철도 차량

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1. 개요

철도 차량은 선로 위를 운행하며 열차를 구성하는 차량의 총칭이다. 동력 유무, 용도, 동력 배치 방식에 따라 다양한 종류로 나뉘며, 동력차, 객차, 화차, 특수차 등으로 분류된다. 철도 차량은 차량 한계, 중량, 주행 안전 등 여러 규제를 받으며, 차체, 주행 장치, 추진 및 보조 전원 장치 등으로 구성된다. 철도 차량의 수명은 물리적, 경제적, 노후화 수명에 의해 결정되며, 대한민국에서는 철도안전법에 따라 내구 연한이 정해져 있다. 철도 차량은 기획, 설계, 제조, 수송, 시운전, 운영, 개조, 폐차 등의 과정을 거치며, 철도 차량 관련 자격증으로는 철도차량정비기능장 등이 있다.

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철도 차량
개요
철도 운송
정의	철도 차량은 철도 노선을 따라 이동하는 데 사용되는 모든 차량을 말하며, 동력 차량과 무동력 차량을 모두 포함한다.
특징	철도 차량은 바퀴를 사용하여 레일 위를 이동한다. 동력 차량은 기관차, 동차 등이 있으며, 무동력 차량은 객차, 화차 등이 있다. 다양한 종류의 철도 차량이 있으며, 각각 다른 용도로 사용된다.
주요 구성 요소	차체 대차 (보통 대차) 바퀴와 차축 연결기 제동 장치 동력 장치 (동력 차량의 경우) 차량 제어 장치
관련 용어	차량 편성 철도 차량 목록 차량 정비 차량 수명
주요 유형
동력 차량	기관차: 화물 및 객차를 견인하는 데 사용되는 차량 동차: 자체 동력을 가진 객차 또는 화차 (예: 전동차, 디젤 동차)
무동력 차량	객차: 승객을 수송하는 데 사용되는 차량 화차: 화물을 수송하는 데 사용되는 차량 특수 차량: 특정 목적을 위해 사용되는 차량 (예: 보선 차량, 구급 차량)
추가 정보
역사	철도 차량의 역사는 철도의 발전과 함께 진화해 왔다.
경제적 중요성	철도 차량은 상품 및 승객 운송에 중요한 역할을 하며, 경제 성장에 기여한다.
환경적 영향	철도 운송은 다른 교통 수단에 비해 환경 친화적인 선택으로 여겨진다.
안전	철도 안전은 철도 차량의 설계, 유지 보수 및 운영에서 중요한 고려 사항이다.
기타
관련 링크	Yaxham Light Railway rolling stock page The Snowtown to Port Pirie line

2. 정의

철도 차량의 정의는 여러 법령에 의해서 규정되고 있으나, 대개의 정의는 선로 위를 운행할 목적으로 제조된 차량 전반을 칭한다.^[22] 따라서, 동력이 부가된 차량이나 그렇지 않은 차량을 막론하며, 화물, 여객 등 수익을 위한 것인지의 여부 역시 막론한다.^[22] 아울러, 사업용으로 사용되는 각종 차량, 즉, 제설차, 궤도시험차, 전기시험차, 사고구원차 등에 대해서도 철도 차량의 범주에 포함한다. 철도 차량(鉄道車両)은 선로 또는 이와 유사한 궤도 위를 주행하며, 철도의 열차를 운행하기 위해 사용되는 차량이다. 국가에 따라 철도 관련 법규가 다르기 때문에 철도 차량의 엄밀한 정의는 불가능하다. 또한, 법규에 의한 규정과 일반적, 기술적 개념이 다른 경우도 있다. 일본 법규 상에서는 본선 위를 열차로 주행하기 위한 차량으로, 소정의 절차에 따라 차적을 가지는 차량이다. 따라서, 모터카나 차량수송차와 같은 작업용 차량은 법규상의 공식적인 철도 차량으로 분류되지 않는 경우가 많으며, 본선 상을 주행하는 경우 선로폐쇄 절차를 진행해야 한다. 철도 차량은 여러 규제를 받는데, 크게 철도 차량에 대한 안전기준에 의한 것과, 철도 차량의 운전 규칙에 의한 것으로 크게 나누어 볼 수 있다.

3. 종류

철도 차량의 종류는 크게 동력차, 객차, 화차, 특수차로 구분된다^[23]. 철도 차량은 동력의 유무, 여객용인지 화물용인지, 동력의 배치 방식 등에 따라 다양하게 분류된다. 우선 크게 여객차, 기관차, 화차의 3가지로 분류할 수 있다. 일본 표준 상품 분류에서도 차량(궤도상을 주행하는 것)은 기관차(분류 번호 461), 여객차(분류 번호 462), 화물차(분류 번호 463)로 분류된다(이 외에 분류 번호 468 이하에 차량 부품이 있다).^[11] 또한, 이 외에 사업용 차량을 분류하기도 한다.

참고로, 차종 이외에 용도나 설비에 따라 분류할 수 있지만, 이에 대해서는 각각 여객차·기관차·화차·사업용 차량을 참조한다.

3. 1. 동력차

동력차는 동력에 의하여 선로를 이동하는 것을 목적으로 제작된 기관차와 동차(제어차를 포함한다)를 말한다.

기관차는 동력집중방식의 여객차나 화차를 추진·견인하여 주행하기 위한 동력차이다. 기관차 자체에는 동력장치와 그것을 운전하기 위한 운전대만 있는 것이 보통이며, 여객이나 화물을 탑재하기 위한 설비는 갖추고 있지 않다. 또한 동력장치 외에, 여객차에 대한 난방용 증기발생장치를 탑재하거나, 여객차의 조명·공조용 전원장치를 탑재하는 경우도 있다.

기관차는 그 동력 방식에 따라 다시 증기기관차, 전기기관차, 내연기관차의 세 가지로 크게 나눌 수 있다.

증기 기관차는 증기 기관을 동력으로 하여 주행하는 기관차이다. 근대적인 교통 기관으로서 철도가 실용화된 초기부터 사용되어 온 기관차이다. 연료를 태워 그 열로 증기를 발생시켜 증기 기관을 구동한다. 실제로 존재했던 대부분의 증기 기관차는 왕복식으로, 피스톤의 왕복 운동을 크랭크로 차륜의 회전 운동으로 변환하여 주행하였다.

전기 기관차는 전기로 모터를 돌려서 주행하는 기관차이다. 전력은 가선이나 제3궤조에서 집전하는 것이 일반적이지만, 축전지를 탑재하여 그 전력으로 주행하는 기관차도 전기 기관차에 포함된다. 전철과 같은 이유로, 축전지식 전기 기관차는 소수이다.

내연기관차는 내연 기관을 동력원으로 하는 기관차의 총칭이다. 실제로는 탑재되어 있는 엔진의 종류에 따라, 디젤 기관차, 가솔린 기관차, 가스터빈 기관차 등이 있으며, 저연비로 고출력을 발휘하기 쉬운 디젤 기관차가 현대 철도에서 내연기관차의 주류를 이루고 있다. 기관차와 마찬가지로, 기계식, 유체식, 전기식 등 여러 가지 변속 방식이 있다.

전동차는 동력 분산 방식의 여객 차량 중 전력으로 모터를 회전시켜 주행하는 차량이다.

동차는 여객차, 화차, 사업용 차량에 열기관을 탑재하여 그 동력으로 주행하는 차량이다.

3. 2. 객차

'''객차'''는 여객, 수화물 및 우편물을 운송할 수 있는 구조로 제작된 철도 차량을 말한다. 객차는 동력집중식으로 분류되는 여객차이며, 전동차와 기관차는 동력분산식으로 분류된다.

객차라는 용어는 넓은 의미에서는 여객차를 가리키기도 하지만, 좁은 의미에서는 동력집중방식의 여객차를 가리킨다. 이 의미에서 객차는 자체적으로 동력장치를 갖추지 않고 다른 차량에 의해 견인 또는 추진되어 주로 여객을 수송하는 차량이다. 동력장치는 탑재하고 있지 않지만, 초기의 구형 차량을 제외하면 제동장치는 갖추고 있다. 기관차에 의해 추진 운전할 때 사용하기 위한 운전대를 갖춘 차량도 있다. 또한, 차내 조명 및 냉난방에 사용하는 전력을 공급하는 발전기를 탑재하기도 하며, 안전한 운행과 쾌적한 여행을 제공하기 위해 다양한 기계류가 탑재되어 있다.

