무한궤도
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
무한궤도는 18세기 후반부터 존재해 온 기술로, 차량의 무게를 넓은 면적에 분산시켜 험지 주파 능력을 높이는 데 사용된다. 18세기부터 다양한 형태의 무한궤도가 개발되었으며, 1901년 앨빈 올랜도 롬바드가 최초의 상업용 무한궤도 차량을 생산했다. 무한궤도는 금속, 고무 등 다양한 재질로 제작되며, 접합 방식과 구조에 따라 여러 종류로 분류된다. 장점으로는 험지 주파 능력, 지면 압력 감소, 펑크 위험 감소 등이 있으며, 단점으로는 최고 속도 제한, 기계적 복잡성, 포장도로 손상 가능성 등이 있다. 현대에는 농업, 건설, 군사 분야에서 널리 사용되며, 특히 대한민국에서는 6.25 전쟁 이후 궤도 차량의 중요성이 부각되어 자체 개발 및 생산이 이루어졌다.
더 읽어볼만한 페이지
- 무한궤도차 - 불도저
불도저는 무한궤도식 트랙터에 블레이드를 부착하여 흙을 굴착하고 지면을 고르는 건설 기계이며, 토목 공사, 광업 등 다양한 분야에서 사용된다. - 무한궤도차 - 설상차
설상차는 눈 위에서 이동하도록 설계된 차량으로, 1922년 고무 무한궤도를 구동 장치로 하는 현대적 구조가 개발되었으며, 스포츠, 군사적 용도로 사용되고 북부 지역 사회의 교통 수단으로 중요한 역할을 하지만, 소음 공해, 안전 문제 등 다양한 사회적, 환경적 영향을 미친다. - 건설기계 - 불도저
불도저는 무한궤도식 트랙터에 블레이드를 부착하여 흙을 굴착하고 지면을 고르는 건설 기계이며, 토목 공사, 광업 등 다양한 분야에서 사용된다. - 건설기계 - 트랙터
트랙터는 농업에서 농기구를 작동하거나 견인하는 차량으로, 증기기관에서 가솔린, 디젤 엔진으로 발전해왔으며, 최근에는 친환경 기술과 자동화 시스템이 도입되어 농업 생산성 향상에 기여하고 건설, 정원 관리 등 다양한 분야에서 활용된다. - 잉글랜드의 발명품 - 기관총
기관총은 자동 사격이 가능하며, 19세기 개틀링 건에서 시작되어 맥심 기관총을 거쳐 발전했고, 제1차 세계 대전을 거치면서 참호전의 주요 무기가 되었으며, 냉각 방식, 사용 탄약, 작동 방식에 따라 종류가 나뉘어 제압 사격, 지역 거부 등의 목적으로 사용된다. - 잉글랜드의 발명품 - 진공관
진공관은 진공 상태 용기 내부에 전극을 갖춘 전자 장치로, 다이오드와 트라이오드 발명 후 20세기 중반까지 널리 쓰였으나 트랜지스터 등장으로 사용이 줄었지만, 고주파/고출력 분야나 오디오 앰프 등 특정 분야에서 다양한 종류로 여전히 사용되고 있다.
| 무한궤도 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 명칭 | 무한궤도 |
| 다른 명칭 | 캐터필러 트랙 크롤러 트랙 탱크 트랙 |
| 영어 명칭 | Continuous track Caterpillar track Tank tread |
| 구조 및 작동 원리 | |
| 기본 원리 | 차체에 벨트, 체인, 롤러 등을 연결하여 만든 궤도를 이용하여 추진력을 얻는 방식 |
| 작동 방식 | 궤도를 회전시켜 지면과의 마찰력을 이용하여 추진 조향은 좌우 궤도의 회전 속도를 다르게 하여 수행 |
| 장단점 | |
| 장점 | 접지 면적이 넓어 험지나 연약 지반에서 주행 용이 높은 견인력 안정적인 자세 유지 |
| 단점 | 일반 도로 주행 시 소음 및 진동 발생 고속 주행에 불리 복잡한 구조로 인해 유지보수 어려움 연비가 낮음 |
| 적용 분야 | |
| 군사 | 전차 장갑차 자주포 미사일 발사대 |
| 건설/토목 | 굴착기 불도저 크레인 |
| 농업 | 트랙터 콤바인 |
| 설상차 | 스노모빌 |
| 기타 | 일부 버스 (예: 런던 버스) 우주 탐사 로버 |
| 역사 | |
| 초기 개발 | 1770년 리처드 로엣지가 특허 획득 (실용화 실패) 1837년 러시아의 드미트리 자그랴즈스키가 농업용으로 개발 (특허 획득, 실용화 실패) |
| 실용화 | 19세기 후반~20세기 초, 여러 발명가들에 의해 개발 및 개량 |
| 군사적 활용 | 제1차 세계 대전 이후 전차에 적용되어 널리 사용 |
| 관련 정보 | |
| 참고 | 궤도차량 차륜형 차량 |
2. 역사
무한궤도의 개념은 18세기 후반부터 나타나기 시작했다. 1770년대 아일랜드의 작가이자 발명가인 Richard Lovell Edgeworth|리처드 로벨 에지워스eng가 원시적인 형태의 무한궤도를 설계한 것으로 알려져 있다. 이후 여러 발명가들이 유사한 아이디어를 구체화하려는 시도를 이어갔다.
1825년, 영국의 박식가 조지 케일리 경은 "만능 철도(universal railwayeng)"라고 명명한 연속 궤도에 대한 특허를 취득했다.[1][52] 1830년대에는 폴란드의 수학자이자 발명가인 요제프 마리아 호에네-브론스키가 철도와 경쟁할 수 있는 궤도 차량을 설계했다.[2][51] 1837년, 러시아 육군 대위 드미트리 안드레예비치 자그랴즈스키(Дмитрий Андреевич Загряжскийrus)는 ''"이동식 궤도를 갖춘 마차"''를 설계하고 특허를 받았으나, 자금 부족과 제조업체의 무관심으로 시제품 제작에는 실패했고 특허는 1839년 무효화되었다.
