LRC (열차)
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1. 개요
LRC(Light, Rapid, Comfortable)는 캐나다에서 개발된 고속 열차로, 곡선 구간에서 속도를 높이기 위해 능동형 틸트 기술을 사용했다. 1960년대에 캐나다 국립 철도(CN)가 터보트레인보다 개선된 열차를 개발하기 위해 시작되었으며, 1970년대 초 시제품 테스트를 거쳐 1970년대 후반 비아 레일에 의해 상용 운행되었다. LRC는 기관차와 객차로 구성되었으며, 틸트 시스템과 경량화된 차체, 향상된 서스펜션을 특징으로 했다. 비록 초기 문제와 기관차 무게 증가 등의 어려움을 겪었지만, 아셀라 익스프레스와 같은 후속 고속철도 개발에 영향을 미쳤다. 현재는 일부가 박물관에 보존되어 있고, 객차는 새로운 기관차에 의해 견인되어 운행되고 있다.
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LRC (열차) | |
---|---|
개요 | |
![]() | |
이름 | Léger, Rapide, et (가볍고, 빠르고, 편안한) |
종류 | 캐나다의 여객 철도 차량 등급 |
기본 정보 | |
동력 방식 | 디젤–전기 |
제작사 | 봄바디어 트랜스포테이션 |
주문 번호 | M6109, M6125 |
제작 일자 | 1980–1984년 |
총 생산량 | LRC-2: 21대, LRC-3: 10대 |
AAR 차륜 배치 | B-B |
UIC 분류 | Bo′Bo′ |
최소 곡선 반경 | 23도 |
연료 종류 | 디젤 연료 |
주요 동력 장치 | ALCO 설계 16-251F, MLW / BT에서 제작, 몬트리올 |
엔진 종류 | 4행정 디젤 |
실린더 수 | 16 |
변속기 | 디젤–전기 |
동력 출력 | (견인용), 나머지는 기관차 보조 장치 및 HEP용 |
열차 난방 | HEP 480 볼트 60 헤르츠 AC |
기관차 제동 장치 | 공기, 다이내믹 |
열차 제동 장치 | 공기 |
연결기 | Type H (APTA) |
운영 | |
운영자 | VIA 철도, 암트랙 |
차량 번호 | VIA 6900–6920 (LRC-2), 6921–6930 (LRC-3), 암트랙 38-39 |
배치 장소 | 북아메리카 |
최초 운행 일자 | 1981년 6월 1일 |
퇴역 일자 | 2001년 |
보존된 차량 | VIA 6917 및 VIA 6921 (둘 다 작동 가능) |
복원 일자 | VIA 6917: 2014년 5월 |
현재 소유자 | VIA 6917: 토론토 철도 역사 협회, VIA 6921: 엑스포레일 |
처리 | 대부분 고철 처리, 2대 보존, 일부 판매 중 |
2. 역사
LRC(Light, Rapid, Comfortable/Léger, Rapide, et Confortable)는 1960년대 후반부터 Alcan, Dofasco, 몬트리올 기관차 공장(MLW)이 공동 개발한 고속 열차이다. 이 열차는 경량 알루미늄 차체, 능동형 틸트 시스템, 유선형 디자인을 특징으로 한다.[22]
1966년, Alcan의 엔지니어는 새로운 경량 열차에 대한 아이디어를 구상하여 캐나다 내셔널 철도(CN)에 설계를 제시했다. 이 설계는 차량의 무게를 줄이기 위해 대부분 알루미늄으로 제작되었고, 기존 열차보다 약 5.08cm 낮게 제작되었다.[22] 또한 차량 전체의 하부와 주행 장치를 유선형으로 설계하고, 차량 간 간격을 줄여 공기 저항을 최소화했다. 액티브 틸트 시스템은 기존 선로에서 더 높은 속도를 낼 수 있게 해주었고, 진보된 서스펜션 설계는 모든 속도에서 부드러운 승차감을 제공했다.[22]