객차는 동력장치를 탑재하지 않기 때문에 제작 및 유지보수 비용이 저렴하고, 차내 소음 및 진동 측면에서 전철이나 기관차보다 유리하다. 반면, 동력집중방식이기 때문에 가감속 및 기동성 면에서는 불리하다. 따라서 장거리 운행으로 정차역이 적고, 차내 환경을 중시하는 장거리 우등열차나 특히 야간열차 등에 사용된다.

객차의 종류로는 승객을 위한 객차외에 우편물을 수송하는 우편차나 승객의 수하물을 수송하는 소화물차가 있다.

3. 3. 화차

'''화차'''는 화물을 운송할 수 있는 구조로 제작된 철도 차량을 말한다. 대부분의 화차는 기관차에 의해 견인·추진되는 동력집중방식 차량이지만, JR화물 M250계 전동차처럼 동력분산방식의 화차도 개발되고 있다.

실리는 화물에 따라 다양한 형태의 화차가 개발되었다. 과거에는 화차에 직접 화물을 싣고 내리는 운송이 이루어졌으나, 철도 이외의 교통 수단과의 사이에서 수작업에 의한 환적이 발생하거나, 화차의 열차 간 연결 및 입환 작업에 시간이 걸리는 등의 문제가 있었다.

이에 따라 지게차와 같은 하역 기계가 개발되고, 제2차 세계 대전 이후 각국에서 컨테이너화가 시작되었다. 이를 위해 컨테이너를 싣는 화차로 컨테이너 차량이 운용되기 시작했고, 그 위에 실리는 컨테이너를 싣는 화물에 따라 개발되고 있다.

광산에서 광석을 운송하는 열차나 석유처럼 대량으로 소비되는 물자를 운송하는 열차의 경우, 그 목적에 맞는 전용 석탄차·호퍼차·탱크차 등의 화차가 개발되어 사용되고 있다.

유개차
무개차
조차
평판차
차장차

3. 4. 특수차

'''특수차'''는 특수 사용을 목적으로 제작된 사고 복구용차, 작업차, 시험차 등으로, 동력차와 객차 및 화차에 속하지 않는 철도 차량을 말한다. 비영업차라고도 한다.

사업용 차량은 철도 사업자가 소유하는 차량 중 직접 영업 목적으로 사용되지 않는 철도 차량이다. 궤도 보수 작업이나 공사에 사용하거나, 사업자 내부의 업무에 필요한 물품을 수송하거나, 시험이나 시제작의 목적으로 제작된 차량 등이 이에 해당된다.

기중기
메르세데스-벤츠 유니목
기타 시설 점검용 장비류

4. 구성 요소

철도 차량의 구조는 상부(차체)와 하부(주행장치), 동력장치로 나누어 설명할 수 있다.

== 구조 ==

철도 차량에서 구조는 차량 전체 시스템이 충족하거나 준수해야 할 요건들을 의미한다.^[24] 이러한 요건에는 차량한계, 총중량, 축중 및 중량 분포, 최소곡선구간의 통과, 표기사항, 주행안전기준, 충돌안전기준 등이 포함된다.^[24]

철도 차량의 폭과 높이는 차량 한계에 의해 규정되며, 차량 한계는 차량의 최대 폭과 최대 높이를 포함한다. 플랫폼과의 관계 등에서 복잡한 형태로 정해져 있으며, 주변 구조물 설치 한계를 규정하는 건축 한계는 차량 한계에 주행 시 차량의 동요 등을 고려한 여유를 더한 것이다. 국가나 철도 회사에 따라 차량 한계·건축 한계는 다르다. 차량이 곡선을 주행할 때는 차체 중앙부 또는 끝부분(오버행)이 곡선의 안쪽·바깥쪽으로 튀어나오는 편의(偏倚) 현상이 발생하므로, 이를 고려하여 건축 한계를 넓히도록 되어 있다.

철도 차량의 길이는 주로 곡선 구간 주행 시 인접 차량이나 건축한계에 접촉하지 않는다는 관점에서 결정된다. 차량이 길어질수록 곡선에서의 편의가 커져 장애물에 접촉하게 되므로, 차량을 길게 하는 데는 한계가 있다. 차체 폭을 좁히거나 밑부분을 좁히는 것으로, 일반적으로 더 차량을 길게 할 수 있으며, 신칸센의 선두 차량이 중간 차량보다 긴 것은 이 때문이다. 차량의 길이로는 차체 자체의 길이인 차체 길이와, 옆 차량의 연결기가 접촉하는 면 사이의 거리인 연결면 간 거리가 있다.

차량을 지탱하는 차축 간의 간격인 축거(휠베이스)에도 제약이 있다. 인접한 차축 간의 간격이 너무 좁으면 주행 안정성에 문제가 있으므로, 축거의 하한이 정해져 있다. 대차 중심 간 거리가 너무 길면 곡선에서의 차체 편의가 커지므로 문제가 있고, 신호 회로 작동에도 영향을 미치므로 축거 또는 대차 중심 간 거리의 상한도 정해져 있다.

철도 차량의 중량은 그 차량이 운행하는 노선의 설계하중과 관련이 있다. 철도 차량의 중량을 차축의 수로 나눈 값을 축중이라고 하며, 이 값이 운행할 수 있는 노선을 결정한다. 선로에는 선로 등급이 정해져 있으며, 중요한 노선일수록 무거운 차량을 통과시킬 수 있도록 건설되어 있다. 따라서, 운행할 노선이 허용하는 축중에 맞추도록 차량을 설계해야 한다.

기관차는 견인 성능을 발휘하기 위해 어느 정도의 축중이 필요하다. 간선용으로 제작된 축중이 큰 기관차를 지선용으로 전용할 때, 중량을 부담하는 차축을 추가하여 축중을 낮추는 개조를 하는 경우가 있다. 국철 DD51형 디젤 기관차는 동력이 없는 중간 대차에 공기 스프링을 장착하고 있으며, 이 압력을 변화시킴으로써 부담하는 중량을 바꾸어 동축의 축중을 높이거나 낮추도록 할 수 있다.

== 차체 ==

차체는 주행 장치(Bogie)에 의해 지지되며 여객, 화물, 운전용 기기 등을 적재하는 철도 차량 부분의 총칭이다.^[25] 차체는 구조체와 그 외의 부분으로 구분된다.

대부분의 철도 차량에서 차체는 상자 모양의 구조를 하고 있다. 차체는 대차틀, 골조, 외판 등으로 구성되며 차체의 강도를 담당하는 부분이며, 좌석과 같은 실내 설비, 조명, 제어 장치 등은 포함하지 않는다. 바닥면은 대차틀, 진행 방향 앞뒤는 측면구조, 좌우는 측면구조, 위쪽은 지붕구조라고 한다.

구조체: 하중을 감당하는 주요 부분으로, 차체 프레임, 측면 구조틀, 지붕 구조로 구성된다.
들어올림 장치: 차량 또는 차체를 들어 올리기 위한 받침대 또는 고리 등의 장치이다.
운전실: 기관사·운전사가 운전을 수행하기 위한 공간이다.
여객용 출입문: 여객이 승하차를 하기 위한 문이다.
철도 차량 간 통로문 및 연결 통로: 차량 간 이동을 위한 통로이다.
창문: 채광 및 환기를 위한 창이다.
실내 설비: 의자, 선반, 객실 냉난방 장치, 비상 조명등 등이 있다.

차체는 목조에서 시작하여 강철, 스테인리스강, 알루미늄 합금 등으로 발전해왔다. 초기에는 대차틀이 모든 하중을 부담했지만, 점차 차체 전체가 강도를 분담하는 모노코크 구조가 사용되면서 경량화가 이루어졌다.

강철 차체는 부식 문제로 인해 스테인리스강 차체가 개발되었고, 초기에는 골조만 강철, 외판은 스테인리스강인 세미 스테인리스 차량에서, 이후 차체 전체가 스테인리스강인 올 스테인리스 차량으로 발전했다. 스테인리스 용접에는 스폿 용접과 레이저 용접이 사용된다. 스테인리스 차체는 도장이 필요없고, 강철 차체보다 강도가 높아 경량화에 유리하다.

알루미늄 합금 차체는 알루미늄 합금제 철도 차량으로 개발되었으며, 압출 성형재를 이용한 싱글 스킨 구조나 더블 스킨 구조가 사용된다. MIG 용접, 마찰 교반 접합, 레이저 MIG 하이브리드 용접 등으로 접합된다. 알루미늄 차체는 도장이 필요 없고, 경량화에 유리하며 재활용이 용이하다.