같은 시기 영국에서는 존 히스코트가 1832년 증기 경운기에 대한 특허를 얻어 1837년 시연했다. 이 경운기는 양 끝의 드럼으로 구동되는 철제 밴드에 약 2.13m 길이의 나무 조각을 볼트로 고정시킨 형태의 연속 궤도를 사용했다.[3] 30ton에 달하는 무게에도 불구하고 넓은 궤도 덕분에 지면 압력은 178lb/sqft 정도로 낮았다. 1837년 4월 볼턴 인근에서 성공적인 시연이 이루어졌으나, 이후 기계가 늪에 빠져 유실되고 자금 부족으로 개발이 중단되었다.[4][5]
1846년에는 영국의 엔지니어 제임스 보이드가 바퀴 둘레에 평평한 발판을 부착하여 무게를 분산시키는 방식의 '드레드노트 휠(Dreadnought Wheeleng)' 또는 '무한 레일 휠(endless railway wheeleng)'을 특허냈다.[6][53] 이 장치는 크림 전쟁(1853-1856) 당시 영국군이 마차, 수레, 포차 등에 부착하여 실제로 사용했으며, 특히 무거운 말레트의 박격포 운반을 염두에 두기도 했다.[7][8] 리처드 가렛 앤 선스, 찰스 버렐 앤 선스 등 여러 제조업체에서 라이선스를 받아 증기 트랙터에 적용했지만, 회전의 어려움 등 여러 단점으로 인해 널리 보급되지는 못했다.[9][10][11][12][13]
1858년 8월, 영국의 농업 기술자 존 파울러는 차량 양쪽에 톱니바퀴 쌍을 두고 그 주위를 8개의 연결된 궤도 조각이 도는 형태의 또 다른 "무한궤도"에 대한 특허(영국 특허 1948호)를 출원했다.[14] 이는 비교적 적은 수의 긴 궤도 조각을 사용하는 방식으로, 이후 개발될 현대적인 무한궤도의 형태와는 차이가 있었다.[15]
1877년, 러시아의 발명가 표도르 블리노프는 말이 끄는 방식의 무한궤도 마차인 "무한 궤도로 움직이는 마차"를 제작하고 이듬해 특허를 받았다.[16] 그는 1881년부터 1888년까지 증기 동력을 이용한 무한궤도 트랙터를 개발했으며, 이 자가 추진식 트랙터는 성공적으로 시험 운행을 마치고 1896년 농업 박람회에 전시되기도 했다.[16]
미국에서는 1886년 펜실베이니아주 워렌의 찰스 딘스무어(Charles Dinsmoor)가 무한궤도 차량에 대한 특허(미국 특허 351,749)를 취득했다.[37][38][39]
19세기 말에는 일본 도야마 출신의 다카마쓰 우메지(高松梅治jpn)가 독자적으로 무한궤도를 고안하여, 1911년(메이지 44년)에 유럽과 미국 8개국에 특허를 신청하고 일본 내에서도 농상무성 특허를 취득했다.[55][56][57][58]
이처럼 19세기 동안 다양한 국가에서 무한궤도에 대한 아이디어가 등장하고 여러 형태의 시제품이 제작되었으나, 실용적인 수준에는 이르지 못했다. 이러한 초기 시도들은 20세기 초 앨빈 롬바드, 리처드 혼스비, 벤자민 홀트 등에 의한 상업적 성공과 기술 발전의 밑거름이 되었다.
2. 1. 상용화 및 발전
메인주 워터빌의 앨빈 O. 롬바드는 1901년 롬바드 증기 통나무 운반차에 대한 특허를 받았는데, 이는 앞쪽에 조향용 썰매가 있고 뒤쪽에 동력을 전달하는 무한궤도가 달린 차량으로,[40] 미국 북동부와 캐나다에서 통나무를 운반하는 데 사용되었다. 특히 겨울철에도 작업이 가능하게 하여 효율성을 높였다. 롬바드는 이 차량을 상업적으로 생산하여 1917년까지 약 83대를 제작했으며, 이후 가솔린 및 디젤 엔진으로 동력을 전환했다. 이는 상업적으로 생산된 최초의 무한궤도 차량으로 여겨진다. 가솔린 동력 운반차는 오거스타의 메인 주립 박물관에 전시되어 있다.1905년경, 영국의 농업 기계 회사인 리처드 혼즈비 앤 선즈는 그랜섬에서 독자적인 연속 궤도를 개발하여 특허를 받았다.[23] 이 설계는 현대식 궤도와는 달리 링크들이 서로 맞물려 로드 휠이 굴러가는 견고한 레일을 형성했으며, 한 방향으로만 유연하게 움직였다. 혼즈비의 트랙터는 좌우 궤도의 속도를 조절하여 방향을 전환하는 궤도-조향 클러치 배열을 개척했다. 이 차량은 1905년부터 1910년 사이에 영국 육군에서 포병 견인차로 여러 차례 시험되었으나 채택되지는 않았다. 시험 중이던 1907년, 군인들은 혼즈비 트랙터의 움직임을 보고 '애벌레(caterpillar)'라는 별명을 붙였다.[24] 이 특허는 나중에 미국의 벤자민 홀트에게 매각되었다.[40]
벤자민 홀트는 1903년 롬바드에게 6만달러를 지불하고 특허 사용권을 얻었다고 전해지지만, 양측 기록에 차이가 있어 정확한 권리 관계는 불분명하다. 홀트는 혼즈비의 특허까지 확보한 후, 증기 기관 대신 가솔린 엔진을 사용하는 무한궤도 트랙터 개발에 집중했다. 1908년에는 40마력 "홀트 모델 40 캐터필러"를 출시했고, 1910년에는 홀트 제조 회사를 설립하며 '캐터필러(Caterpillar)'라는 이름을 상표로 등록했다.[25]
한편, 1908년 남극 탐험가 로버트 팰컨 스콧은 남극점 도달을 위해 인력 수송의 한계를 느끼고 동력 운송 수단의 필요성을 제기했다.[29] 그의 탐험대 엔지니어 레지널드 스켈턴은 눈 위를 주행할 수 있는 궤도 트랙을 고안했다.[30] 이 궤도 차량은 울즐리 모터스에서 제작되어 스위스와 노르웨이에서 시험 운행을 거쳤고, 스콧의 테라 노바 탐험(1910-1913)에 실제로 사용되었다.[31] 스콧은 탐험 중 사망했지만, 탐험대원 앱슬리 체리-가라드는 스콧의 이 '모터'가 제1차 세계 대전 당시 영국 전차 개발에 영감을 주었다고 평가했다.[32]
제1차 세계 대전이 발발하자 홀트 트랙터는 영국군과 오스트리아-헝가리군에서 중포를 견인하는 데 널리 사용되었고, 이는 여러 국가에서 전차 개발을 자극하는 계기가 되었다. 최초로 실전에 투입된 영국의 마크 I은 홀트 트랙터에서 영감을 받았으나 독자적으로 설계되었으며, 이후 프랑스와 독일에서 개발된 초기 전차 중 일부는 홀트 트랙터의 주행 장치를 기반으로 제작되었다.