기관차는 3750bhp @ 1050 rpm의 ALCO 16-251F 구동원을 사용했다.[10] 이 엔진은 MLW에서 이미 제작하고 있던 유일한 적합한 엔진이었으며, 1950년대의 비교적 오래된 설계였다. LRC는 북미에서 이 엔진을 마지막으로 사용하는 사례 중 하나가 될 것이다. 기관차 차체는 차량과 동일한 높이에서 엔진 주위에 매우 촘촘하게 감싸여, 설계는 현대적 기준에서도 매우 작았으며, GE 제네시스보다 몇 피트 짧고 수천 파운드 가벼웠다. 가벼운 무게와 낮은 풍력 저항은 더 적은 동력을 사용하여 더 높은 속도를 낼 수 있게 하여 연료 효율을 향상시켰다.[22]
1967년 1월, Alcan은 Dofasco와 MLW에 새로운 합작 투자를 통해 설계를 개발할 가능성에 대해 제안했다. 그해 12월, 이 그룹은 설계를 캐나다 교통부에 제시했으며, 이듬해 1월에는 자금 지원을 받기 위해 외교통상부에 또 다른 프레젠테이션을 했다. 몬트리올 외곽에 위치한 캐나다 정부의 교통 개발 센터(TDC)는 산업 기술 진흥 프로그램(PAIT)에 따라 기술 개발 자금을 제공하기로 합의했다.[11]
도파스코(Dofasco)는 틸팅 메커니즘을 포함한 대차를 개발했다.[15] 차축과 대차 프레임 사이에는 판 스프링을 사용하고, 고무 시트로 충격 흡수를 제공했다.[13] 틸트 제어 장치는 SPAR Aerospace와 스페리 랜드(Sperry Rand) 캐나다에서 개발했다.[14] 유압 실린더가 차체를 좌우로 움직여 최대 8.5도까지 기울였다.[15] 이렇게 하면 회전축이 승객의 무게 중심에 가깝게 유지되어 승객이 느끼는 움직임의 느낌이 줄어들고, 하중은 0.5g으로 감소했다.[13]
1972년 PAIT 자금 고갈과 CN의 주문 연기로 프로젝트는 중단되었으나, 1973년 7월에 TDC로부터 추가 자금을 지원받아 기관차를 완성하고 테스트를 재개했다.[20] 1974년 11월부터 6주 동안 미국 콜로라도주 퓨에블로의 고속 지상 테스트 센터에서 고속 테스트를 진행, LRC 시제품은 최대 200km/h의 속도로 35000km를 주행했다.[21] 1976년 3월 12일 퀘벡주 펀햄 외곽의 CN 노선에서 시제품은 208km/h에 도달했다.[12]
봄바디어는 LRC를 상용화하기 위해 1975년에 MLW를 인수했다. LRC는 최고 속도는 고속 여객 열차(APT)나 신칸센보다 낮았지만, 연비 등 다른 면에서 매우 진보된 기술로 평가받았다. 특히 LRC는 5량 열차 기준으로 1USgal/mi보다 약간 더 사용하는 수준으로, 기존 열차가 2USgal/mi 미만, 터보 열차가 2USgal/mi에서 3USgal/mi를 사용하는 것에 비해 연비가 우수했다.[13]
1978년, 비아 레일은 LRC 기관차 10량과 객차 50량에 대한 첫 주문을 공식화했고,[31][29] 1981년부터 LRC가 상용 운행을 시작했다.[29][12][33]
2. 1. 속도 문제
열차가 곡선 구간을 주행할 때 발생하는 원심력은 속도의 제곱에 비례하고 반경에 반비례한다.[1][2] 이 힘은 승객에게 불편함을 야기하고, 열차를 옆으로 밀어 바깥쪽 레일의 마모를 유발한다. 초기 철도는 속도가 느려 큰 문제가 되지 않았지만, 고속 열차에서는 원심력 문제가 중요해졌다.[1]이 문제를 해결하기 위해 곡선 구간에 속도 제한을 두거나, 캔트 또는 경사를 통해 바깥쪽 레일을 높이는 방법이 사용되었다. 이러한 조치는 1835년에서 1860년 사이에 철도에 점차적으로 채택되었다.[1] 트랙 캔트는 열차 속도가 미리 정해져 있는 경우에만 적용할 수 있다. 느린 열차는 안쪽으로 당기는 힘을, 빠른 열차는 바깥쪽으로 당기는 힘을 경험하기 때문이다. 오랜 경험을 통해 느린 열차의 불편함을 피하기 위해 트랙 캔트는 6°를 초과해서는 안 되며, 빠른 열차의 경우 캔트 부족은 4.5°를 초과해서는 안 된다는 것이 밝혀졌다.[3]
