열차는 어떻게 탈선하지 않고 주행이 가능한가 VIDEO: How trains actually Turn ? | on curved rail track.
열차 탈선의 대부분의 원인은 커브구간의 과속 때문
열차의 탈선 방지 시스템
탈선(脫線)은 철도 차량의 차륜이 궤도를 이탈하는 일을 가리킨다. 과속, 기계적 결함 등의 유발 요소가 단독 혹은 복합적으로 작용하여 발생하며, 철도 사고에서 큰 비중을 차지하는 원인 중 하나이다.
열차의 탈선은 철도차량이 선로를 벗어나는 운행 사고를 말한다. 이 경우 열차가 뒤집히는 전복 사고로 이어져 큰 피해를 야기 할 수도 있다.
탈선을 방지하기 위해서는 안전한 주행장치의 설계가 중요하다.
철도차량에는 탈선을 방지하기 위한 장애물 제거기와 과속 방지 장치, 흔들림 감지 센서 등이 설치되어 있다. 열차 선두 차량의 앞쪽 아래에 장애물 제거기가 설치되어 있는데, 이 장애물 제거기가 장애물을 치워서 레일 밖으로 보내는 역할을 한다.
또한, 기관사의 오조작 등으로 정해진 속도를 넘어 과속하게 되면 안전 속도 이내로 속도를 줄이도록 설계되어 있다. 차량에 탑재된 헌팅 센서는 차량의 비정상적인 흔들림을 감지해 기관사가 속도를 줄이도록 안내합니다. 탈선의 주된 원인이 속도와 장애물, 충돌이기에 이같은 안전 설계로 탈선을 방지할 수 있는 것이다.
열차 바퀴와 레일은 왜 강철로 되어있을까
자동차가 고무바퀴로 아스팔트 위를 달리는데 비해 철도는 강철 바퀴가 강철레일 위를 달리는 구조로 된 것은 왜 인가? 이것은 강철이 튼튼하고 값도 비교적 싼 때문이기도 하지만 무엇보다 강철바퀴와 강철레일 사이에 작용하는 마찰계수가 다른 재료에 비하여 작기 때문이다. 마찰계수란 쉽게 말해 "서로 접촉하고 있는 물체를 움직이려고 힘을 가할 때 이 움직임을 방해하는 정도"인데 얼음판 위에서 스케이트 탈 때를 생각해 보면 쉽게 이해할 수 있다. 얼음판 위에서는 힘 들이지 않고도 신나게 스케이트를 탈 수 있는 것은 얼음판과 스케이트날 사이의 마찰계수가 낮기 때문이다. kric.go.kr
열차 바퀴의 탈선 방지 구조
철도차량의 무게중심을 커브 안쪽과 바깥쪽으로 적절히 분배시키기 위해 레일의 높이 설계가 달라진다. 안쪽 레일보다 바깥쪽 레일을 더 높게 만들어 차량의 하중을 안쪽으로 더 많이 집중시킨다. 그로 인해 차량이 원심력으로 인해 바깥쪽으로 기울어지는 것을 막아준다.
쇼트트랙 선수들이 몸의 균형을 원 안쪽으로 옮겨 구심력을 증가시키는 것처럼 차량의 무게중심을 회전중심 쪽으로 옮겨 원심력을 상쇄시키는 것이다. 이때, 바깥쪽 레일과 안쪽 레일의 높이 차이를 캔트(cant)라고 하는데. 캔트는 해당 구간의 곡선반경이나 주행 차량의 운행 속도 등의 변수들을 모두 고려한 과학적, 수학적 기술을 접목해 설계된다.
철도 궤도의 완화구간
자동차 레이싱에 참가하는 레이서들에게 요구되는 기술에는 여러 가지가 있다. 그 중에서도 ‘커브를 어떻게 효과적으로 탈출하는가’는 매우 중요한 역량인데. 직선 도로를 빠른 속도로 달리는 것은 누구나 할 수 있지만, 다양한 각도와 선형을 가진 커브를 사고 없이, 속도를 유지하며 빠져나오는 것은 고급 기술에 속한다. 이처럼 ‘주행’이라는 측면에 있어 커브를 달리는 곡선주행은 기술력의 정점이라고 할 수 있다. 철도차량 주행에 있어서도 곡선주행을 매끄럽고 안정적으로 해 내는 것은 차량 제작 및 선로 준설의 중요한 과제 중 하나다.
탈선방지 완화곡선 구간
철도차량은 직선에서 곡선으로 커브를 틀며 연결되는 부분에 ‘완화곡선’이라는 구간이 필요하다. 급한 곡선 운행은 차량에 충격을 줄 뿐만 아니라 원심력에 의해 승차감 악화나 탈선의 위험이 있기 때문입니다. 완화곡선 구간을 삽입함으로써 차량 충격 완화를 도모하고 구간내 선로는 바깥쪽 레일을 안쪽보다 높이 만들어 원심력에 의한 부담을 줄인다.
기존 열차 주행장치는 곡선 반경이 25m는 확보되어야 운행이 가능했다. 하지만 현대로템이 개발한 급곡선 주행 열차시스템은 곡선 반경 15m에서도 운행이 가능한 저상형 주행장치다. 주행장치란 열차의 차체를 지지하고 차량 주행을 담당하는 주요 장치로 대차라고 부르기도 하며, 이 대차는 열차 휠에 해당하는 차륜 및 차축 등으로 구성되어 있다.
현대로템이 개발한 급곡선 주행 열차시스템은 최대 속도로 곡선을 주행할 때 주행 압력과 소음, 마모를 저감하는 기술로 차량의 정숙성과 친환경성을 높일 뿐만 아니라 곡선 반경 또한 15m로 줄어 복잡한 도심 교차로에서도 보도나 건물 부지의 침범 없이 주행 선로를 준설할 수 있다.
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