전후, 홀트 제조 회사는 경쟁사였던 C. L. 베스트 트랙터 회사와 1925년 합병하여 캐터필러 트랙터 컴퍼니를 설립했다. 캐터필러는 무한궤도 기술을 지속적으로 발전시켜 1977년 캐터필러 D10 불도저에 구동 스프로킷을 궤도 상단으로 올린 '하이스프로켓 드라이브(High Drive)' 설계를 도입했다.[26] 이 설계는 구동축을 지면 충격과 오염으로부터 보호하는 장점이 있어 현재도 캐터필러의 대형 불도저에 사용되고 있다.[27][28]
3. 종류
무한궤도는 사용되는 재질, 궤도 마디를 연결하는 접합 방식, 그리고 궤도판(슈)과 가이드 등의 구조에 따라 여러 종류로 나눌 수 있다. 각 종류는 특정 용도나 환경에 맞춰 설계되며, 자세한 내용은 아래 하위 문단에서 설명한다.
3. 1. 재질
무한궤도는 사용 목적과 환경에 따라 다양한 재질로 만들어진다. 크게 금속제 궤도와 고무제 궤도로 나눌 수 있다.
금속 궤도일반적으로 군용 차량이나 건설 기계에서는 철의 합금으로 만들어진 부품(피스 또는 링크)을 여러 개 연결한 금속제 궤도가 사용된다. 현대식 무한궤도는 모듈식 체인 링크로 제작되며, 이 링크들이 경첩으로 연결되어 닫힌 체인을 구성한다. 체인 링크는 높은 강도, 경도, 내마모성을 위해 망간 합금강으로 만들어지는 경우가 많다.[41] 금속 궤도는 내구성이 뛰어나고 무거운 하중을 견딜 수 있지만, 무겁고 소음과 진동이 크며 포장도로를 손상시킬 수 있다는 단점이 있다.
고무 궤도1980년대 후반부터 특히 농업 기계 분야를 중심으로 강철 대신 고무 궤도가 사용되기 시작했다. 고무 궤도는 고리 형태의 강철 와이어를 강화 고무로 덮어 일체형으로 성형하여 만든다. 미니 굴착기나 비포장 운반차 같은 소형 건설 기계에서는 포장도로 손상을 줄이기 위해 사용되며, 현대의 트랙터, 콤바인, 스노모빌 등에서도 흔히 볼 수 있다.
고무 궤도는 금속 궤도에 비해 가볍고, 내부 마찰로 인한 동력 손실이 적으며, 소음이 적고 포장도로를 손상시키지 않는 장점이 있다. 역사적으로는 아돌프 케그레스가 발명하여 케그레스 트랙으로도 불리며, 제2차 세계 대전 당시 미군의 하프트랙에 사용되어 실용성을 입증했다.
하지만 금속 궤도만큼 지면 압력을 균일하게 분산시키지 못하며, 고무의 노화나 날카로운 물체와의 접촉으로 손상될 수 있다. 또한, 손상 시 궤도 전체를 교체해야 하고, 전투 차량의 경우 전장에서의 응급 수리가 어렵다는 단점이 있다. 이러한 단점에도 불구하고 정숙성, 고속 주행 능력, 노면 보호 등의 장점 때문에 최근 일부 군용 차량에서도 재질 개선을 통해 채용하려는 움직임이 있다. 특히 야전 수리보다는 인명 보호를 우선하는 운용 사상의 변화도 고무 궤도 채용에 영향을 미치고 있다. 현재 금속 궤도처럼 부분 수리가 가능한 분할식 고무 궤도도 연구되고 있지만, 연결 부위의 강도 확보 등이 과제로 남아있다.
고무 패드금속 궤도를 사용하는 차량이 포장도로를 주행할 때는 도로 손상을 방지하고 소음과 진동을 줄이기 위해 고무 패드를 장착하기도 한다. 이 패드는 비포장도로 주행 시에는 제거할 수 있도록 설계된 경우도 있다.
3. 2. 접합 방식
무한궤도는 재질, 접합 방식, 구조에 따라 분류될 수 있다. 주행 성능 면에서는 더블 블록 더블 핀 구조가 가장 우수하지만, 부품 수가 많아지기 때문에 현재의 3세대 주력 전차에서는 주로 싱글 블록 더블 핀 방식이 사용된다.; 싱글 핀
: 앞뒤 블록(슈)을 연결하는 핀이 하나뿐인 방식이다. 싱글 블록 구조일 경우, 핀의 수와 블록의 수는 동일하다.
; 더블 핀
: 앞뒤 블록(슈)을 연결하는 데 핀을 두 개 사용하는 방식이다.
