디젤기관차의 견인력을 지배하는 요소

디젤기관차의 견인력을 지배하는 요소는 디젤기관의 마력, 주발전기의 성능, 견인전동기의 성능, 치차비, 동륜상, 하중 및 레일면의 상태 등이 있다.

 

디젤기관차

 

□ 디젤기관 마력

디젤기관에서 발생한 동력은 주발전기를 구동하는 외에 보조발전기, 공기압축기, 기관냉각송풍기, 견인전동기 냉각송풍기 및 여과송풍전동기 등 보조장치를 구동하므로 기관에서 발생된 총마력에서 보조장치 구동마력을 감한 것이 주발전기를 구동하여 열차 견인에 충당된 동력이 된다.

이 동력의 발생은 기관조속기와 부하조정기에 의하여 마력을 발생하도록 제어된다. 디젤기관의 출력이 주발전기와 견인전동기를 거쳐 열차를 견인하게 되므로 기관의 성능이 열차 견인력에 미치는 영향은 대단히 크다. 공전을 배제한 견인력은 열차운행 중 기관마력이 증가될 때 열차속도가 같으면 견인력은 증가하나 열차속도가 증가하면 견인력은 변하지 않는다.

견인력 = 기관견인마력 / 열차속도

 

□ 주발전기 성능

주발전기는 디젤기관의 출력을 동륜에 전달하는 첫 단계의 트랜스미션(Transmission) 작용을 하며 이것은 기계적 동력을 전기적 동력으로 바꾸어 견인전동기에 전하는 역할을 한다.

이 발전기는 견인전동기가 저속으로 회전할 때는 저전압 고전류를 발전하고 견인전동기의 회전속도가 높아지면 고전압 저전류를 발전하여 일정량의 전력을 견인전동기 요구에 알맞게 디젤기관의 동력을 공급하므로 주발전기의 성능이 견인력에 미치는 영향이 크다.

일반적으로 디젤기관에서 얻은 동력의 93～95%가 전기적 동력이 된다.

 

□ 견인전동기 성능

견인전동기는 제 2단계의 트랜스미션 장치로서 주발전기의 전기적 동력을 기계적 동력으로 바꾸어 동륜을 회전시킨다. 전동기에 부하가 많이 걸리면 걸릴수록 많은 전류가 흐르는 직류직권전동기의 특성에 따라 많은 부하가 걸리면 많은 전류가 흘러 권선에서 발열하게 된다.

견인전동기의 안전한계전류는 전동기 권선에 대한 열의 한계에 의하여 결정되고 열차의 최저속도(임계속도)는 전동기의 허용 최대 전류치를 초과하지 않는 범위 내에서 지속시켜야 한다.

따라서 견인전동기는 시간정격(Time Racting)이 정해져 있다. 즉 연속정격(Continual Rating) 1,000A 또는 15분정격 1,150A 등 견인전동기 종류에 따라 다르다.

이것은 견인전동기의 “Thermal limit"을 향상시키며 비교적 낮은 속도에서 계속 운전할 수 있는 안전전류한계가 높아져 보다 많은 견인력을 발휘할 수 있게 되므로 견인전동기의 열의 한계에 의한 시간정격이 열차 견인에 미치는 영향이 매우 크다.

 

□ 치차비

차축에 있는 큰 치차와 견인전동기의 전동차축의 작은 치차의 이(Tooth)의 비를 말하며 치차비가 클수록 기관차의 견인력이 크고 저속운전에 유리하다. 치차비가 낮으면 보다 고속운전이 가능하나 견인력은 떨어진다.

 

□ 동륜상 하중

차축은 기관차를 지지하며 견인전동기에 의하여 동력을 받는 것과 동력을 받지 않는 것이 있다.

만일 3축 대차에 있어 전후 2축에 견인전동기가 장착되고 중간축에 견인전동기가 장착되지 않았다면 그 기관차의 동륜상 하중은 정비중량의 2/3에 해당된다. 또한 3축이 모두 동력을 받는 축이면 그 기관차의 동륜상 하중(Weight on driver)은 100% 이다.

이 중량은 동륜과 레일 사이에 작용하는 점착력을 좌우하여 기관차의 차륜과 레일 사이에서 공전이 발생하지 않고 열차를 견인하는 능력 즉 점착 견인력을 좌우한다.. 점착 견인력은 차축상 중량과 마찰계수를 곱한 값으로 표시된다.

견인전동기의 회전력이 크다 할지라도 점착 견인력 보다 많으면 차륜은 공전하여 진행이 불가능하게 되므로 공전을 일으키지 않고 열차를 견인할 수 있는 최대 능력은 동륜상 하중에 관계되므로 동륜상 하중이 견인력에 미치는 영향이 크다.

 

□ 레일의 상태

차륜이 레일 위를 회전하면서 달릴 수 있는 것은 차륜이 레일 위를 미끄러지지 않고 회전할 수 있기 때문이다. 이것은 차륜 답면과 레일 사이에 일종의 마찰이 있기 때문이다.

기관차 중량과 “동륜-레일”사이에 작용하는 점착력은 레일의 상태 즉, 레일의 습기, 물, 서리, 기름이 묻었거나 모래를 뿌렸을 때 혹은 녹이 슬어 있으면 그 값이 달라진다. 레일에 녹이 슬었거나 모래를 뿌리면 마찰계수는 커지고 서리나 기름이 묻어 있으면 마찰계수는 작아지기 때문에 상태가 견인력에 미치는 영향이 매우 크다.

일반적으로 점착계수는 0.05～0.25이고 특수한 경우 0.35까지 도달되나 보통 본선이나 구내에 있어서는 0.18내외이고 낮은 구배와 작은 곡선에서는 0.25까지 된다.

 

점착계수표