관절대차

3. 특징

관절대차를 사용하면 대차 수가 줄어들어 열차 전체의 무게를 줄이는 데 기여할 수 있다. 그러나 이는 단순히 기존 보기 대차를 관절대차로 교체한다고 해서 즉시 달성되는 효과는 아니다. 관절대차의 이점을 최대한 활용하기 위해서는 열차 설계 단계부터 이를 고려하여, 승차감에 불리한 요소를 제거하고 선로 조건에 맞춰 열차 자체를 소형화하는 등 전체적인 최적화가 필요하다. 즉, 관절대차 채택은 경량화를 위한 종합적인 설계의 일부로 이해해야 한다.

3. 1. 장점

• 두 차체가 연결기를 거치지 않고 대차에 의해 직접 연결되는 구조이므로 진동이 적다.^[9] 특히 사행동과 같은 횡방향의 복합 진동 발생이 억제되어 고속 주행 시 안정성이 높고 승차감이 좋다.^[11] 최근 댐퍼 기술 발달로 보기 대차에서도 요잉을 효과적으로 억제할 수 있지만, 관절대차를 사용하면 차체 간 댐퍼나 요 댐퍼를 생략하거나 간략화할 수 있는 경우가 많다.
• 대차의 총 수를 줄일 수 있어 비용 절감 및 경량화에 기여한다. 예를 들어 6량 편성 열차의 경우, 일반적인 보기 대차는 12개가 필요하지만 관절대차는 7개만 사용된다. 또한, 대차 간격이 동일하다면 중간 차량의 오버행 부분이 생략되어 편성 전체의 경량화에 도움이 된다.
• 대차 수가 줄어들면 총 중량이 감소함에도 불구하고, 각 차축이 부담하는 무게(축중)는 증가한다. 이는 축받이의 마찰을 줄여 주행 저항을 감소시키는 효과가 있다.
• 차체에 대한 대차의 상대적인 회전 각도가 작아져 곡선 구간 통과가 용이해진다.
• 곡선 구간을 통과할 때 차체가 바깥쪽으로 벗어나는 정도(돌출)가 작아 점유 폭이 줄어든다.^[9] 따라서 동일한 건축한계 내에서 더 넓은 폭의 차체를 사용할 수 있다.
• 소음 발생원인 대차가 객실 공간에서 떨어져 차체 단부에 위치하므로, 별도의 데크 공간 없이 차단문만으로도 실내 주행 소음을 줄여 정숙성을 높일 수 있다.^[14]
• 대차의 회전 중심이 두 차체 사이에 위치하기 때문에, 객실 바닥 높이(차상고)를 낮출 수 있다. 이는 무게 중심을 낮춰 주행 안정성을 향상시킨다. 또한, 차체 사이의 공간을 활용하여 대차와 차체를 연결하는 마운트 부분을 높게 설치할 수 있는데, 이는 차체의 롤 센터(roll center)를 높여 좌우 흔들림(롤링)을 줄이고 승차감과 고속 주행 안정성을 더욱 향상시킨다. 이는 특히 차체 틸팅식 차량에서 자연 진자 방식의 단점인 흔들림 지연을 억제하는 데 효과적이다.^[15]
• 충돌이나 탈선 사고 발생 시에도 차량 간 연결이 분리될 가능성이 낮아 열차가 아코디언처럼 접히는 현상을 방지하고 승객 안전 확보에 유리하다. 실제로 유로스타 열차가 시속 300km에 가까운 속도로 탈선했을 때에도 사망자나 중상자가 발생하지 않은 사례가 있다.^[4]
• 차체 끝부분의 오버행이 없어지므로, 해당 부분에서 원심력에 의해 발생하던 불쾌한 횡방향 흔들림이 심한 좌석이 사라진다.^[11]
• 차량 간 연결 통로의 관통 덮개가 받는 비틀림이 줄어들어 손상 가능성이 낮아지고,^[11] 급격한 곡선 구간이 많은 노선에서도 안전한 관통 통로를 확보하기 용이하다.^[12][13]

3. 2. 단점

• 개별 차량의 연결 및 분리가 불가능하여 전동차, 디젤동차와 같이 고정된 편성으로만 운용해야 한다. 필요에 따라 차량을 추가하거나 분리하는 증결/해결이 곤란하여 편성의 자유도가 떨어진다. 이 때문에 개별 화차를 수시로 연결하고 분리해야 하는 화물열차에는 적용하기 어렵다. (다만, 2단 적재 화차에는 사용되는 경우가 있다.) 차량이나 유닛 전체가 반영구적으로 연결되어 있어 정비나 수리를 위해서는 작업장에서만 분리할 수 있다. 고장이나 사고 발생 시 편성 전체를 회송하거나 수리해야 하므로, 긴 검수 시설이 필요하며 탈선 사고 등의 복구 작업에도 시간이 더 오래 걸릴 수 있다.