3. 3. 구조
현대식 무한궤도는 모듈식 체인 링크로 제작되며, 이 링크들이 서로 연결되어 닫힌 체인을 형성한다. 링크는 경첩으로 연결되어 무한궤도가 유연하게 움직이며 일련의 바퀴를 감싸 무한 루프를 만든다. 체인 링크는 종종 넓으며, 높은 강도, 경도, 내마모성을 위해 망간 합금강으로 제작될 수 있다.[41]무한궤도의 구조와 조립 방식은 사용 목적에 따라 달라진다. 군용 차량은 무한궤도 무게를 줄이기 위해 체인 구조와 일체형인 트랙 슈(shoe, 궤도판)를 사용한다. 무게 감소는 차량의 이동 속도를 높이고 전체 차량 무게를 줄여 운송을 용이하게 한다. 또한, 무한궤도 무게는 차량의 스프링 하 질량에 해당하지 않으므로, 무게를 줄이면 고속 주행 시 서스펜션 성능이 향상된다. 반면, 농업 및 건설 차량은 볼트로 체인에 부착되고 체인 구조의 일부를 형성하지 않는 슈를 가진 무한궤도를 선택하는 경우가 많다. 이 방식은 트랙 슈가 파손되어도 교체가 용이하여 생산성 감소를 막을 수 있지만, 무한궤도 및 차량의 전체 무게는 증가한다.
차량의 무게는 여러 개의 로드 휠 또는 보기(bogie)라고 하는 바퀴 세트를 통해 무한궤도 하단으로 전달된다. 무한궤도를 사용하는 건설 장비는 주로 저속으로 이동하기 때문에 서스펜션이 없는 경우가 많다. 하지만 군용 차량의 경우, 로드 휠은 거친 지면에서의 주행 충격을 완화하기 위해 다양한 형태의 서스펜션에 장착된다. 초기 군용 차량 설계는 서스펜션이 없는 경우도 있었으나, 이후 스프링을 사용한 서스펜션이 개발되었고, 현대에는 유압과 공압을 이용한 시스템이 적용되어 더 큰 충격을 흡수할 수 있으며 충격 흡수 장치도 포함된다. 토션 바 방식은 군용 차량 서스펜션에서 가장 흔하게 사용되는 유형이 되었다. 건설 차량은 트랙 이탈을 방지하도록 설계된 더 작은 로드 휠을 가지며, 종종 아이들러 휠(유동륜)과 때로는 스프로킷(기동륜)을 포함하는 단일 보기에 통합된다.
제2차 세계 대전 당시 독일 군용 차량 중 다수(초기 반궤도 차량 및 4호 전차 이후의 모든 전차 설계 포함)는 슬랙 트랙(slack track) 시스템을 사용했다. 이 시스템은 주로 전면에 위치한 구동 스프로킷에 의해 구동되며, 티거 I이나 판터처럼 겹치고 때로는 맞물린 대형 로드 휠 디자인(Schachtellaufwerk|샤흐텔라우프베르크deu) 위로 트랙이 느슨하게 돌아가는 구조였다. 이 방식은 로드 휠이 트랙 안팎을 번갈아 지지하며 하중을 분산시켜, 어려운 지형에서 더 부드러운 주행감을 제공하고 마모를 줄이며 견인력을 높이는 장점이 있었다. 그러나 동부 전선에서는 진흙이나 눈이 겹친 휠 사이에 끼어 얼어붙어 차량을 움직이지 못하게 만드는 단점도 있었다. 또한 내부 휠 정비를 위해 여러 개의 외부 휠을 제거해야 하는 등 유지보수가 복잡하여 전후에는 거의 사용되지 않았다.
트랙은 연결 방식에 따라 데드 트랙(dead track)과 라이브 트랙(live track)으로 나눌 수 있다.
- 데드 트랙: 각 트랙 플레이트가 단순한 힌지형 핀으로 연결된 구조이다. 땅에 놓으면 평평하게 펴진다. 구동 스프로킷이 트랙 자체의 도움 없이 바퀴 주위로 트랙을 잡아당겨야 한다.
- 라이브 트랙: 각 링크가 부싱으로 연결되어 트랙이 약간 안쪽으로 구부러지는 구조이다. 땅에 놓으면 양쪽 끝이 약간 위로 말린다. 트랙 자체가 안쪽으로 구부러지려는 경향이 있어 스프로킷이 트랙을 감는 것을 약간 돕고 바퀴에 더 잘 맞춰진다.
구조적으로는 블록 구성과 접합 방식에 따라 다음과 같이 분류할 수도 있다. 주행 성능 면에서는 더블 블록 더블 핀 구조가 가장 우수하지만, 부품 수가 많아지기 때문에 현대의 3세대 주력 전차에서는 주로 싱글 블록 더블 핀 방식이 사용된다.
- 더블 블록(Double Block): 접지 블록(슈)이 좌우 두 개의 조각으로 구성된 방식이다. 대부분 중앙에 센터 가이드 부품을 추가하여 사용한다.
- 싱글 블록(Single Block): 접지 블록(슈)이 한 장으로 이루어진 방식이다. 대부분 센터 가이드도 접지 블록과 일체형으로 만들어진다.
- 고무 일체식: 고무 재질로 만들어진 궤도의 한 종류이다.
- 주름 방식: 궤도의 핀을 좌우로 꺾이도록 접합한 방식이다. 영국의 Mk.VII 테트라크 경전차 등 일부 차량에 사용되었다. 앞바퀴 조향과 연동하여 궤도 자체도 좌우로 꺾이도록 설계되었으나, 강도가 약하고 허용 하중이 낮아 널리 사용되지는 못했다.
건설 기계 등에서는 롤러 체인처럼 조립된 링크 어셈블리에 다수의 궤도판(슈)을 부착하는 방식을 사용하기도 한다. 슈의 모양은 용도에 따라 다른데, 단단한 땅(건지)용은 땅에 잘 파고들도록 단면이 T자형이고, 진흙 지대나 습지용은 접지 면적을 넓히기 위해 단면이 삼각형 모양인 경우가 많다.[50] 또한, 포장도로 손상을 방지하기 위해 궤도판 하나하나에 고무 패드를 장착하기도 한다.