차체의 재료로는 섬유 강화 플라스틱(FRP)이 일부 사용되기도 한다.

대차틀(台枠)은 차체의 가장 기본적인 구조로, 차체 전체의 강도를 담당하고 대차와 차축에 하중을 전달한다. 차량 앞뒤 끝에는 종방향보(端梁), 좌우에는 측방향보(側梁), 양쪽 측방향보 사이에는 횡보(横梁)가 설치되어 사다리꼴 구조를 이룬다. 과거에는 대차틀과 측구조(側構)가 대부분의 강도를 담당했지만, 경량화를 위해 모노코크 구조가 주류가 되었다. 증기 기관차의 대차틀은 판대차틀(板台枠)과 봉대차틀(棒台枠)로 나뉜다. 화차의 경우, 컨테이너 차량은 측방향보가, 탱크차는 탱크체 전체가 강도를 담당한다.

측구(側構)는 철도 차량의 좌우 부분으로, 근대적인 모노코크 구조에서는 대차(台枠)와 일체가 되어 강도를 부담한다.. 창문 아래쪽 외판을 요판(腰板), 창문 위쪽 외판을 막판(幕板)이라고 한다..

妻構(つまごう)는 철도 차량의 앞뒤 부분으로, 수직으로 잘라낸 듯한 절단형(切妻), 양쪽을 깎은 접합형(折妻), 곡면형(曲面妻) 등이 있다.

지붕구조는 차량의 천장 및 지붕 부분을 구성하며, 전후 방향으로는 장재, 좌우 방향으로는 서까래가 골조로 組み込ま져 있다.. 냉방 장치가 설치된 차량에서는 실외기를 지붕 위에 탑재하는 것이 일반적이다..

== 주행 장치 ==

주행 장치는 차량의 주행을 위해 여러 요소를 조합한 것이다. 대개 대차(Bogie)라 부르는 일련의 구조를 이루고 있으나, 철도 차량의 설계에 따라서는 대차 없이 직접 차축 등의 요소가 차체에 취부된, 대차구조를 취하지 않는 것도 존재한다. 주행 장치는 윤축, 축상 조립 장치, 현가 장치, 차체 지지 장치, 제동 장치, 연결기 등의 요소들로 이루어진다.

윤축: 차륜과 차축의 결합체를 의미한다.
축상 조립 장치: 흔히 저널박스 등으로 부른다.
현가 장치: 흔히 서스펜션 등으로 부른다.
차체 지지 장치: 견인 장치 등으로 부르며, 주행 장치와 차체를 연결하는 장치를 의미한다.
제동 장치:
연결기: 옆 차량과 연결하여 편성을 구성하는 장치이다. 밀착연결기, 자동연결기, 나사식연결기 등 여러 종류의 연결기가 있다.

주행 장치는 차량의 속도에 맞는 내구성을 갖도록 설계되어야 하며, 접지, 고정축거 및 기타 여러 제한사항을 준수하여야 한다.

철도 차량에는 베어링이 차체에 고정되어 곡선에 따라 방향을 바꿀 수 없는 것과, 대차에 베어링이 장착되어 차체에 대해 대차가 회전함으로써 곡선에 따라 방향을 바꿀 수 있도록 되어 있는 것이 있다. 전자를 이축차, 후자를 보기차라고 한다.

보기차는 대차에 차축이 장착되어 대차가 차체에 대해 회전함으로써 곡선에서 바퀴가 곡선 방향을 향할 수 있다. 반면 이축차는 차축이 차체에 직접 장착되어 회전하지 않는다. 보기차는 선로 불규칙이 있어도 부드럽게 주행할 수 있다는 장점이 있으며, 탈선에 대한 안전성 측면에서도 유리하다. 반면, 이축차는 구조가 간단하고 중량이 적다는 장점이 있지만, 최고 속도가 낮게 제한된다.

증기 기관차는 실린더에서 커넥팅 로드로 동륜을 구동하는 관계로, 동축은 차체에 고정되어 곡선에 따라 회전시킬 수 없는 것이 보통이다. 곡선 주행 성능을 개선하기 위해, 약간의 횡방향 이동을 허용하거나, 일부 바퀴의 플랜지를 깎는 등의 조치를 취하고 있다.

이축차에서는 차축 간의 간격을 고정 축거(휠베이스)라고 한다. 보기차에서는 대차에서 차축 간의 간격을 고정 축거라고 하고, 대차 간의 거리를 대차 중심 간 거리(보기 센터 간 거리)라고 한다.

일반적인 구조에서는 하나의 차체 아래에 보기대차를 2개씩 갖추고 있지만, 2개의 차체를 연결하는 부분 아래에 대차를 장착하여 차체 간의 연결 구조와 일체화된 접속대차도 있다.

차륜과 차축을 합쳐 차륜이라고 한다. 차륜과 차축은 별도로 제작되며, 차축에 강한 압력을 가하는 프레스 기계를 사용하여 차축보다 작은 장착 구멍이 있는 차륜에 압입함으로써 차륜이 차축에 고정된다.

베어링은 차축을 지지하고 차량의 하중을 차축에 전달하는 장치이다. 일반적으로 축상자라고 불리는 상자에 내장되어 있다. 과거에는 평베어링이 많이 사용되었지만, 볼 베어링이 일반적이 되었다.

축상의 전후좌우상하의 약간의 움직임을 허용하면서, 대차틀(이축차의 경우 차체)에 대해 지지하는 구조를 축상지지장치라고 부른다.

대차틀(台車枠)은 대차 전체 구조를 형성하는 틀로, 차체 지지 장치를 통해 상부에 차체를 싣고, 축상자 지지 장치를 통해 하부에 베어링과 차축을 갖추어 차체의 무게를 차축으로 전달하는 역할을 한다.

차체 지지 장치는 대차의 회전을 허용하면서 차체의 하중을 지지하기 위한 장치이다. 볼스터리스 대차가 증가하고 있다.

철도 차량의 브레이크는 크게 바퀴와 레일 사이의 마찰력(점착력)으로 작용하는 점착 브레이크와 그 외의 비점착 브레이크로 나뉜다. 점착 브레이크 중에서도 기계식의 것은 인력 또는 기계력에 의한 것이 있다. 기계력은 증기 브레이크, 진공 브레이크, 공기 브레이크, 유압 브레이크 등 여러 종류가 있다.

== 추진 및 보조 전원 장치 ==

추진 및 보조 전원 장치는 철도 차량, 특히 동력차에서 동력을 공급하는 각종 장치들을 의미한다. 여기에는 전기, 내연, 증기 등의 동력원을 포함한 제반 장치들이 포함된다.

동력 장치에서 발생한 동력을 차륜에 전달하는 기구는 다양하다.

전동차는 전기동차든 전기기관차든 일반적으로 모터가 대차에 장착되어 있다. 현수식 구동 방식의 경우, 대차틀과 차축 사이에 모터가 걸쳐 있는 구조이며, 반면 카르단 구동 방식의 경우 모터는 대차틀 쪽에 고정되어 장착되고, 거기에서 카르단 조인트를 통해 차축을 구동한다. 그 외 퀼식 구동 방식(quill drive), 모터의 회전축이 직접 차축이 되는 직접 구동 방식(direct drive) 등의 예가 있으며, 초기에는 크랭크를 사용하여 차륜을 구동하는 방식도 있었다.

내연차는 동차든 기관차든 차체 측에 엔진과 변속기가 탑재되어 있으며, 거기에서 드라이브 샤프트로 대차틀에 장착된 감속기를 구동하고, 감속기가 차축을 구동한다. 단, 전기식의 경우 발전하여 그 전력으로 전동차와 같은 기구를 구동한다.

증기기관차는 크랭크로 차륜을 구동하는 방식이 대부분이다. 하지만 기어드 로코(Geared Locomotive)처럼 기어를 거쳐 차륜을 구동하는 방식도 있다.

전동차는 집전장치에서 전력을 취하여, 제어기로서 원하는 전압·주파수 등으로 변환하여 전동기를 구동한다.

집전장치는 현대에는 대부분 팬터그래프이며, 지붕 위에 장착되어 있다. 피뢰기와 차단기를 거쳐 차내 회로에 전류가 흐른다. 제3궤조 방식에서는 집전화에서 전력을 취한다.