2. 2. 능동형 틸트 (Active Tilt)
틸팅 열차는 곡선 구간에서 차체를 기울여 원심력을 상쇄하는 기술이다. 1950년대에 개발되었으며, 스페인의 탈고 열차가 대표적이다. 하지만 탈고의 틸팅 시스템은 "수동적"이어서 곡선에 반응하는 데 시간이 걸렸다. 이를 개선하기 위해 영국 철도는 1960년대부터 능동형 틸트 시스템을 연구하여 고속 여객 열차(APT) 개발에 기여했다.[5] 능동형 틸트 시스템은 센서로 차량에 가해지는 힘을 감지하고 유압 램을 사용하여 적절한 각도로 빠르게 회전시키는 방식이다.[5]틸팅은 승객의 불편함을 줄여주지만, 레일에 가해지는 힘은 변화시키지 않는다. 고속으로 곡선 구간을 통과하는 열차는 레일 마모를 유발할 수 있는데, 기관차의 무게를 줄이거나 동력을 열차 전체에 분산시키는 방식으로 이를 줄일 수 있다.
한편, 1960년대 일본의 신칸센은 210km/h의 운행 속도로 설계되었으며, 2.5km의 최소 반경을 가진 완만한 곡선을 사용했다.[4]
2. 2. 1. 터보 (Turbo)
터보트레인(CN에서는 "터보"라고도 함)은 캐나다 내셔널 철도(CN)가 토론토와 몬트리올 사이 구간을 포함한 퀘벡 시티-윈저 회랑에서 더 빠른 속도로 운행하기 위해 도입한 초기 고속 열차였다.[8] 1960년대 초 유나이티드 항공사에서 설계한 터보트레인은 탈고의 수동 틸트 시스템 라이선스 버전과 새로운 터빈 구동 기관차를 사용했다.[9] CN 열차 세트는 대퍼스코(차륜 및 서스펜션 시스템), 알칸(차체), 몬트리올 기관차 공장(MLW)(엔진 및 전력 시스템) 컨소시엄에 의해 캐나다에서 제작되었다.[9]
터보트레인은 연결된 대차로 인해 정비소에서만 분리할 수 있었고, 단일 객차 문제 발생 시 전체 열차 운행을 중단해야 했으며, 열차 길이 변경이 어려워 유연성이 떨어졌다. 두 열차를 연결하여 더 긴 열차를 만들 수 있는 기능이 있었지만, 실제로는 큰 가치가 없었다. 터빈 동력은 가볍고 신뢰성이 높았지만, 연료 효율이 낮았다.[9]
2. 2. 2. LRC
Alcan, Dofasco, MLW (Montreal Locomotive Works)가 공동 개발한 고속 열차이다. 경량 알루미늄 차체, 능동형 틸트 시스템, 유선형 디자인을 특징으로 한다. ALCO 16-251F 구동원을 사용했으며, 기관차 차체는 차량과 동일한 높이로 설계되어 공기 저항을 줄였다.[22] 캐나다 교통 개발 센터(TDC)의 지원을 받아 개발되었다.[11]1966년 이른 시기에 Alcan의 한 엔지니어가 새로운 경량 열차에 대한 아이디어를 구상하여 CN에 설계를 제시했다. 차량 차체는 경량을 위해 대부분 알루미늄으로 제작되었으며, 기존 열차보다 약 5.08cm 낮게 제작되었다.[22] 차량 전체의 하부와 주행 장치 또한 유선형으로 설계되었고, 차량 간의 간격을 줄여 공기 저항을 줄이기 위해 틈새 없이 밀착되었다. 차량의 액티브 틸트는 기존 선로에서 더 높은 속도를 낼 수 있게 해주었고, 진보된 서스펜션 설계는 모든 속도에서 부드러운 승차감을 제공했다.[22]