3. 4. 전륜(轉輪)
로드 휠(Running Wheel) 또는 전륜(轉輪)은 무한궤도 차량의 주행 장치를 구성하는 중요한 요소로, 차량의 무게를 지탱하고 지면에 전달하는 역할을 한다. 전륜의 크기와 배치 방식에 따라 차량의 주행 성능, 특히 험지 주파 능력과 속도에 큰 영향을 미친다.'''대형 전륜'''
BT 전차 시리즈, T-34, T-54/T-55, T-62 등 제2차 세계 대전 시기부터 전후 소련제 전차에서 많이 사용된 방식이다. 영국의 카베난터, 크루세이더, 크롬웰 같은 순항 전차나 일본 육상자위대의 74식 전차 등에서도 채택되었다. 이 방식은 일반적으로 상부에 궤도를 지지하는 별도의 작은 롤러(상부 지지 롤러 또는 리턴 롤러) 없이, 큰 직경의 전륜 자체가 궤도의 상부까지 지지하는 구조를 가진다. (LT-38처럼 대형 전륜과 상부 지지 롤러를 모두 가진 경우도 있다.) 대형 전륜은 고속 주행에 유리하다고 알려져 있으나, 구조상 전륜의 개수가 적고 전륜 사이의 간격이 넓어져 험지 주행 성능에는 약점을 보인다. 이는 궤도 폭을 넓히는 등의 방법으로 일부 개선될 수 있다. 또한 고속 주행 시 궤도 상부가 지지되지 않아 진동으로 인해 파손될 위험이 있다. 과거 일부 자료에서는 이 방식을 크리스티 방식이라고 부르기도 했으나, 크리스티 방식은 서스펜션의 종류를 지칭하는 용어이며 전륜의 크기와는 직접적인 관련이 없다.
'''소형 전륜'''
전차가 처음 등장했을 때부터 사용된 기본적인 방식이다. 작은 직경의 전륜을 여러 개 촘촘하게 배치하여 전륜 사이의 간격을 줄임으로써 험지 주파 능력을 높이는 데 중점을 둔다. 하지만 많은 전륜이 지면에 접촉하면서 마찰 저항이 커져 속도를 내기 어렵다는 단점이 있어, 고속 성능이 요구되는 차량에는 적합하지 않다. 영국의 처칠 보병 전차가 대표적인 예이다.
'''중형 전륜'''
대형 전륜과 소형 전륜의 장점을 절충한 방식으로, 현대의 주력 전차 대부분이 채택하고 있다. 적당한 크기의 전륜과 함께 궤도 상부를 지지하는 작은 상부 지지 롤러를 갖추고 있다. 이를 통해 비교적 양호한 험지 주파 능력과 속도 성능을 균형 있게 확보할 수 있어 가장 보편적인 형태로 자리 잡았다.
'''끼워넣기/엇갈림 전륜'''
대형 전륜의 고속 주행 능력과 소형 전륜의 험지 주파 능력을 모두 얻기 위해 고안된 방식이다. 중형 또는 대형 전륜을 서로 좌우로 절반씩 겹치게 배치(끼워넣기식)하거나, 한 개와 두 개를 번갈아 끼워 겹쳐 놓는(엇갈림식) 복잡한 구조를 가진다. 이를 통해 전륜 간 간격을 소형 전륜 수준으로 좁혀 험지 주행 성능을 높이고, 동시에 대형 차체의 고속 기동을 가능하게 하려는 의도였다.
제2차 세계 대전 후기 독일의 판터, 티거 중전차 및 일부 하프트랙에서 끼워넣기 방식(독일어: Schachtellaufwerk|샤흐텔라우프베르크de)이 사용되었고, 판터 II나 E 시리즈 전차 계획에서는 엇갈림 방식이 채택되었다. 이 구조는 토션 바를 효율적으로 배치할 수 있게 하고, 험지에서 더 부드러운 주행감을 제공하며, 이론적으로는 휠과 궤도의 수명을 늘리고 방호력에도 일부 기여할 수 있었다.[42]
그러나 구조가 매우 복잡하여 생산성과 정비성이 크게 떨어지는 심각한 단점을 안고 있었다. 특히 안쪽에 있는 전륜이 파손될 경우 바깥쪽의 멀쩡한 전륜까지 모두 제거해야 했으며, 토션 바가 손상되면 수리는 더욱 어려워졌다. 또한, 겹쳐진 전륜 사이의 좁은 틈으로 진흙이나 눈이 쉽게 끼어 동부 전선과 같은 환경에서는 얼어붙어 차량이 기동 불능에 빠지는 경우가 잦았다. 이러한 유지보수의 어려움과 기대했던 만큼의 접지압 분산 효과를 얻지 못한 문제 때문에 제2차 세계 대전 이후에는 거의 사용되지 않았다. 전후 프랑스가 개발한 AMX-50 전차 시제품에 엇갈림 방식이 적용되었으나, 이 전차 역시 실전 배치되지는 못했다.
3. 5. 동륜(動輪)
기동륜(스프로킷 휠)은 동력축과 연결된 바퀴로, 모터에 의해 구동된다. 톱니바퀴 모양으로 되어 있으며, 궤도(트랙) 링크의 구멍이나 핀과 맞물려 궤도를 움직이는 동력을 전달한다. 일반적으로 엔진 위치에 맞춰 차량 후방에 기동륜이 있는 경우가 많지만, 전방에 위치한 차량도 존재한다. 군용 차량에서는 지면 접촉면보다 위쪽에 고정되어 있는 경우가 많으며, 농업용 크롤러에서는 보기(bogie)의 일부로 통합되기도 한다.유동륜(아이들러 휠)은 기동륜의 반대쪽 끝에 위치하는 동력이 없는 바퀴이다. 주된 역할은 궤도의 장력을 적절하게 유지하는 것이다. 궤도가 느슨해지면 쉽게 벗겨질 수 있기 때문에 장력 유지가 중요하다. 금속 궤도는 사용함에 따라 연결 핀 등이 마모되어 늘어나므로, 유동륜의 위치를 앞뒤로 움직여 장력을 조절할 필요가 있다.