직류차의 경우, 운전대에서의 지령에 따라 이 전력을 저항 제어, 전기자 초퍼 제어, 계자 초퍼 제어, 계자첨가여자 제어, VVVF 인버터 제어 등의 각종 제어 방식에 따라 필요한 전압·전류·주파수로 변환한다. 직류교류 전동차는 직류 구간에서는 직류차와 같고, 교류 구간에서는 주변압기에서 전압을 낮춘 후 정류기를 통해 직류로 변환하여 직류시와 같은 회로에 연결한다. 교류차는 탭(Tap) 切換 제어나 사이리스터 위상 제어 등으로 전압·전류·주파수의 변환을 하고 있다.

제어기에서 변환된 전력은 전동기에 공급되고, 전동기가 차축을 구동한다.

내연차에서는 탑재된 내연기관으로 회전력을 얻는다. 전기식에서는 이 회전으로 발전기를 구동하여 얻은 전력으로 전철과 같은 제어를 하고 있다. 기계식에서는 기어식 변속기에 의해, 유체식에서는 토크 컨버터에 의해 변속하여 추진축으로 대차에 장착된 감속기를 구동하고, 감속기가 차축을 구동하고 있다.

4. 1. 구조

철도 차량에서 구조는 차량 전체 시스템이 충족하거나 준수해야 할 요건들을 의미한다.^[24] 이러한 요건에는 차량한계, 총중량, 축중 및 중량 분포, 최소곡선구간의 통과, 표기사항, 주행안전기준, 충돌안전기준 등이 포함된다.^[24]

철도 차량의 폭과 높이는 차량 한계에 의해 규정되며, 차량 한계는 차량의 최대 폭과 최대 높이를 포함한다. 플랫폼과의 관계 등에서 복잡한 형태로 정해져 있으며, 주변 구조물 설치 한계를 규정하는 건축 한계는 차량 한계에 주행 시 차량의 동요 등을 고려한 여유를 더한 것이다. 국가나 철도 회사에 따라 차량 한계·건축 한계는 다르다. 차량이 곡선을 주행할 때는 차체 중앙부 또는 끝부분(오버행)이 곡선의 안쪽·바깥쪽으로 튀어나오는 편의(偏倚) 현상이 발생하므로, 이를 고려하여 건축 한계를 넓히도록 되어 있다.

철도 차량의 길이는 주로 곡선 구간 주행 시 인접 차량이나 건축한계에 접촉하지 않는다는 관점에서 결정된다. 차량이 길어질수록 곡선에서의 편의가 커져 장애물에 접촉하게 되므로, 차량을 길게 하는 데는 한계가 있다. 차체 폭을 좁히거나 밑부분을 좁히는 것으로, 일반적으로 더 차량을 길게 할 수 있으며, 신칸센의 선두 차량이 중간 차량보다 긴 것은 이 때문이다. 차량의 길이로는 차체 자체의 길이인 차체 길이와, 옆 차량의 연결기가 접촉하는 면 사이의 거리인 연결면 간 거리가 있다.

차량을 지탱하는 차축 간의 간격인 축거(휠베이스)에도 제약이 있다. 인접한 차축 간의 간격이 너무 좁으면 주행 안정성에 문제가 있으므로, 축거의 하한이 정해져 있다. 대차 중심 간 거리가 너무 길면 곡선에서의 차체 편의가 커지므로 문제가 있고, 신호 회로 작동에도 영향을 미치므로 축거 또는 대차 중심 간 거리의 상한도 정해져 있다.

철도 차량의 중량은 그 차량이 운행하는 노선의 설계하중과 관련이 있다. 철도 차량의 중량을 차축의 수로 나눈 값을 축중이라고 하며, 이 값이 운행할 수 있는 노선을 결정한다. 선로에는 선로 등급이 정해져 있으며, 중요한 노선일수록 무거운 차량을 통과시킬 수 있도록 건설되어 있다. 따라서, 운행할 노선이 허용하는 축중에 맞추도록 차량을 설계해야 한다.

기관차는 견인 성능을 발휘하기 위해 어느 정도의 축중이 필요하다. 간선용으로 제작된 축중이 큰 기관차를 지선용으로 전용할 때, 중량을 부담하는 차축을 추가하여 축중을 낮추는 개조를 하는 경우가 있다. 국철 DD51형 디젤 기관차는 동력이 없는 중간 대차에 공기 스프링을 장착하고 있으며, 이 압력을 변화시킴으로써 부담하는 중량을 바꾸어 동축의 축중을 높이거나 낮추도록 할 수 있다.

4. 2. 차체

차체는 주행 장치(Bogie)에 의해 지지되며 여객, 화물, 운전용 기기 등을 적재하는 철도 차량 부분의 총칭이다.^[25] 차체는 구조체와 그 외의 부분으로 구분된다.

대부분의 철도 차량에서 차체는 상자 모양의 구조를 하고 있다. 차체는 대차틀, 골조, 외판 등으로 구성되며 차체의 강도를 담당하는 부분이며, 좌석과 같은 실내 설비, 조명, 제어 장치 등은 포함하지 않는다. 바닥면은 대차틀, 진행 방향 앞뒤는 측면구조, 좌우는 측면구조, 위쪽은 지붕구조라고 한다.

구조체: 하중을 감당하는 주요 부분으로, 차체 프레임, 측면 구조틀, 지붕 구조로 구성된다.
들어올림 장치: 차량 또는 차체를 들어 올리기 위한 받침대 또는 고리 등의 장치이다.
운전실: 기관사·운전사가 운전을 수행하기 위한 공간이다.
여객용 출입문: 여객이 승하차를 하기 위한 문이다.
철도 차량 간 통로문 및 연결 통로: 차량 간 이동을 위한 통로이다.
창문: 채광 및 환기를 위한 창이다.
실내 설비: 의자, 선반, 객실 냉난방 장치, 비상 조명등 등이 있다.

차체는 목조에서 시작하여 강철, 스테인리스강, 알루미늄 합금 등으로 발전해왔다. 초기에는 대차틀이 모든 하중을 부담했지만, 점차 차체 전체가 강도를 분담하는 모노코크 구조가 사용되면서 경량화가 이루어졌다.

강철 차체는 부식 문제로 인해 스테인리스강 차체가 개발되었고, 초기에는 골조만 강철, 외판은 스테인리스강인 세미 스테인리스 차량에서, 이후 차체 전체가 스테인리스강인 올 스테인리스 차량으로 발전했다. 스테인리스 용접에는 스폿 용접과 레이저 용접이 사용된다. 스테인리스 차체는 도장이 필요없고, 강철 차체보다 강도가 높아 경량화에 유리하다.

알루미늄 합금 차체는 알루미늄 합금제 철도 차량으로 개발되었으며, 압출 성형재를 이용한 싱글 스킨 구조나 더블 스킨 구조가 사용된다. MIG 용접, 마찰 교반 접합, 레이저 MIG 하이브리드 용접 등으로 접합된다. 알루미늄 차체는 도장이 필요 없고, 경량화에 유리하며 재활용이 용이하다.

차체의 재료로는 섬유 강화 플라스틱(FRP)이 일부 사용되기도 한다.

대차틀(台枠)은 차체의 가장 기본적인 구조로, 차체 전체의 강도를 담당하고 대차와 차축에 하중을 전달한다. 차량 앞뒤 끝에는 종방향보(端梁), 좌우에는 측방향보(側梁), 양쪽 측방향보 사이에는 횡보(横梁)가 설치되어 사다리꼴 구조를 이룬다. 과거에는 대차틀과 측구조(側構)가 대부분의 강도를 담당했지만, 경량화를 위해 모노코크 구조가 주류가 되었다. 증기 기관차의 대차틀은 판대차틀(板台枠)과 봉대차틀(棒台枠)로 나뉜다. 화차의 경우, 컨테이너 차량은 측방향보가, 탱크차는 탱크체 전체가 강도를 담당한다.

측구(側構)는 철도 차량의 좌우 부분으로, 근대적인 모노코크 구조에서는 대차(台枠)와 일체가 되어 강도를 부담한다.. 창문 아래쪽 외판을 요판(腰板), 창문 위쪽 외판을 막판(幕板)이라고 한다..

妻構(つまごう)는 철도 차량의 앞뒤 부분으로, 수직으로 잘라낸 듯한 절단형(切妻), 양쪽을 깎은 접합형(折妻), 곡면형(曲面妻) 등이 있다.

지붕구조는 차량의 천장 및 지붕 부분을 구성하며, 전후 방향으로는 장재, 좌우 방향으로는 서까래가 골조로 組み込ま져 있다.. 냉방 장치가 설치된 차량에서는 실외기를 지붕 위에 탑재하는 것이 일반적이다..