• 유지보수가 번거로울 수 있다.

• 차량 설계에도 제약이 따른다. 차량 길이에 제한이 있는 한편, 대차의 축간 거리는 어느 정도 길어야 한다. 또한, 일반적인 보기 대차 방식에 비해 대차 간 간격은 차량한계를 고려하여 길게 할 수 없기 때문에, 그만큼 차체 길이를 짧게 해야 하는 경우가 많다. 동일한 길이의 차체에 대해 더 큰 회전 중심 거리가 필요하며, 곡선 통과 시 충분한 여유 공간을 확보하기 위해 차체를 더 짧게 만들어야 할 수도 있다. 이 경우, 기존 방식과 동일한 수송 능력을 갖추기 위해 더 많은 차체가 필요할 수 있다.

• 대차 수가 적어지면서 각 차축이 부담해야 하는 무게(축중)가 증가하여 선로에 더 큰 부담을 줄 수 있다. 활하중이 집중되어, 차량 경량화 효과를 감안하더라도 1축당 축중은 상승하는 경향이 있다. 따라서 선로의 축중 제한을 맞추기 위해 차체를 더 가볍게 만들어야 할 수 있으며, 이는 수송량 감소로 이어질 수 있다. (단, 동력분산식 열차는 일반적으로 기관차 견인 열차보다 축중이 낮아 이것이 문제가 되는 경우는 상대적으로 적다.) 동력 분산형 차량에서는 동일한 차량 수일 경우 차축 수가 적어 가능한 최대 편성 출력이 제한될 수도 있다. (하지만 실제로 전 차량을 동력차로 편성하는 경우는 드물어 큰 문제가 되지는 않는다.)

• 스크린도어가 설치된 역에서는 문제가 발생할 수 있다. 관절대차 차량은 일반 보기 대차 차량과 한 량의 길이가 다른 경우가 많으므로, 오다큐 전철처럼 두 종류의 차량이 혼용되는 노선에서는 차량과 스크린도어의 출입문 위치를 정확히 맞추기 어려워진다.

4. 대한민국에서의 채용 사례

대한민국에서는 프랑스 알스톰사의 TGV 기술을 기반으로 제작된 고속철도 차량인 KTX-I과 KTX-산천이 대표적인 관절대차 채용 사례이다. 이들 차량은 자코브스 대차(Jacobs bogie^영어) 방식을 사용한다.

4. 1. 고속철도

4. 2. 도시철도 및 노면전차

4. 3. 과거 채용 사례

5. 비판 및 논란

국철에서는 펜듈럼 차량의 시험차량으로 제작된 591계 시험 전동차에 자기 조타 방식의 관절대차를 채용한 바 있다. 그러나 횡압 경감 대책 실험 중 해당 방식에서 문제가 발견되어 실험이 중단되었고, 결국 관절대차가 불필요하다고 판단되어 나중에 일반적인 보기차로 개조되었다.

JR에서도 관절대차 도입 시도가 있었다. 1992년 동일본여객철도(JR 동일본)는 신칸센 952형·953형 전동차를, 일본화물철도(JR 화물)는 와100형 화차를 시제 차량으로 제작했으나, 양쪽 모두 시험 제작 단계에 머물렀다. 이후 JR 동일본은 2002년 통근형 전동차인 E993계 "AC 트레인"에 바퀴와 전동기를 직접 연결하는 DDM 방식과 함께 관절 구조를 다시 채용했다. 2007년에는 이 "AC 트레인"의 기술을 바탕으로 E331계를 개발하여 게이요선에서 영업 운전을 겸한 시험 운행까지 실시했다. 하지만 E331계 역시 양산으로 이어지지 못하고 2014년 결국 폐차되었다.

결과적으로 일본에서는 국철 시절부터 JR에 이르기까지 수년에 걸쳐 여러 차례 관절대차 도입을 위한 시험이 단속적으로 이루어졌지만, 기술적 문제나 운영상의 어려움 등으로 인해 본격적으로 채용되는 데에는 이르지 못했다.