기관차는 3750bhp @ 1050 rpm의 ALCO 16-251F 구동원을 기반으로 했다.[10] 이 엔진은 MLW에서 이미 제작되고 있던 유일한 적합한 엔진이었으며, 1950년대의 비교적 오래된 설계였고, LRC는 북미에서 이 엔진을 마지막으로 사용하는 사례 중 하나가 될 것이다. 열차 전체를 가능한 한 유선형으로 유지하기 위해 기관차 차체는 차량과 동일한 높이에서 엔진 주위에 매우 촘촘하게 감싸였다. 결과적으로 설계는 현대적 기준에서도 매우 작았으며, GE 제네시스보다 몇 피트 짧고 수천 파운드 가벼웠다. 가벼운 무게와 낮은 풍력 저항은 더 적은 동력을 사용하여 더 높은 속도를 낼 수 있게 하여 연료 효율을 향상시켰다.[22]
오래된 엔진 설계에도 불구하고 LRC는 터보(Turbo)보다 모든 면에서 획기적인 발전을 이루었으며, 동일하거나 더 빠른 속도로 더 부드러운 승차감을 제공하고, 자본 및 운영 비용을 절감하며, 열차 길이를 쉽게 변경할 수 있었다. 1967년 1월, 두 회사는 새로운 합작 투자를 통해 설계를 개발할 가능성에 대해 Dofasco와 MLW에 접근했다. 12월, 이 그룹은 설계를 캐나다 교통부에 제시했으며, 1월에는 자금 지원을 받기 위해 외교통상부에 또 다른 프레젠테이션을 했다. 몬트리올 외곽에 위치한 캐나다 정부의 교통 개발 센터(TDC)는 산업 기술 진흥 프로그램(PAIT)에 따라 기술 개발 자금을 제공하기로 합의했다.[11]
이 노력은 정부 내에서 강력한 지지를 받았다. 캐나다 교통 위원회는 회랑 서비스 제공 문제를 연구하고 "가장 수익성 있는 전략은 새로운 차량 기술 도입을 통해 기존 철도 시설의 잠재력을 극대화하는 것"이라고 결론지었다.[12]
2. 2. 3. 서스펜션 설계
도파스코(Dofasco)는 틸팅 메커니즘을 포함한 대차를 개발했다.[15] 차축과 대차 프레임 사이에는 판 스프링을 사용하고, 고무 시트로 충격 흡수를 제공했다.[13]틸트 제어 장치는 SPAR Aerospace와 스페리 랜드(Sperry Rand) 캐나다에서 개발했다.[14] 차체는 각 대차의 앞뒤에 있는 두 개의 U자형 암에 장착된 롤러 위를 주행했다. 유압 실린더가 이러한 암을 따라 차체를 좌우로 움직여 최대 8.5도까지 기울였다.[15] 이렇게 하면 회전축이 승객의 무게 중심에 가깝게 유지되어 승객이 느끼는 움직임의 느낌이 줄어들고, 하중은 0.5g으로 감소했다.[13]
2. 3. 시제품 및 테스트
도파스코(Dofasco)가 틸팅 시스템을 성공적으로 시연하면서 시제품 열차 제작을 위한 추가 계약이 체결되었다. LRC는 경량 열차, 고속 운행, 기존 열차보다 더 편안한 승차감을 제공하는 것을 목표로 하였다. 몬트리올의 알칸(Alcan)이 알루미늄 객차와 기관차 차체, MLW는 새로운 디젤-전기 시스템 개발 계약을 체결했다.[16]시제품 개발에는 248만 달러가 소요될 것으로 예상되었고, 정부는 PAIT 협정에 따라 절반을 지원했다. 실제로는 예산을 77000USD 초과하여 회사들이 자비로 충당했다. 시제품 객차는 1971년에 완성되어 기존 기관차로 시험 운행을 시작, 1972년 여름까지 약 8046.70km의 운행 거리를 기록했고, 몇 가지 사소한 문제가 발생했다. 틸팅 메커니즘 문제는 SPAR와 맥마스터 대학교 연구팀이 연구하여 수정 사항이 설계에 반영되었다. 시제품 기관차는 85% 완성되었다.[17]
CN 임원들은 장비 비용에 대한 우려를 표명했고, 엔지니어들은 유압 시스템 대신 전기 구동 틸팅을 선호했다. 도파스코는 그러한 변경이 비실용적이라고 언급했고, CN은 추가 테스트를 요청했다. 이는 엑스포 '67을 위해 급하게 투입된 터보(Turbo)에서 발생한 문제에 대한 대응이었을 가능성이 높다.[18][19]