4. 3. 주행 장치

주행 장치는 차량의 주행을 위해 여러 요소를 조합한 것이다. 대개 대차(Bogie)라 부르는 일련의 구조를 이루고 있으나, 철도 차량의 설계에 따라서는 대차 없이 직접 차축 등의 요소가 차체에 취부된, 대차구조를 취하지 않는 것도 존재한다. 주행 장치는 윤축, 축상 조립 장치, 현가 장치, 차체 지지 장치, 제동 장치, 연결기 등의 요소들로 이루어진다.

윤축: 차륜과 차축의 결합체를 의미한다.
축상 조립 장치: 흔히 저널박스 등으로 부른다.
현가 장치: 흔히 서스펜션 등으로 부른다.
차체 지지 장치: 견인 장치 등으로 부르며, 주행 장치와 차체를 연결하는 장치를 의미한다.
제동 장치:
연결기: 옆 차량과 연결하여 편성을 구성하는 장치이다. 밀착연결기, 자동연결기, 나사식연결기 등 여러 종류의 연결기가 있다.

주행 장치는 차량의 속도에 맞는 내구성을 갖도록 설계되어야 하며, 접지, 고정축거 및 기타 여러 제한사항을 준수하여야 한다.

철도 차량에는 베어링이 차체에 고정되어 곡선에 따라 방향을 바꿀 수 없는 것과, 대차에 베어링이 장착되어 차체에 대해 대차가 회전함으로써 곡선에 따라 방향을 바꿀 수 있도록 되어 있는 것이 있다. 전자를 이축차, 후자를 보기차라고 한다.

보기차는 대차에 차축이 장착되어 대차가 차체에 대해 회전함으로써 곡선에서 바퀴가 곡선 방향을 향할 수 있다. 반면 이축차는 차축이 차체에 직접 장착되어 회전하지 않는다. 보기차는 선로 불규칙이 있어도 부드럽게 주행할 수 있다는 장점이 있으며, 탈선에 대한 안전성 측면에서도 유리하다. 반면, 이축차는 구조가 간단하고 중량이 적다는 장점이 있지만, 최고 속도가 낮게 제한된다.

증기 기관차는 실린더에서 커넥팅 로드로 동륜을 구동하는 관계로, 동축은 차체에 고정되어 곡선에 따라 회전시킬 수 없는 것이 보통이다. 곡선 주행 성능을 개선하기 위해, 약간의 횡방향 이동을 허용하거나, 일부 바퀴의 플랜지를 깎는 등의 조치를 취하고 있다.

이축차에서는 차축 간의 간격을 고정 축거(휠베이스)라고 한다. 보기차에서는 대차에서 차축 간의 간격을 고정 축거라고 하고, 대차 간의 거리를 대차 중심 간 거리(보기 센터 간 거리)라고 한다.

일반적인 구조에서는 하나의 차체 아래에 보기대차를 2개씩 갖추고 있지만, 2개의 차체를 연결하는 부분 아래에 대차를 장착하여 차체 간의 연결 구조와 일체화된 접속대차도 있다.

차륜과 차축을 합쳐 차륜이라고 한다. 차륜과 차축은 별도로 제작되며, 차축에 강한 압력을 가하는 프레스 기계를 사용하여 차축보다 작은 장착 구멍이 있는 차륜에 압입함으로써 차륜이 차축에 고정된다.

베어링은 차축을 지지하고 차량의 하중을 차축에 전달하는 장치이다. 일반적으로 축상자라고 불리는 상자에 내장되어 있다. 과거에는 평베어링이 많이 사용되었지만, 볼 베어링이 일반적이 되었다.

축상의 전후좌우상하의 약간의 움직임을 허용하면서, 대차틀(이축차의 경우 차체)에 대해 지지하는 구조를 축상지지장치라고 부른다.

대차틀(台車枠)은 대차 전체 구조를 형성하는 틀로, 차체 지지 장치를 통해 상부에 차체를 싣고, 축상자 지지 장치를 통해 하부에 베어링과 차축을 갖추어 차체의 무게를 차축으로 전달하는 역할을 한다.

차체 지지 장치는 대차의 회전을 허용하면서 차체의 하중을 지지하기 위한 장치이다. 볼스터리스 대차가 증가하고 있다.

철도 차량의 브레이크는 크게 바퀴와 레일 사이의 마찰력(점착력)으로 작용하는 점착 브레이크와 그 외의 비점착 브레이크로 나뉜다. 점착 브레이크 중에서도 기계식의 것은 인력 또는 기계력에 의한 것이 있다. 기계력은 증기 브레이크, 진공 브레이크, 공기 브레이크, 유압 브레이크 등 여러 종류가 있다.

4. 4. 추진 및 보조 전원 장치

추진 및 보조 전원 장치는 철도 차량, 특히 동력차에서 동력을 공급하는 각종 장치들을 의미한다. 여기에는 전기, 내연, 증기 등의 동력원을 포함한 제반 장치들이 포함된다.

동력 장치에서 발생한 동력을 차륜에 전달하는 기구는 다양하다.

전동차는 전기동차든 전기기관차든 일반적으로 모터가 대차에 장착되어 있다. 현수식 구동 방식의 경우, 대차틀과 차축 사이에 모터가 걸쳐 있는 구조이며, 반면 카르단 구동 방식의 경우 모터는 대차틀 쪽에 고정되어 장착되고, 거기에서 카르단 조인트를 통해 차축을 구동한다. 그 외 퀼식 구동 방식(quill drive), 모터의 회전축이 직접 차축이 되는 직접 구동 방식(direct drive) 등의 예가 있으며, 초기에는 크랭크를 사용하여 차륜을 구동하는 방식도 있었다.

내연차는 동차든 기관차든 차체 측에 엔진과 변속기가 탑재되어 있으며, 거기에서 드라이브 샤프트로 대차틀에 장착된 감속기를 구동하고, 감속기가 차축을 구동한다. 단, 전기식의 경우 발전하여 그 전력으로 전동차와 같은 기구를 구동한다.

증기기관차는 크랭크로 차륜을 구동하는 방식이 대부분이다. 하지만 기어드 로코(Geared Locomotive)처럼 기어를 거쳐 차륜을 구동하는 방식도 있다.

전동차는 집전장치에서 전력을 취하여, 제어기로서 원하는 전압·주파수 등으로 변환하여 전동기를 구동한다.

집전장치는 현대에는 대부분 팬터그래프이며, 지붕 위에 장착되어 있다. 피뢰기와 차단기를 거쳐 차내 회로에 전류가 흐른다. 제3궤조 방식에서는 집전화에서 전력을 취한다.

직류차의 경우, 운전대에서의 지령에 따라 이 전력을 저항 제어, 전기자 초퍼 제어, 계자 초퍼 제어, 계자첨가여자 제어, VVVF 인버터 제어 등의 각종 제어 방식에 따라 필요한 전압·전류·주파수로 변환한다. 직류교류 전동차는 직류 구간에서는 직류차와 같고, 교류 구간에서는 주변압기에서 전압을 낮춘 후 정류기를 통해 직류로 변환하여 직류시와 같은 회로에 연결한다. 교류차는 탭(Tap) 切換 제어나 사이리스터 위상 제어 등으로 전압·전류·주파수의 변환을 하고 있다.

제어기에서 변환된 전력은 전동기에 공급되고, 전동기가 차축을 구동한다.

내연차에서는 탑재된 내연기관으로 회전력을 얻는다. 전기식에서는 이 회전으로 발전기를 구동하여 얻은 전력으로 전철과 같은 제어를 하고 있다. 기계식에서는 기어식 변속기에 의해, 유체식에서는 토크 컨버터에 의해 변속하여 추진축으로 대차에 장착된 감속기를 구동하고, 감속기가 차축을 구동하고 있다.

5. 철도 차량의 내구 연한

대한민국은 해외와 달리 철도 차량을 내구 연한을 초과하여 사용할 수 없도록 철도안전법으로 통제하였고, 이는 철도안전법 제37조(철도 차량의 사용내구연한)에 의거한다.^[28] 내구 연한을 초과하여 사용하기 위해서는 국토교통부 장관이 실시하는 정밀진단을 받아 안전운행에 적합하다고 인정되어야만 하지만, 그 기준이 엄격하여 차량의 연장 사용이 지극히 어려워 차량을 일괄 폐차해야 하는 등의 난맥상이 지적되고 있다.

