철도 궤간 가변시스템

철도 궤간 가변시스템의 구성은 차량 측면에서 궤간가변대차시스템과 시설인프라 측면에서 궤간변환장치로 구성된다.

 

차량측면에서 차륜 간의 거리를 궤도의 궤간에 맞추어 가변 할 수 있는 기구를 갖춘 대차시스템으로 운영차량의 종류 및 형식 추진동력시스템 부착 여부, 운영 궤간의 종류 등에 따라 다양한 방식이 개발 적용되고 있다. 이러한 궤간 가변 시스템의 주요 구성품은 궤간가변 윤축, 주행장치프레임, 현가장치, 제동장치 등으로 이루어져 있다. 이 중 궤간가변 윤축은 이 시스템의 핵심이다, 궤간가변 윤축을 구성하는 핵심부품은 차축, 치륜, 액슬박스, 잠금장치 등으로 이루어져 있다.

 

궤간 변환장치는 궤간이 서로 다른 선구의 접속점에서 설치되는 지상설비로 궤간가변 차량이 본 설비 위를 약 10~30km/h의 속도로통과하며 차륜 궤간을 변화하도록 하는 설비이다. 스페인과 일본의 궤간 변환장치의 구성 구조는 가변 윤축 시스템에 의해 축상을 지지하는 레일을 두어 차축이 하중을 가해지지 않는 상태에서 차륜의 궤간을 변환하는 원리이다.

 

궤간 가변시스템

 

□ 폴란드의 SUW2000 시스템

폴란드는 동유럽과 서유럽의 물류 중심의 중심이지만 광궤와 표준궤가 만나고 있어 일찍부터 환적과 환승 기술이 발전해 왔다. 그러나 이러한 환적과 환승 기술은 동서 대륙물동량의 증가와 수송시간 단축의 중요성이 대두되어 승객의 환승이나 화물의 환적 없이 궤간 차이를 극복하는 가장 효과적인 방법으로 SUW2000 시스템을 개발하였다. SUW2000의 기술적인 적용 범위는 다음과 같다.

 

① 객차 및 동력대차용 궤간가변 윤축은 3가지 가변폭에 의하여 사용된다.

○ 1,435 ↔ 1,520mm 궤간용

○ 1,435 ↔ 1,668mm 궤간용

○ 1,435 ↔ 1,520 ↔ 1,668mm 궤간용

 

② 궤간변환장치

○ 1,435 ↔1,520mm 궤간용

○ 1,435 ↔1,668mm 궤간용

 

③ 화차용 대차 : 4RS/N (20～22.5톤)

○ 축당하중, 최고속도 120Km

 

④ 객차용 대차 : 25AN S/N (160Km ～200Km용)

 

SUW2000 궤간가변 윤축은 궤간 변환장치를 통과하면서 자동으로 요구되는 궤간 폭으로 조정된다. 이러한 궤간 변화는 정상 하중에서 이루어진다. 즉 화차의 중량이 차륜에 전달되지 않고 지지레일이 미끄러진다. SUW2000 윤축의 기본 요소는 차축, 차륜, 잠금장치, 윤축베어링, 외부커버 , Stopper ring, 셀크록킹 너트로 구성되어 있다. 차축 조립은 축, 고정허브와 분할형 브레이크로 구성되어 있다. 잠금장치는 고정부쉬, 확장부쉬, 내부슬리브, 안축스프링, 심, 플렌지, 패킹, 연결나사, 클램핑나사로 구성되어 있다.

차륜은 차축의 길이방향으로 위치하고 차륜의 자유회전을 방지하기 위한 방법으로 선로를 주행하는 동안에 윤축의 자기조심(Self-alignment)이 되도록 차축에 연결되어 있다. 윤축의 구조는 기존의 윤축과도 조화를 이루도록 객차나 화차의 모든 주행기어에 적합하고 1,435mm궤간에서 1,668mm로의 차륜 운동이 대차 프레임이나 완충장치, 차체의 어느 부분과도 간섭되지 않는다.

