating)은 수시로 원동기의 속도가 변하면서 가동하는 철도, 자동차 등의 수송기계와 가공공작기계, 연속운반기계(크레인) 등을 예로 들 수 있다. 이는 설비의 수명과 두 시스템 간에는 진동의 모니터링 방법에 큰 차이를 보이는데 설비의 수명측면에서 공진효과의 반복에 의한 수명감소를 간과할 수 없다. 즉, 속도가 계속 변동한다는 것은 위험속도(Critical speed)에 머물 가능성이 더 크다는 뜻으로 진동이 더욱 커지는 공진구역에서 빈번한 공진에 의한 부분적인 피로파괴(fatigue failure)가 유도된다. 또한 모니터링관점에서 살펴보면 속도가 변한다고 설비의 모니터링 방법이 불가능한 것은 아니다. 과도운전상태의 진동현상이 변수가 많아서 더 어려울 뿐이다. 이 때에 일정한 공정속도에서 취득한 신호(주파수) 또는 진동량 간의 상대, 상호비교나 통계적인(일간, 주간, 월간) 진동량 비교가 실제로 적용이 가능하다. 모든 것을 다 모니터링한다는 것은 많은 데이터만을 축적할 수 있다면 뭐든지 가능하다는 이론이지만 실제로 모니터링은 저장공간이 무한하지 않기 때문에 그렇게 비효율적으로 진행되지 않는다. 다만 과도운전상태에서 주의할 점은 예지보전(PdM)이 불가능하지 않다는 점이며 모니터링 할 시점과 통계량의 비교가 될 것이라는 점이다. 양 시스템의 모니터링시스템을 구성할 때 이를 참고하기 바란다.

키워드	철도진동, 수송기계진동, 진동측정, 온라인 모니터링시스템, VMS, trend, transient, resonance

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