내구 연한이 도래한 차량은 대개 파쇄되어 고철로 처분되거나, 또는 형태를 온전히 보존한 채로 주행기능을 제거한 채 민간에 염가 불하하기도 한다. 해외에서는 더 오랜 기간 사용하는 예가 많아 이러한 운영은 자원 낭비라는 지적이 제기된 바 있으며, 이에 따라 부산교통공사에서는 이러한 내구연한 규정의 폐지를 주장하고 있다.^[26]

한편 내구 연한이 초과한 차량들 중 잔여수명이 남은 차량의 경우, 차량 조달에 어려움을 겪는 개발도상국에 유상 또는 무상원조의 형식으로 제공되기도 한다. 한국에서는 최근 서울메트로(현 서울교통공사)가 내구연한이 도래한 차량을 베트남에 수출하기로 양해각서를 체결한 바 있다.^[27]

한국의 법령에 의해 지정된 철도차량 종류별 내구 연한은 다음 표와 같았었다.^[28] 현재는 법령 개정으로 인하여 명목상의 내구연한은 폐지되어있는 상태이다.^[29]

종류	사용 내구 연한
고속철도 차량	30년(단, 일본고속철도 신칸센의 경우, 15년)
일반철도 차량	30년
디젤 기관차	25년(재생시 연장가능 최대 30년~40년)
전기 기관차	30년~40년
디젤 동차	20년~25년
전기 동차	25년(내구연한 연장시 최대 30년~40년)
객차	25년~30년
화차	30년 단, 화학물 수송용 조차는 25년
특수차	철도 차량 제작당시 정한 기준

철도 차량의 수명은 차종에 따라 다르지만, 사고나 재해로 인해 사용 불능이 되는 경우를 제외하면, 대체로 재래선 차량은 20~30년 정도, 고속 운전을 하는 신칸센 차량은 10년 남짓이다.

차량의 수명을 결정하는 요소로는 물리적 수명, 경제적 수명, 노후화 수명의 세 가지가 있다. 물리적 수명은 차량을 구성하는 중요 부품이 물리적으로 사용에 견딜 수 없는 한계를 가리키며, 주로 대차와 차체의 수명에 따라 결정된다. 경제적 수명은 노후화에 따라 고장이 증가하고, 수리비가 증가하여 신형 차량으로 교체하는 것이 더 저렴해지는 시점을 가리킨다. 노후화 수명은 시대의 변화나 더욱 신형 차량의 투입 등으로 인해 오래된 차량이 시대에 뒤떨어지게 되는 것에 따른 수명을 가리킨다. 최근에는 노후화 수명에 따른 수명 결정이 주를 이룬다.

철도 차량으로서의 등록을 삭제하는 것(차적을 빼는 것)을 폐차라고 한다. 폐차된 차량은 대부분 해체 처리된다. 해체 처리는 주요 장비를 제거하고 차체를 용단·절단하는 방법과 중장비 등으로 부수어 해체하는 방법이 있다. 1990년대 이후로는 차체 등의 금속을 재활용하여 신형 차량에 사용하는 사례도 있으며, 차량 폐차 후 재활용률을 높일 수 있도록 설계하는 차량도 등장하는 등, 해체 후 활용 방안까지 고려한 지침도 많아지고 있다.

일부 가치가 인정된 차량은 보존 철도에서 동태 보존이 이루어지거나, 공원이나 박물관, 차량 기지 등에서 정태 보존이 이루어지기도 한다.

6. 생산에서 폐차 해체까지

6. 1. 기획

철도 차량의 신규 제조는 신규 노선 개업, 열차 증편, 전철화 및 고속화 등의 수송 개선, 노후 차량 교체 등의 이유로 이루어진다.^[30] 철도 차량은 자동차보다 수명이 길어 30년에서 40년 정도 사용하는 경우도 드물지 않으므로, 장기적인 계획에 따라 새로운 제조 계획이 수립된다.^[30]

필요한 차량 수는 투입 예정 노선의 열차 운행 시간표와 기존 차량의 폐차 예정 등을 고려하여 결정된다. 철도 차량 제조사의 생산 능력은 한정되어 있어 한 번에 대량 생산이 어렵기 때문에, 여러 해에 걸쳐 지속적으로 발주하는 것이 일반적이다.^[30] 단기간에 대량 생산하면 제조 단가를 낮출 수 있지만, 차량 갱신 시기가 한꺼번에 몰리는 문제가 발생할 수 있다.^[31]

차량 제작에는 차량의 용도, 수송 개선 필요성, 철도 회사의 이미지 제고, 경영 합리화 등 다양한 요소를 고려한다. 특급 열차용 차량은 성능과 이미지 제고에, 통근 열차용 차량은 비용 절감에 중점을 둔다. 특수 설계 차량의 일부 도입은 신규 제조 및 유지 보수 비용 측면에서 바람직하지 않으므로, 동일한 디자인의 차량을 어느 정도 모아서 한 번에 설치할 수 있도록 고려해야 한다.^[31] 비용 절감을 위해 철도 회사와 제조사를 넘어 공통화된 디자인을 도입하여 표준화·규격화하려는 움직임도 있다.^[31]^[32]

6. 2. 설계

철도 차량의 설계는 철도 사업자, 차량 제조사, 또는 양측의 협력을 통해 이루어진다. 설계 주체는 시대와 국가에 따라 다르다.^[36]^[33]^[34]

철도 초기에는 철도 사업자가 자체적으로 설계와 제조를 모두 담당했다. 특히 영국에서는 철도 사업자 내부 공장에서 설계부터 제조까지 일괄적으로 수행하는 것이 일반적이었다.^[33]^[34] 이 때 설계 및 제조 책임자는 기사장(Chief Mechanical Engineer) 또는 기관차(기차)감찰방(총감독)(Locomotive Superintendant)이라고 불렸다.^[35]

독립적인 철도 차량 제조사의 경우, 철도 사업자 또는 제조사가 설계를 담당한다. 일본이나 독일에서는 철도 사업자와 차량 제조사가 공동으로 설계하여 소수 형식을 대량 생산하는 방식을 채택했다. 미국은 증기 기관차 시대에는 철도 회사가 설계했으나, 디젤 기관차 시대부터는 제조사의 설계 라인업에서 선택하는 방식으로 바뀌었다. 영국이나 프랑스는 디젤 기관차 시대에 제조사 설계를 구매하여 다양한 형식이 등장했다.^[36]

기존 차량의 부분 변경은 설계에서 제조까지 빠르게 진행되지만, 완전 신규 형식은 설계, 시작(試作), 시운전, 수정 설계, 양산화 등의 과정을 거쳐 일반적으로 3년 이상의 기간이 소요된다.^[37] 기관차의 경우 한 형식당 2,000 장이 넘는 도면이 만들어진다.^[38]

6. 3. 제조

철도 차량은 복잡한 구성으로 인해 제조사에서 모든 부품을 직접 제작하지 않고, 많은 부품을 외부에서 구매하여 조립한다.^[40] 차량 가격의 절반 가량이 부품 구입비에 해당한다.^[40] 폐차된 차량에서 부품을 재활용하기도 한다.^[39]

철도 차량 제조는 다품종 소량 생산 및 주문 생산을 특징으로 한다.^[42] 설계 완료 후 제작 기간은 기관차 8개월, 전철·기동차 6개월, 객차·화차 3개월 정도이다.^[41] 제조 작업 자동화는 쉽지 않아 조립 공정 대부분은 여전히 노동 집약적이다.^[42]

많은 국가에서 철도 사업자와 제조사 간 협력 관계가 있으며, 국내 산업 보호를 위해 국외 발주 시에도 국내 조립이나 부품 구매를 의무화하기도 한다.^[43]

6. 4. 수송

완성된 철도 차량은 제조 업체의 공장에서 실제로 사용되는 장소인 차량 기지까지 차량 수송을 실시한다.^[44] 차량은 바퀴가 달려 있으므로, 선로가 연결되어 있다면 기관차로 견인하여 수송할 수 있다.^[44] 그 외에, 선로를 자력으로 주행해 가는 사례도 있으며,^[49] 트레일러나 선박 등을 이용한 수송도 실시된다.^[45] 항공 수송 사례도 있다.^[46]

6. 5. 시운전 및 훈련

투입되는 노선에 도착한 새 철도 차량은 철저한 검사 및 시운전이 실시된다.^[47] 최근의 차량에서는 인버터 등의 기기에서 나오는 전자파에 의해 다른 장치가 유도 장해를 일으킬 수 있으므로, 차재 기기 및 선로 옆 장비의 상호 운용성을 신중하게 확인한다.^[48]

동시에 그 노선을 담당하고 있는 기관사와 차장을 비롯한 승무원의 신형 차량에 대한 훈련도 진행된다.^[49]