유도륜(프론트 아이들러)은 차량의 전방에 배치된 유동륜을 특별히 지칭하는 용어이다.
4. 장점 및 단점
'''장점'''
- 무한궤도 차량은 바퀴 달린 차량보다 부드러운 지면, 진흙, 눈 등에 빠질 가능성이 훨씬 적다. 이는 무한궤도가 차량의 무게를 더 넓은 접촉 면적에 분산시켜 지면 압력을 낮추기 때문이다. 예를 들어, 70ton M1 에이브람스 전차의 평균 지면 압력은 15psi를 약간 넘는 수준이지만, 일반적인 자동차 타이어의 평균 지면 압력은 28psi에서 33psi에 달한다.
- 험한 지형에서의 기동성이 뛰어나다. 지형의 굴곡을 완만하게 하고 작은 장애물을 넘어가며, 참호나 지형의 틈새를 건널 수 있다. 빠른 무한궤도 차량을 타는 것은 마치 거친 파도를 넘는 배를 타는 것과 비슷하게 느껴질 수 있다.
- 넓은 접촉 면적과 무한궤도 신발의 클리트 또는 그라우저 덕분에, 바퀴 달린 차량이 헛돌거나 빠질 수 있는 상황에서도 큰 하중을 밀거나 당기는 능력이 훨씬 우수하다. 대표적인 예로 불도저는 이러한 특성을 이용하여 땅에 갇히거나 가라앉은 다른 차량(예: 휠 로더)을 구출하는 데 사용된다.
- 무한궤도는 타이어처럼 펑크가 나거나 찢어질 염려가 없어 군사 작전에서 더 높은 생존성을 보인다.
- 무한궤도의 일부가 파손되더라도, 특수 시설 없이 현장에서 특수 도구와 예비 부품을 사용하여 즉시 수리할 수 있는 경우가 많다. 이는 특히 전투 상황에서 중요한 장점이다.
- 강력한 추진력이나 제동력을 가해도 바퀴처럼 쉽게 미끄러지지 않아, 토목 작업 시 강한 힘을 버티거나, 전투 차량의 급가속 및 급정지, 경사면 등반 등 높은 기동성을 확보할 수 있다.
'''단점'''
- 바퀴식 차량에 비해 최고 속도가 느리고, 고속 및 장거리 주행에 제약이 따른다. 궤도의 마모와 도로 손상 문제 때문에 탱크 수송차나 열차와 같은 다른 운송 수단을 이용해 장거리 이동하는 경우가 많다.
- 구조가 복잡하고 무게가 많이 나가며, 궤도 자체를 구동하는 데 더 많은 동력이 소모된다. 또한 소음과 진동이 크다.
- 궤도의 수명이 상대적으로 짧고, 구동 변속기와 궤도 메커니즘에 가해지는 부담이 커 정기적인 점검, 교체, 수리 등 유지보수에 많은 시간과 노력이 필요하다.
- 전부 강철로 된 궤도는 통과하는 지표면, 특히 포장도로나 잔디밭, 농경지 등에 손상을 줄 수 있다. 이 때문에 관련 법규나 조례에서 고무 궤도 또는 고무 패드 사용을 요구하기도 한다.
- * 고무 패드는 포장도로 주행 시 소음과 진동을 줄이고 속도를 높일 수 있지만, 야지에서의 견인력은 다소 감소시킨다.
- 궤도의 한 부분이라도 손상되거나, 가이드 휠 등에서 벗어나 이탈(궤도 이탈)하면 차량 전체가 움직일 수 없게 될 수 있다. 이는 높은 신뢰성이 요구되는 상황이나 지뢰, 급조 폭발물(IED) 공격에 취약한 군사 작전에서 큰 약점으로 작용한다. 궤도가 심하게 꼬이면 수리를 위해 절단해야 할 수도 있다. 반면, 다륜 구동 차량은 바퀴 몇 개가 파손되어도 계속 주행 가능한 경우가 많다.
5. 현대적 응용
무한궤도는 18세기 후반부터 19세기에 걸쳐 고안되었으나, 실용화된 것은 20세기 초 무거운 증기 기관을 사용한 트랙션 엔진의 주행 장치로 개발되면서부터이다. 이후 두 차례의 세계 대전을 거치며 전차와 같은 군용 차량에 적용되어 발전했다. 현대에는 군사 분야 외에도 험지 주행 능력이 필요한 건설 기계, 농업 기계, 설상차 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 무한궤도는 차량 무게를 궤도 전체로 분산시켜 접지 면적당 압력(접지압)을 낮추므로, 무른 땅이나 눈 위에서도 잘 가라앉지 않고 주행할 수 있다. 또한, 요철이나 구덩이를 쉽게 통과하고 강력한 추진력과 제동력을 발휘하여 슬립 없이 기동할 수 있다는 장점이 있다.[29][30]
=== 군사 분야 ===
무한궤도의 군사적 활용 가능성은 제1차 세계 대전 이전에 이미 탐색되고 있었다. 1908년 남극 탐험가 로버트 팰컨 스콧은 동력 수송의 필요성을 느꼈고, 그의 기술자 레지널드 스켈턴은 눈 위를 달릴 수 있는 궤도 트랙을 고안했다.[29][30] 이 궤도형 모터는 비록 남극 탐험에서 제한적으로 사용되었지만[31], 스콧 탐험대의 일원이었던 앱슬리 체리-가라드는 이것이 영국 전차 개발에 영감을 주었다고 평가했다.[32]
본격적인 군사적 응용은 제1차 세계 대전 중 이루어졌다. 영국 육군의 어니스트 스윈턴과 모리스 행키는 기관총 공격을 막을 수 있는 장갑 전투 차량의 필요성을 주장했다.[33] 당시 농업용으로 사용되던 홀트 트랙터는 영국군과 오스트리아-헝가리군에서 중포를 견인하는 데 쓰였으며, 이는 각국의 전차 개발을 자극했다. 최초의 실전 투입 전차인 영국의 마크 I은 홀트 트랙터에서 영감을 받았으나 독자적으로 설계되었고, 이후 개발된 프랑스와 독일의 전차는 홀트의 주행 장치를 개조하여 제작되었다. 현대에도 전차, 장갑차 등 다수의 군용 차량이 무한궤도를 채택하고 있으나, 지뢰나 급조 폭발물(IED)에 의해 궤도가 파손되어 기동 불능 상태에 빠지는 취약점도 안고 있다.