궤간변환장치는 폴란드의 한 제강공장에서 제작되었다. 이 장치는 차륜이 회전하면서 주행하는 2개의 홈 레일과 차륜 잠금장치와 상호 작용을 하는 2개의 제한 레일, 그리고 주행레일의 양측에 내부, 외부 보호 레일이 위치하고 있다.

 

 

□ 스페인의 궤간가변시스템 Talgo

Talgo 350탈고(Talgo,스페인어: Tren Articulado Ligero Goicoechea-Oriol)는 스페인에서 개발된 1축대차 연접형 객차 열차의 총칭이며, 이것을 개발한 철도 차량 제작사의 명칭이기도 하다. 탈고(Talgo)라는 명칭은 스페인어의 '연접 열차, 경량'의 첫 글자와 개발자 2명의 이름에서 유래했다. 여러 형식이 개발되어 있는데, 모두 차고가 낮은 것이 특징이다.

초기형인 탈고 I, II 은 차축이 연접형이 아닌 차체후부 설치형이기 때문에 단방향으로만 통상 운행할 수 있었지만, 1964년의 Talgo III 이후로는 차축이 연접축 위에 놓였으므로 전후방향으로도 운행이 가능하게 되어, 기관차 변경이 가능하게 되었다. TalgoIII 개발시에는, 같은 저차고(低車高)의 전용 기관차 3000T형(후의 353형)도 개발되었다.

1968년에 TEE로서 이웃나라 프랑스와의 노선 연장에 대응한 궤간가변 사양의 TalgoIII-RD가 등장했다. 이것이 Talgo가 궤간가변차량의 대명사가 된 이유이다.

1980년에 현행의 틸팅열차인 Talgo-PENDULAR(Talgo4)가 개발되어 탈고 시리즈의 주류가 되었다. 전용 기관차로써 354형이 개발되었지만, Talgo-PENDULAR는 전용기 이외의 기관차로도 견인할 수 있게 되었다. 이후의 Talgo 시리즈는 Talgo-PENDULAR를 기본으로 제작되었다. 이후 Talgo5, Talgo6, Talgo7가 등장했다. 현재는 양 단에 전용 기관차를 연결한 고속열차 TALGO350이 AVE에서 운행되고 있다.

탈고 350은 마드리드 바르셀로나선의 개업 시기인2007년 말까지 최고속도 350km/h로 운전되고 있다. 덧붙여 탈고는 1988년에 미국(암트랙)에 포트랜드-시애틀-밴쿠버노선, 1992년에 독일(DB)에 침대열차로 수출되었다.

 

스페인 탈고사의 궤간가변대차의 변환 과정을 살펴보면 다음과 같다.

① 대차가 궤간 변환 구간에 들어서면 궤간변환장치의 양측에 설치된 차체 지지레일이 대차축 하부의 하중 지지대를 받치고, 차축이 지지하고 있던 차체중량을 제거한다.

② 축박스의 쇄정핀을 지상의 궤간 해제 레일로 끌어내려 Lock를 해제한다.

③ 좌우의 차륜이 궤간 변환장치의 차륜 안내 레일에 안내되어 궤간이 변경된다.

④ 축 박스의 핀을 지상의 궤간 쇄정레일로 올려 다시 Lock를 고정한다.

 

궤간 변환은 지상의 궤간변환장치 위로 대차가 10~15km/h 속도로 주행하면서 행해지는데 요구되는 시간은 차량당 1분 미만이 된다. 기존 탈고차는 기관차 변환시에 한쪽 궤간의 기관차로 열차를 궤간변환장치에 밀어 넣고 열차의 시점에서 추진운전 기관차를 떼어내어 다른쪽의 궤간 기관차를 열차의 선두에 연결하여 견인하는 작업이 필요하였다. 이때 궤간 변환이 필요한 시간은 10~20분 된다. 그러나 최근에는 기관차 교체 없이 궤간을 변경할 수 있는 궤간가변동력대차를 갖춘 기관차를 개발하였다.