6. 6. 운영

시운전과 훈련이 완료되어 사용 가능해진 철도 차량은 운영에 투입됨으로써 실제 영업 운전이 시작된다.^[50]

철도 운행 계획에서는 차량 운영이라는 형태로 차량 사용 계획이 수립된다. “A역에서 C역까지 운행한 후 회차하여 B역까지 운행한다”와 같은 계획이 세워지며, 그러한 계획에 실제로 어떤 차량을 배정할지 결정된다. 차량이 1일에 주행하는 거리는 전기 기관차가 약 400km, 전철과 기관차는 약 500km, 신칸센과 같은 고속 철도는 약 1,200km로 알려져 있다.^[51]

운영 중인 철도 차량은 정기적으로 검사를 받는다. 초기에는 열화 진행을 감시하여 수리가 필요할 때 교체하는 방식이었지만, 결과적으로 고장이 나서야 교체하는 경우가 많아 사후 보수 방식이었다. 그러한 경험을 축적하면서 열화를 예측하여 정기적으로 검사를 하는 방식이 채택되어 예방 보수 방식으로 바뀌었다. 부품별로 열화 진행 정도와 고장 시 중요성 등을 평가하여 검사 주기를 정하여 실시하고 있다. 보수 비용은 철도 경비에서 차지하는 비율이 높기 때문에 부품의 신뢰성이 향상됨에 따라 검사 주기를 연장하는(검사 회귀 연장) 것이 실시되어 경비 절감에 효과를 거두고 있다.^[52]

어떤 차량이 검사에 들어가는 동안 대신 운영에 투입될 차량으로 예비차가 준비되어 있다.^[53] 검사 대행뿐만 아니라 사고·고장이 발생하여 긴급히 수리에 들어간 차량의 대행이나 임시 열차 운행에도 사용된다.^[54]

6. 7. 전속

큰 철도 사업자는 여러 노선·차량 기지를 보유하고 있을 때에는, 노선·차량 기지 사이에 차량의 전속이 일어날 수 있다.^[55] 노선이나 차량기지 간에 차량의 배속 변경이 이루어지는 경우가 있다. 또한 사업자를 넘어 중고 차량으로 양도되는 경우도 있다.^[55] 이러한 경우에는 알맞게 개조가 수행될 수 있다.^[55] 개조 공사가 병행되는 경우도 있다.

6. 8. 개조

철도 차량은 사용 중에 다양한 개조가 이루어질 수 있다. 부식된 부품 교환, 외장의 리폼 및 장비 기기류 교체, 중간차를 선두차로, 혹은 그 반대로 하는 개조 등이 있다.^[56] 내장의 업그레이드에 관해서는 어카머데이션(accommodation, 접객 시설이라는 뜻) 개선이라고 한다.^[56] 대차나 대틀을 유용하여 새로운 차체를 새로 만든 것도 있으며, 차체 업그레이드라고 한다.^[57] 참고로, 이때 개조의 기반이 되는 차량을 "'''종차'''"라고 부르며, 병합차량을 참조한다.

6. 9. 폐차 해체

철도 차량의 수명은 차종에 따라 다르지만, 사고나 재해 등으로 사용할 수 없게 되는 경우를 제외하면 대체로 재래선 차량은 20~30년, 고속 운전을 하는 신칸센 차량은 십수 년 정도이다.^[58] 차량의 수명을 결정하는 요소는 물리적 수명, 경제적 수명, 진부적 수명의 세 가지가 있다.^[58] 물리적 수명은 차량을 구성하는 핵심 부품이 물리적으로 수용할 수 없게 되는 한계를 의미하며, 주로 대틀과 구체의 수명에 의해 결정된다. 경제적 수명은 노후화에 따라 고장이 증가해 수리비가 증가하고 신형 차량으로 교체하는 것이 저렴해지는 연수를 가리킨다. 진부적 수명은 시대의 변화와 신형 차량의 투입으로 인해 구형 차량이 시대에 뒤쳐지게 되는 수명을 가리킨다. 최근에는 진부적 수명에 의한 내용연수 결정이 중요하다.^[58]

철도 차량의 등록에서 삭제(차적에서 지우는 것)까지를 폐차라고 한다.^[59] 폐차된 차량은 종종 해체 처분된다. 해체 처분은 주요 장치를 분리하여 구체를 녹여 절단해 나가는 방법과 중장비 등으로 때려 부숴 해체하는 방법이 있다. 1990년대 이후로는 차체 등의 금속을 재활용하여 신형 차량에 사용한 예도 있으며, 또한 차량 폐차 후 재활용 비율을 높일 수 있도록 설계하는 차량도 있는 등, 해체 후 활용법까지 생각한 근거 지침도 늘어나고 있다.^[60]^[61]

일부 가치가 인정된 차량은 보존 철도에서 동태 보존을 수행하거나 공원과 박물관, 차량 기지 등으로 정태 보존이 이루어지기도 한다.^[62]^[63] 대한민국에서는 주로 박물관에서 보존한다.

7. 주요 자격증

철도차량정비기능장, 철도차량기술사, 철도차량기사, 철도차량산업기사, 철도동력차기관정비산업기사, 철도동력차전기정비산업기사, 철도차량운전면허 등이 있다.

8. 사진

9. 동력 방식과 특징

9. 1. 동력 방식

철도 차량은 선로를 따라서만 운행하며, 항공기나 자동차와 달리 많은 차량을 연결하여 대량 수송을 할 수 있다. 또한, 증기기관차나 단관식 기관차의 후진 시, 푸시풀 방식 이외의 기관차 견인 열차의 추진 운전 등 일부 예외를 제외하고, 양방향으로 똑같이 달릴 수 있다는 특징이 있다.

철도 차량의 추진 동력 배치 방식에는 동력집중식과 동력분산식이 있다. 동력집중식은 기관차에 동력이 집중되어 있고, 나머지 객차·화차는 기관차에 끌려가는 방식이다. 반면 동력분산식은 특정 차량에 동력을 집중시키지 않고 편성 내 각 차량에 동력을 분산하여 탑재한다.

동력집중식과 동력분산식은 차량 제작비, 유지보수비, 에너지 소비, 승차감, 선로에 대한 영향, 기동성, 신뢰성, 주변 환경에 대한 영향, 열차의 직통 운전 등 다양한 측면에서 장단점을 가진다.

차량 제작비: 동력집중식의 기관차는 고가이지만, 동력분산식 차량은 상대적으로 저렴하다. 편성 전체로 비교하면, 동력차(M)와 부수차(T)의 비율(MT비)에 따라 제작비가 달라진다.
차량 유지보수비: 과거에는 동력집중식이 유리하다고 여겨졌으나, 회생 제동 사용과 교류 전동기 기술 발전으로 동력분산식의 유지보수 부담이 감소하였다.
에너지 소비: 일반적으로 동력집중식이 유리하지만, 회생 제동은 동력분산식에서 더 효율적이다.
승차감: 동력분산식은 소음과 진동이 발생하기 쉽지만, 기술 발전으로 개선되고 있다.
선로에 대한 영향: 동력집중식은 기관차의 축중이 커서 선로에 부담을 주지만, 동력분산식은 영향이 적다.
기동성: 동력분산식은 가감속 성능이 우수하고, 열차 분할·병합이 용이하다. 푸시풀 방식은 동력집중식의 기동성을 보완한다.
신뢰성: 동력분산식은 일부 장치 고장 시에도 운행이 가능하여 신뢰성이 높다.
주변 환경에 대한 영향: 동력집중식은 차륜제동으로 인한 소음 문제가 있지만, 동력분산식은 디스크 브레이크를 사용하여 소음이 적다.
열차의 직통 운전: 동력집중식은 기관차 교체로 다른 전원·신호 방식 구간 운행이 가능하지만, 동력분산식은 모든 방식에 대응하는 설비가 필요하다.

1970년대 일본국유철도는 열차 길이에 따라 동력 방식의 유리함이 달라진다고 보았다. 짧은 편성은 동력분산식, 긴 편성은 동력집중식이 유리하다는 결론이었다. 그러나 가변전압가변주파수제어와 회생 제동 기술 발전으로 동력분산식이 더 유리해지는 추세이다.

일본은 지형적 특성으로 인해 동력분산식을 채택해왔지만, 유럽은 동력집중식을 주로 사용해왔다. 그러나 최근에는 유럽에서도 동력분산식 차량이 증가하는 추세이다. 동력집중식에서도 편성 양단에 기관차를 연결하여 동력분산식과 유사하게 운용하기도 한다.