=== 건설 및 농업 분야 ===
무한궤도는 군사 분야 외에도 험지 작업이 필수적인 건설 및 농업 현장에서 널리 사용된다. 불도저, 굴착기와 같은 건설 기계나 트랙터, 콤바인 등 농업 기계는 무한궤도를 이용하여 불안정한 지형에서도 안정적으로 작업을 수행할 수 있다. 예를 들어, 20세기 초 개발된 린 트랙터는 초기에는 모터 홈 견인용으로 제작되었으나, 이후 독립 현가 장치를 갖춘 유연한 궤도를 개발하여 벌목, 채광, 댐 건설 등 다양한 산업 현장에서 활용되었다. 특히 험지 주행 능력 덕분에 타이어가 쉽게 손상되거나 빠지는 환경에서 유용하게 사용되었다.
=== 기타 특수 분야 ===
눈이나 얼음 위를 주행해야 하는 특수 환경에서도 무한궤도는 필수적이다. 설상차의 시초 격인 스콧의 궤도형 모터 이후, 스노우캣과 같은 스키 슬로프 정비 차량이나 개인용 스노우모빌 등 다양한 형태의 설상 차량이 개발되었다. 린 트랙터 역시 초기에는 제설 작업에 활용되어, 대형 V자형 제설판과 날개를 장착하고 도로의 눈을 치우는 데 사용되었다. 이 외에도 사막이나 극지방 등 극한 환경을 탐사하는 차량에도 무한궤도가 적용된다.
=== 기술적 특징 및 한계 ===
무한궤도 차량의 방향 전환은 주로 스키드 스티어 방식을 사용한다. 이는 좌우 궤도의 속도를 다르게 하여 차체를 회전시키는 방식으로, 한쪽 궤도를 멈추는 '신지 선회'나 좌우 궤도를 반대 방향으로 돌리는 '초신지 선회'(제자리 회전)가 가능하다. 최근에는 자동차처럼 핸들로 쉽게 조작할 수 있는 시스템도 도입되고 있다.
그러나 무한궤도는 구조가 복잡하고 무거우며, 구동 시 소음과 진동이 크다는 단점이 있다. 고속 주행 시 원심력으로 궤도가 뜨거나 험지 주행 중 서스펜션의 움직임으로 궤도가 헐거워져 벗겨질 위험이 있어 고속 및 장거리 주행에는 제약이 따른다. 또한, 금속제 궤도는 포장도로를 손상시킬 수 있으며, 마찰 계수가 낮아 미끄러지기 쉽다. 눈길이나 진흙탕에서는 '그로저'라는 돌기를 부착하여 접지력을 높이기도 한다. 궤도가 파손되면 주행이 불가능해지고 수리 및 정비에 많은 노력이 필요하다는 점도 한계로 지적된다.
6. 주요 제조업체
과거 개척 제조업체들은 대부분 AGCO, Liebherr Group,[43] John Deere, Yanmar, New Holland Agriculture, Kubota Corporation,[44] Case CE, Caterpillar Inc., CLAAS와 같은 대형 트랙터 회사들로 대체되었다.[45] 또한, Otter Mfg. Co.나 Struck Corporation처럼 틈새 시장을 전문으로 하는 소규모 회사들도 존재한다.[46]
미국의 Mattracks Inc.는 1990년대 중반부터 다양한 바퀴형 차량을 무한궤도 차량으로 변환하는 키트를 판매하고 있다.
러시아에서는 ZZGT[47]나 비탸즈[48]와 같은 회사들이 오프로드용 무한궤도 차량을 제조하고 있다.
7. 포장도로에 대한 영향
고무를 사용하지 않는 일반적인 철제 무한궤도는 포장 도로를 주행할 때 노면을 손상시킬 우려가 크다.[60] 또한, 매끄러운 노면에서는 궤도와 지면 사이의 마찰 계수가 낮아 고속 주행 중 방향을 바꿀 때 미끄러질 위험이 있으며, 소음과 진동도 심하다. 바퀴형 차량에 비해 주행에 필요한 에너지 소모가 커 연비도 현저히 나쁘다. 이러한 문제와 규제 때문에 건설 기계나 군용 차량 등 무한궤도 차량은 장거리 이동 시 트럭이나 저상 트레일러에 실어 운반하는 경우가 많다.
이러한 단점을 보완하기 위해, 현재는 포장도로에서의 주행을 고려하여 각 궤도판(슈)에 고무 패드를 탈착할 수 있는 철제 궤도가 널리 사용된다. 고무 패드는 도로 손상을 줄이고 소음을 감소시키는 효과가 있어 공도 주행 시 필수적으로 장착된다. 예를 들어, 일본의 90식 전차는 각 궤도판에 가로로 긴 고무 패드 하나를 부착하는 방식이다. 다만, 고무 패드를 장착하면 험지, 특히 진흙이 많은 경사면에서는 미끄러지기 쉬워 주행 성능이 다소 저하될 수 있다. 일부 시스템은 군사 작전 등 비포장도로 주행이 필요할 때 고무 패드를 쉽게 제거할 수 있도록 설계되었다.
전차와 같은 장갑 전투 차량이 자주 이동하는 일부 지역에서는 특수한 조치를 취하기도 한다. 예를 들어, 일본 육상자위대의 일부 주둔지 근처 도로에서는 아스팔트 포장을 걷어내고 콘크리트로 다시 포장하여 전차가 직접 주행할 수 있도록 한 사례가 있다.
참조
[1]
간행물
Sir George Cayley's patent universal railway
https://books.google[...]
1826-01-28
[2]
웹사이트
Josef-Maria Hoëné de Wronski
http://www-history.m[...]