1972년 PAIT 자금 고갈과 CN의 주문 연기로 프로젝트는 중단되었다. 컨소시엄은 TDC에 추가 자금을 요청했고, 1973년 7월에 460000USD가 지급되어 기관차를 완성하고 테스트를 재개했다.[20]
캐나다 철도 파업으로 테스트가 지연되자, 컨소시엄은 미국 콜로라도주 퓨에블로의 고속 지상 테스트 센터에서 고속 테스트를 진행했다. 1974년 11월부터 6주 동안 LRC 시제품은 최대 200km/h의 속도로 35000km를 주행했으며,[21] 시속 65mph로 설계된 코너를 시속 105mph로 통과했다. 하루 동안의 테스트에서는 평균 98.6mph의 속도를 기록했다.[13] 암트랙은 결국 터보라이너의 현지 제작 버전을 구매했다.[21]
1975년에는 LRC가 토론토-사르니아 구간에 투입되어 기존 템포를 대체하고 템포의 기존 운행 일정 및 저속으로 운행하는 테스트가 진행되었다. 기관차는 100000km, 객차는 80000km를 더 운행했다. 1976년 3월 12일 퀘벡주 펀햄 외곽의 CN 노선에서 시제품은 208km/h에 도달했다.[12] 이로써 LRC는 4단계 테스트 프로그램을 모두 통과하고 캐나다 서비스에 투입될 수 있게 되었다. 테스트 총 비용은 1100000USD, 프로그램 전체 비용은 총 5000000USD였다.[22]
2. 4. 생산
봄바디어는 LRC를 상용화하기 위해 1975년에 MLW를 인수했다. LRC는 영국의 APT보다 먼저 운행될 예정이었다. 최고 속도는 APT나 일본의 고속열차보다 낮았지만, 연비 등 다른 면에서 매우 진보된 기술로 평가받았다. 특히 LRC는 5량 열차 기준으로 1USgal/mi보다 약간 더 사용하는 수준으로, 기존 열차가 2USgal/mi 미만, 터보 열차가 2USgal/mi에서 3USgal/mi를 사용하는 것에 비해 연비가 우수했다.[13]모노코크 알루미늄 객차는 빈 객차의 무게가 약 47627.16kg으로, CN의 기존 열차보다 약 1/3 정도 가벼웠고,[12] 같은 시기에 미국에서 도입된 약 52163.08kg 암플리트 객차보다 약간 더 가벼웠다. 객차는 차량 전체 길이에 걸쳐 두 개의 알루미늄 거더를 중심으로 제작되어, 유럽의 유사한 디자인과 경쟁하면서도 더 엄격한 북미 충돌 기준을 충족하는 데 필요한 높은 강도를 제공했다.[23] 또한 차체 전체에 약 7.62cm의 폼 단열재를 포함한 강력한 방음 장치를 갖추고 있었다.[13]
개발 과정에서 LRC의 유일한 주요 문제는 기관차의 지속적인 무게 증가였다. 프로토타입 기관차의 무게는 약 107047.71kg으로, 기존 저속 기관차보다 약 약 6350.29kg 가벼웠다. 그러나 개발이 진행되면서 무게가 약 111130.04kg로 증가하여 차이가 없어졌다.[23] 1980년, 캐나다 국립 연구 위원회는 무게 증가로 인해 100mph 이상의 속도로 운행하면 레일에 과도한 마모가 발생하여, LRC가 대체하려는 터보와 동일한 속도로 제한될 것이라는 보고서를 발표했다.[24] 또한 Alcan과 TDC는 봄바디어가 MLW 부분을 관리하는 방식에 대해 매우 비판적이었으며, 중간 관리자들이 프로젝트를 신속하게 완료할 수 있는 전문성이 부족하다고 지적했다.[25]
2. 5. 상용 운행
1974년 피에르 트뤼도 총리의 선거 공약에 따라 캐나다 정부는 미국의 Amtrak과 유사한 전국적인 운송 업체 설립을 추진했다.[26][27] 1975년 LRC 구매에 원칙적으로 합의했지만, 비아 레일 설립으로 인해 구매는 보류되었다.