9. 2. 동력집중식과 동력분산식의 비교

철도 차량의 추진 동력 배치 방식에는 동력집중식과 동력분산식이 있다. 동력집중식은 기관차에 모든 동력이 집중되고, 나머지 객차·화차는 기관차에 끌려가는 방식이다. 반면 동력분산식은 각 차량에 동력을 분산 배치한다.

동력분산식에서 동력차와 부수차의 비율은 형식에 따라 다르며, 이 비율을 MT비라고 한다. 그림의 예시는 4M2T로 표현된다.

동력집중식과 동력분산식은 차량 제작비, 유지보수비, 에너지 소비, 승차감, 선로 영향, 기동성, 신뢰성, 주변 환경 영향, 열차 직통 운전 등 여러 측면에서 장단점을 가진다.

차량 제작비: 기관차는 고가, 동력분산식 차량은 기관차보다 저렴, 동력집중식 부수차는 더 저렴하다. 12량 편성 기준으로, 동력차 비율에 따라 동력분산식이 더 비싸거나(12M), 비슷하거나(6M6T), 저렴(4M8T)할 수 있다. 단, 동력집중식에서 양단 기관차 연결(푸시풀)을 고려한 결과이므로, 기관차 1량만 운용하면 동력집중식이 유리하다.
차량 유지보수비: 과거에는 동력집중식이 유리했으나, 회생 제동 미사용으로 인한 기계식 제동 부품 마모 증가, 교류 전동기 보급으로 동력분산식 유지보수 부담 감소로 상황이 변했다. 독일철도 ICE1(2M12T)과 동일본여객철도 200계(12M, 직류 전동기) 비교 시, 연간 유지보수 시간은 17500시간으로 동일했다.
에너지 소비: 일반적으로 동력집중식이 유리하나, 회생 제동은 동력분산식에서 더 효율적이다.
승차감: 동력분산식은 소음·진동으로 불리했으나, 기술 발전으로 개선되고 있다.
선로에 대한 영향: 동력집중식 기관차는 무거워 선로에 악영향을 주며, 축중 제한 구간 운행이 어렵다. 동력분산식은 이러한 제약이 적고, 선로 건설·유지보수 비용도 적게 든다. 또한 동력집중식은 기관차 길이만큼 대피선이 길어야 한다.
기동성: 동력분산식은 가감속도가 높아 정차역이 많은 노선에 유리하고, 양단 운전대 설치로 회차가 용이하다. 동력집중식도 푸시풀 방식으로 기동성을 확보할 수 있다. 동력분산식은 열차 분할·병합도 용이하다.
신뢰성: 동력분산식은 일부 동력 장치 고장 시에도 나머지 장치로 주행 가능하여 신뢰성이 높다.
주변 환경에 대한 영향: 동력집중식 고속열차는 차륜제동 사용으로 소음이 크고, 진동도 더 크다. 동력분산식은 디스크 브레이크를 사용하여 소음 문제가 적다.
열차의 직통 운전: 동력집중식은 기관차 교체로 다른 전원·신호 방식 구간 운행이 가능하나, 동력분산식은 모든 방식에 대응하는 설비를 갖춰야 한다.

1970년대 일본국유철도 연구에 따르면, 긴 편성은 동력집중식, 짧은 편성은 동력분산식이 유리하다. 직류 전철화 구간은 11~12량, 교류 전철화 구간은 9~10량, 비전철화 구간은 4~5량이 분기점이었다. 즉, 짧은 편성 잦은 운행은 동력분산식, 긴 편성 가끔 운행은 동력집중식이 유리하다.

가변전압가변주파수제어 실용화, 교류 전동기 보급, 회생 제동 일반화로 동력분산식이 유리해지는 추세다.

일본은 약한 지반, 험준한 지형으로 인한 잦은 경사·곡선 때문에 고속화를 위해 동력분산식을 채택했다. 유럽은 오랫동안 동력집중식을 사용했으나, 최근 동력분산식 도입이 증가하는 추세다.

동력집중식도 양단 기관차 연결(고정 편성) 운용 시, 운용 형태는 동력분산식과 유사해진다.

참조

_[1] 웹사이트 Yaxham Light Railway rolling stock page https://web.archive.[...] 2007-02-07
_[2] 웹사이트 Definition of "rolling stock" from the Oxford English Dictionary accessed 5 February 2007 (subscription service) http://dictionary.oe[...] 2007-02-05
_[3] 웹사이트 Definition of "rolling stock" from the Concise Oxford Dictionary https://web.archive.[...]
_[4] 웹사이트 Definition from the American Heritage Dictionary https://web.archive.[...]
_[5] 학회발표 The Snowtown to Port Pirie line https://catalogue.nl[...] 1999
_[6] 웹사이트 Rolling stock http://financial-dic[...] Farlex
_[7] 웹사이트 RUT-7: Rolling Stock Certification https://web.archive.[...]
_[8] 웹사이트 Michigan's Rolling Stock Exemption http://www.taxrates.[...] Avalara
_[9] 웹사이트 Rail infrastructure and rolling stock: investments, asset renewal and regulation https://web.archive.[...] European University Institute, Florence School of Regulation
_[10] 서적 Engineering Asset Management 2011: Proceedings of the Sixth World Congress on Engineering Asset Management Springer
_[11] PDF 日本商品分類中分類46-車両（軌条上を走行するもの） http://www.stat.go.j[...] 総務省統計局
_[12] 문서 일부 철도 팬이 사용하는 "키하"라는 명칭은 철도성이 정한 "3등(좌석) 기동차"(현재의 보통 기동차)에 적용한 용도 기호일 뿐, 기동차 전체나 기동차 열차를 나타내는 것은 아니다.
_[13] 법규 철도에 관한 기술상의 기준을 정하는 성명 제82조
_[14] 간행물 철도 픽토리얼 철도도서간행회 2015-02
_[15] 법규 철도사업법 시행규칙 https://laws.e-gov.g[...]
_[16] 법규 궤도운전규칙 https://laws.e-gov.g[...]
_[17] 간행물 운전협회지 일본철도운전협회 1971-09
_[18] PDF 채무 부담 행위에 대해 https://web.archive.[...] 아게오시 HP
_[19] 웹사이트 채무 부담 행위 - 군마현의 재정 https://web.archive.[...] 군마현 HP
_[20] 웹사이트 키하281계의 초기 디자인 안도……JR홋카이도의 YouTube 동영상이 뜨겁다! 철도 뉴스 https://tetsudo-ch.c[...]
_[21] 웹사이트 가와사키중공업, 시속 350km의 세계 시장 향 신형 고속 철도 차량을 자사 개발 https://wired.jp/200[...] 2008-09-16
_[22] 법규 철도산업발전기본법 제3조(정의)의 4. 타 법률에서의 정의는 이 법의 정의를 준용함.
_[23] 법규 철도 차량 안전기준에 관한 규칙 제2조(정의). 이하의 차량의 정의는 모두 이 법에 의한 것임.
_[24] 법규 철도 차량 안전기준에 관한 규칙 제22조(차량한계)부터 제36조(철도 차량의 연결)까지.
_[25] 법규 철도 차량 안전기준에 관한 규칙 제2조(정의)의 9.
_[26] 뉴스 전동차 내구연한 폐지 논란 http://www.kookje.co[...] 국제신문 2007-08-08
_[27] 뉴스 중고 전동차 베트남 수출 http://www.seoul.co.[...] 서울신문 2007-05-28
_[28] 법규 철도안전법 시행규칙 별표21
_[29] 법규 2014년 3월 19일부터 시행
_[30] 서적 철도차량핸드북
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_[32] 서적 차량연구로 넓어지는 철의 세계
_[33] 서적 철도차량핸드북
_[34] 서적 증기기관차 200년사
_[35] 서적 증기기관차 200년사
_[36] 서적 철도차량핸드북
_[37] 서적 철도공학핸드북
_[38] 서적 철도차량핸드북
_[39] 서적 차량연구로 넓어지는 철의 세계
_[40] 서적 도해 철도의 시스템과 달리게 하는 방법
_[41] 서적 철도차량핸드북
_[42] 서적 철도차량핸드북
_[43] 서적 철도공학핸드북
_[44] 웹사이트 甲種鉄道車両輸送 http://rail-j.com/es[...] 철도저널사 2011-12-04
_[45] 서적 도설 철도차량은 이렇게 만들어진다
_[46] 웹사이트 화물기에 삼켜지는 지하철, 항공편 인도로 수송 http://www.afpbb.com[...] AFPBB News 2011-12-04
_[47] 서적 철도차량핸드북
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