2009-05-30
[3]
뉴스
Heathcote's Steam Plough
1837-12-29
[4]
서적
Classic Caterpillar Crawlers
https://books.google[...]
MotorBooks International
[5]
서적
Steam on the Farm: A History of Agricultural Steam Engines 1800 to 1950
https://books.google[...]
Crowood Press
[6]
웹사이트
Burrell's traction engine with Boydell's endless railway
http://www.gracesgui[...]
2013-09-30
[7]
서적
The story of the St. Nicholas Works: A History of Charles Burrell and Sons
Unicorn Press
[8]
웹사이트
Boydell Artillery Wheel
http://www.users.wai[...]
2013-09-30
[9]
간행물
Governments Experiments with Boydell's Traction-Engine
https://books.google[...]
1856-06-30
[10]
웹사이트
Tuxford's Boydell Traction Engine
http://www.users.wai[...]
2014-02-04
[11]
간행물
The iron, coal, and general trades of Birmingham, Wolverhampton, and other towns
https://books.google[...]
1858-04-23
[12]
서적
The Development of the English Traction Engine
Goose and Son
[13]
웹사이트
Charles Burrell & Sons Limited
https://www.reading.[...]
2013-09-30
[14]
웹사이트
Burrell-Boydell Tractor
http://www.users.wai[...]
2013-09-30
[15]
웹사이트
Patent No. 5260 A New Locomotive Apparatus
http://www.users.wai[...]
2013-09-30
[16]
웹사이트
Изобретатель трактора (Ф. Блинов)
http://ricolor.org/h[...]
2011-08-24
[17]
문서
The Implement and Machinery Review
1901-01-02
[18]
특허
Henry T. Stith's patents for tracked wheels
[19]
웹사이트
Biographical information about the American inventor Henry Thomas Stith (1839-1916)
https://www.kshs.org[...]
[20]
간행물
The Tank Tread Was His Baby
https://books.google[...]
2011-08-24
[21]
웹사이트
Invention of the Caterpillar Track: Frank Beamond and his Patents
http://www.users.wai[...]
2014-12-10
[22]
웹사이트
Lombard Log Hauler and Model T Snowmobile Show Route 175 Thornton, NH
http://www.allroutes[...]
2011-08-24
[23]
특허
Improvements in or connected with Road Locomotives and Vehicles.
https://worldwide.es[...]
[24]
서적
The Devil's Chariots
[25]
웹사이트
About Caterpillar
https://www.acmoc.or[...]
Antique Caterpillar Machinery Owners Club
2016-11-07
[26]
서적
Giant Earthmovers: An Illustrated History
https://books.google[...]
MotorBooks International
2015-08-16
[27]
문서
The Earthmover Encyclopedia
[28]
웹사이트
Cat's elevated sprocket that changed the dozer market
https://www.equipmen[...]
2017-09-17
[29]
문서
The Sledging Problem in the Antarctic, Men versus Motors
1908
[30]
서적
Scott and Amundsen. Their Race to the South Pole. The Last Place on Earth.
Abacus, London
2003
[31]
Youtube
90 Degrees South
https://www.youtube.[...]
2011-08-21
[32]
서적
The Worst Journey in the World
https://babel.hathit[...]
Constable & Co. Ltd.
1922
[33]
웹사이트
Little Willie Tank
http://spartacus-edu[...]
Spartacus Educational
2016-11-08
[34]
특허
Improvement in Motive Power
[35]
특허
Wheel With Endless Rail
[36]
US특허
Traction Engine
[37]
서적
Famous First Facts
H. W. Wilson Company
1950
[38]
US특허
Vehicle
[39]
간행물
Scientific American, December 18, 1886, Vol. LV, No. 25
[40]
웹사이트
Caterpillar Tractor Co. List of Deals
https://web.archive.[...]
President and Fellows of Harvard College
2010-11-06
[41]
웹사이트
Austenitic Manganese Steels
http://www.keytometa[...]
2011-08-24
[42]
서적
Encyclopedia of German Tanks of World War II
1999
[43]
웹사이트
Official website
http://liebherr.com/
Liebherr
2013-05-03
[44]
웹사이트
Kubota crawler tractor
http://www.kubota.co[...]
Kubota.com
2008-07-14
[45]
웹사이트
Search results for Used Tracked tractors
http://www.mascus.co[...]
Mascus.co.uk
2013-05-03
[46]
웹사이트
The Small Tractor FAQ – Tractor Resources
http://www.andrew.cm[...]
[47]
웹사이트
The Zavolzhsky Crawler Vehicle Plant
https://web.archive.[...]
Zavolzhsky Crawler Vehicle Plant
2016-11-07
[48]
웹사이트
Main
http://www.bolotohod[...]
Vityaz machine-building company
2016-11-07
[49]
기타
令和2年度調達予定品目（中央調達分）（武器調達官）-防衛装備庁
https://warp.da.ndl.[...]
防衛装備庁
2021-04-05
[50]
방송
「サイエンス・プレミアム」極限のクルマ技術 ブルドーザ
2010-08-22
[51]
웹인용
Josef-Maria Hoëné de Wronski
http://www-history.m[...]
2009-05-30
[52]
간행물
The Mechanics' Magazine
1826-01-28
[53]
기타
James Boydell, See Charles_Burrell_&_Sons#1848_to_1906:_Growth_with_steam
[54]
웹사이트
Lombard Steam Log Hauler
http://www.allroutes[...]
[55]
서적
高松梅治君
https://books.google[...]
時事通信社
[56]
뉴스
無限軌道発明
https://dl.ndl.go.jp[...]
林泉社
1940
[57]
웹사이트
デザインと継承6 風土と言う名の創造主
http://www.toyamades[...]
2012-03-30
[58]
뉴스
ふるさと探訪 富山県の近代史 （４９）無限軌道
http://webun.jp/item[...]
2016-01-28
[59]
특허
British Patent No. 16,345
1904
[60]
법령
車両制限令第8条
https://laws.e-gov.g[...]
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com