레일의 훼손 및 마모

외력(外力)작용에 의한 결함과 레일 자신이 보유하는 내부결함 또는 양자의 결함으로 사용불능상태가 되는 것을 훼손이라고 한다. 그리고 레일과 차륜은 접촉 면적이 적은 상태에서 차륜이 주행하므로 레일면에 강한 마찰로 손상되는 것을 마모라 한다.

 

□ 레일의 훼손

◦ 원인

- 제작 중 내부의 결함 또는 압연작용의 불량 등 품질적인 결함 발생

- 취급방법 및 부설방법 불량

- 작용하중에 비하여 레일 단면이 작은 경우

- 궤도상태 불량 시

- 부식, 이음매부 레일 끝 처짐 시

- 차량불량, 사고 및 탈선 시

◦ 종류

- 유궤, 좌궤 : 열차의 반복하중 등으로 두부 정부의 일부가 궤간내측으로 찌그러지거나, 정부의 전부가 압타되는 현상

- 종렬, 횡렬 : 종렬은 두부의 연직면에 따라 발생되며, 때로는 복부의 볼트구멍에 따라 발생된다. 그리고 횡렬은 두부 내부에 발생된 핵심균열이 반복하중에 의하여 발달된다.

- 파단, 파저 : 이음매볼트 부근의 응력집중이 원인으로 되어 방사형으로 발생하는 균열이 대부분이며, 경우에 따라서 두부와 복부에 발생하는 것으로 파단이라고 한다. 또한 레일 저부가 레일못과 침목과의 지나친 밀착관계로 파손되는 것을 파저라 한다. 레일 훼손의 약 50%를 점유하고 있다.

- 상복부, 하복부 균열 : 레일두부와 복부가 서로 접한 상복부와 저부가 서로 접한 하복부는 큰 응력을 받으므로 이 부분에 균열이 발생하는 현상을 상복부 및 하복부 균열이라고 한다.

- 결손 : 레일이 완전히 부러지거나 절손되게 하는 대횡렬이 발생하는 것으로 내부결함이 원인이며, 경질레일에서 많이 일어나고 내부적인 진행과정 후 도발적으로 발생하기 쉽다.

- 손상 : 불량차륜, 차량의 공전, 급격한 제동, 레일 못을 박을 때 해머자국이 레일을 손상시킨다.

- 흑점 균열 : 고속운전에서 곡선외 궤두부에 흑색 반점상의 균열이 발생하는 경향이 있다.

 

□ 레일의 마모

◦ 마모는 무르고 경량일수록, 직선보다 곡선의 외괘, 곡선반경이 적을수록, 평탄선 보다는 구배선이 심하다.

◦ 열차중량, 속도, 통과 ton수가 많을수록 마모 진행이 빠르다.

◦ 레일의 길이방향으로 수 cm 간격으로 파형으로 마모되는 파상마모(Corrugation) 형상은 도상이 과도하게 견고한 개소, Concrete도상 등 레일의 지승체가 견고하여 탄력성이 부족하고 불균일하여 발생한다.

◦ 레일의 마모는 레일의 경질화, 마모방지레일 부설, 도유의 실시로 경감이 가능하다.

 

□ 레일의 내구연한 및 피로한도

◦ 레일의 내구연한은훼손, 부식, 마모 등 3가지 원인에 의해 결정된다.

◦ 레일의 수명은 열차의 통과 ton수, 차량중량, 부설방법에 따라 상이하다.

- 직선부 20∼30년, 해안부 12∼16년, 터널부 5∼10년

◦ 최근 급곡선(R=400m 이하)에는 편마모가 발생하므로 갱환 주기 시 레일과 두부를 열처리하여 경도를 높인 경질화 레일을 곡선의 외측에 부설하여 대처한다.

◦ 훼손, 부식, 마모 등 이외에 반복되는 열차하중으로 레일의 피로현상이 생기는데 피로한도에 도달하면 레일은 급격히 파손된다. 피로한도에 도달한 레일은 갱환해 주어야 하는데 열차의 누적통과 ton수로 레일의 종류에 따라 피로한도를 감안하여 규정한 레일갱환주기는 다음과 같다.

- 60kg : 6억 ton

- 50kg : 5억 ton

- 40kg : 4억 ton

- 37kg : 2억 ton

- 30kg : 1.5억 ton