1977년 1월, Amtrak은 기관차 2대와 객차 5량에 대한 1000만달러 임대 계약을 체결하고, 2년 후 구매 또는 반환 옵션을 가졌다.[28] Amtrak은 뉴욕 시와 보스턴 사이 노선에서 고속 운행을 위한 능동 틸트 기술을 조사했다. 1980년 가을, Amtrak용 "LRC 1" 배치가 완료되어 ''Beacon Hill''(뉴헤이븐-보스턴) 및 ''Shoreliner''(뉴욕-보스턴) 서비스에 투입되었다.[29]
Amtrak는 LRC 인수를 거부하고 1982년 봄바디어에 반환했다. 비아 레일은 Amtrak 객차를 시카고행 국제선에 사용했고, 기관차는 1990년에 폐기되었다.[30]
1978년, 비아 레일은 LRC 기관차 10량과 객차 50량에 대한 첫 주문을 공식화했다.[31][29] 이 시점까지 프로젝트 총 가격은 9000만달러였다.[28] 이후 추가 주문을 통해 1981년부터 LRC가 상용 운행을 시작했다.[29][12][33]
2. 6. 실제 운행
초기에 LRC는 기술적인 문제에 시달렸다. 흔한 문제 중 하나는 선로가 곡선에서 직선으로 바뀐 후에도 차량이 기울어진 상태로 "고정"되는 것이었다.[35]비아 레일은 열차를 운행에 투입하여 초기 시행착오를 견뎌냈고, 퀘벡 시-윈저 회랑에서 대부분의 도시 간 서비스를 위해 LRC에 의존하게 되었다. 원래의 LRC 기관차는 10년에서 15년 운행 후 점차 퇴역했지만, #6905는 2000년 글렌 로버트슨과 오타와 사이에서 새로운 "르네상스" 차량의 시험 운행에 사용되었다. LRC 기관차의 마지막 운행은 2001년에 이루어졌다.[36]
3. 퇴역
퇴역 후, 일부 LRC 기관차는 뉴브런즈윅주 몽턴의 산업 철도 서비스에 매각되었다. 일부는 폐기되었고 다른 차량은 박물관이나 운영자에게 판매되기를 기다리고 있다. 현재 보존된 사례는 단 두 대만 알려져 있다.[1]
4. LRC 객차
LRC 기관차 퇴역 후에도 대부분의 객차는 P42DC와 같은 신형 기관차에 의해 견인되어 계속 운행되었다. 종종 틸팅 메커니즘은 비활성화된 채로 운행되었다.[37]
2003년부터 VIA는 모든 회랑 열차에 무선 인터넷을 설치했으며, 일등석 차량 상단에 위성 다운링크를 위한 독특한 흰색 돔을 설치했다. 2007년 10월 캐나다 정부가 발표한 새로운 자본 프로그램에는 VIA의 남아있는 LRC 차량 개수를 위한 자금 지원이 포함되었다. 이 프로젝트의 일환으로 틸팅 메커니즘은 제거될 예정이다.[37]
5. 유산
봄바디어는 이후 LRC 객차와 틸트 시스템의 업데이트된 버전을 아셀라 전기 고속철도에 사용했다.[38] 슈퍼 보이저에도 적용되었으며,[39] 제트트레인에도 사용될 예정이었다.
참조
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2015-09-13
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