고속철도차량(KTX) 관절대차

일반적으로 철도차량에는 바퀴가 장착되어 차체를 얹고 달리는 대차가 차량마다 2대 설치되어 있는 것을 볼 수 있다. 그러나 TGV형 차량에서는 차량과 차량 사이에 대차를 1대만 설치하여 결과적으로 차량 1량당 1대의 대차를 설치하는 구조를 채택하고 있다.

영어로 Articulated Bogie를 관절대차, 연절대차, 연접대차 등 여러 이름으로 부르고 있으나 우리 몸의 관절과 같은 역할을 하고 있다고 하여 관절대차로 부르는 경우가 많다.

사실 관절대차는 프랑스의 TGV차량 이전에도 일본 등지에서 부분적으로 사용하고 있었지만 고속철도에서 본격적으로 도입하여 세계의 주목을 받은 것은 역시 프랑스의 TGV차량이라고 할 수 있다.

 

관절대차

 

관절대차를 사용함으로써 대차 및 차륜의 수량이 거의 반으로 줄어(한국고속철도차량의 경우 20량이 1개의 편성을 이루고 있으므로 보통의 차량 같으면 20x2 =40대의 대차가 붙어있을 것이나 동력차에 동력대차 2대씩 동력객차에 1대씩 그리고 양쪽 모두 4번째 대차부터는 관절대차를 사용했기 때문에 차량과 차량 사이에 17대의 대차가 설치되어 있어 총 23대의 대차가 있음. 차륜도 68개 감소) 차량의 중량을 대폭 줄일 수 있을 뿐만 아니라 구름저항이나 진동도 감소되는 등 주행성능이 많이 향상된다. 차체를 가볍게(경량화) 함으로써 큰 동력(13560kW: 18200마력), 공기저항이 적은 늘씬한 몸매, 가벼운 차체의 삼박자가 갖추어진 선로 위의 스포츠카로서의 역할을 다할 수 있는 것이다.

 

이외에도 관절대차를 사용함에 따라 차량이 가벼워져 에너지 소모가 최소로 되고 또 차량의 무게중심도 낮출 수 있어서 고속에서 더욱 안전하게 주행할 수 있을 뿐 아니라 승객들의 좌석이 진동이 큰 대차 위에 설치될 필요가 없게 되어 승차감도 개선된다. 또 객차의 양끝 부분만 대차 위로 올라가는 구조로 되기 때문에 차량 승강대의 문을 들어와 객실로 들어가는 도어 사이에 있는 서비스룸을 넓게 할 수 있고 방음, 공기조화에도 유리한 등 많은 잇점을 가지고 있다. 또 이 관절대차의 차축과 대차 사이에는 코일스프링이 진동을 완화시켜주지만 이 관절대차와 갱웨이 링(관절링) 사이에는 공기스프링이 붙어있어 고속화의 장애요인 중 하나인 승차감 악화도 막고 있다.

 

다음 그림은 객차와 객차, 동력객차와 객차 사이의 연결부위를 이해하기 쉽도록 그린 것인데, 먼저 ①을 고정링, ②는 이동링이라고 부르고, 이둘을 합쳐서 Gangway Ring(관절링)이라고 부른다. 고정링은 객차와 일체로 용접되어 있고 ①과 ②를 조립시에는 ①을 약20cm 들어 올린 다음 대차와 조립된 ②이동링을 밀어 넣어 조립한다. 이때 ①고정링과 ②이동링 사이에는 ③샌드위치 블록이라 하여 고무와 강철판이 마치 시루떡 모양을 한 쿠션으로 충격을 완화한다. 이동링과 뒷객차는 후크로 조립되고 두 차량 사이는 ⑥샌드위치 블록으로 주행중의 충격을 완화하고 있는 것을 볼 수 있다.

 

관절대차

 

한국형 고속철도차량의 견인력 전달을 잠시 생각해보면 전동기에 의해 회전된 차륜이 동력대차와 동력차 또는 동력대차와 동력객차 사이를 연결하여 주는 센터피봇(구멍에 원통형 봉이 암수를 이루고 있는 구조로 회전이 자유롭고 차체를 들어 올리면 그대로 대차와 분리될 수 있는 구조임)에 의해 동력차를 끌고 이 동력차는 객차를 끌며 객차는 ②이동링 하부에 있는 장치인 ⑤피봇(이동링 센터핀과 대차에 있는 구멍으로 연결)에 의해 객차대차를 끌고 가는 식으로 전동기의 회전력이 열차 전체에 전달된다.