6. 기타

(내용 없음)

6. 1. 유사 구조

6. 2. 갤러리

참조

_[1] 웹사이트 Bogie designs http://www.skf.com/b[...] 2012-01-01
_[2] 웹사이트 Bogies http://www.railway-t[...]
_[3] 문서 Leutenegger Engineering & Consulting Forged Aluminium Parts for Rolling Stock Structures http://www.leconsult[...]
_[4] 뉴스 Eurostar train derails in France http://news.bbc.co.u[...] BBC News 2000-06-05
_[5] 문서 ヴィルヘルム・ヤーコプスはドイツ語版を参照。[[#中山2016|中山（2016） p.31]]、[[#中山2017|中山（2017） p.34]]。
_[6] 문서 [[#前橋2008|前橋（2008） p.27 図2]]
_[7] 문서 1935年（昭和10年）の鉄道省内での業務研究資料において、「関節式新電車ニ就イテ」と題する構想が発表されている。（[[#福原2008|福原 (2008） p.167]]）
_[8] 문서 [[#中山2016|中山（2016） p.32]]、[[#中山2017|中山（2017） p.35]]。「節」が用いられた理由をドイツ語の「Gelenkwagen」の直訳 (「Gelenk」は関節、「Wagen」は車両) でないかと推測している。「Gelenkwagen」はドイツ語版を参照。
_[9] 문서 [[#前橋2008|前橋（2008） p.26]]
_[10] 문서 例として[[小田急50000形電車|小田急50000形電車（VSE）]]中間車はホイールベース（≒車体長）が13.8mだが、同系列の先頭車両や通常ボギー車である[[小田急30000形電車|30000形（EXE）]]や[[小田急60000形電車|60000形（MSE）]]もホイールベースは13.8mであり、車体長の違いはあくまでオーバーハング分によるものである。
_[11] 문서 [[#生方・諸河2012|生方・諸河（2012） p.87]]
_[12] 문서 例として、[[札幌市電]]や[[東急世田谷線]]では非連接構造の電車は貫通路が設けられなかったり、[[江ノ島電鉄]]にいたっては連結車（2軸ボギー車同士の連結）の[[江ノ島電気鉄道200形電車|200形]]に初めて貫通路を設けてみた所、危険があったため閉鎖した事例がある。
_[13] 문서 [[#代田2007|代田（2007） p.23]]
_[14] 문서 [[#宮本2012|宮本（2012） p.32]]
_[15] 문서 [[#生方・諸河2012|生方・諸河（2012） p.70-71]]
_[16] 문서 例えば小田急ロマンスカーの連接車はほとんどが全体の1/3が付随台車（50000形に至っては3/11が付随台車）であるなど、むしろ車軸数には余裕がある状態である。
_[17] 문서 [[小田急3100形電車|小田急3100形電車（NSE）]]は最初10両編成の計画であったが、軸重軽減のため台車数に対し軽い中間車（平均18.42t、先頭車は28.40t）が増える11両編成に変更している。
_[18] 문서 [[#生方・諸河2012|生方・諸河（2012） p.123]]
_[19] 문서 [[#鈴木ほか2018|鈴木・板垣・岩崎（2018） pp.60-61]]。
_[20] 문서 ただし、このフローティング車体をつけてしまうとバランスの関係上両端車体の台車を編成中央よりにつけるか両端車体の小型化（運転台に特化）の必要がある。前者は低床式に不利になり、後者は運転台と客室の段差が生じる問題がある。
_[21] 문서 [[#神谷2012|神谷（2012） p.35・37]]
_[22] 문서 一応C2・A3方式なら連接台車式と違い2or3両単位で自由に増解結できるが、後述のように増解結しない路面電車に多くつかわれるので意義は薄い。
_[23] 문서 連接台車の場合もそうだが編成長の上限は駅などの有効長の都合などで決まるため、個々の車体が短くなれば両数を増やせばいいだけなので編成全体ではタイプA5は5両固定編成で全長18mと一般の私鉄電車1両並みの長さがある。また、別メーカーの車両だがA5方式のように車両をつないだ[[広島電鉄5000形電車]]が5車体合計で全長30.5mと、軌道運転規則第46条の編成全長上限30mを越えた特例編成となっている。
_[24] 문서 [[#中山2016|中山（2016） p.34]]、[[#中山2017|中山（2017） p.37]]。2車体ともに同番号が与えられている。グレズリーはヤーコプスに次いで「連接車」を提唱している。
_[25] 서적 イギリスの鉄道の話 成文堂書店 平成16年
_[26] 문서 [[#中山2016|中山（2016） p.34]]、[[#中山2017|中山（2017） p.39]]。2車体ともに同番号が与えられている。
_[27] 문서 参考までにフローティング車体式の場合、（車両によりある程度の差はあるが）[[コンビーノ]]が30cmほど、[[リトルダンサー (路面電車)|リトルダンサー]]が33cm～38cmほどである。
_[28] 문서 [[#神谷2012|神谷（2012） p.45]]
_[29] 웹사이트 トランスロール http://plantsystems.[...] 三井物産プラントシステム株式会社
_[30] 문서 [[#中山2016|中山（2016） p.34]]、[[#中山2017|中山（2017） pp.38-39]]。各車体に番号が与えられている。
_[31] 웹사이트 Southern Pacific Daylight Train 99 http://spdaylight.ne[...]
_[32] 웹사이트 Nebraska Zephyr Excursion Sunday, November 9, 2014 http://www.irm.org/e[...] 2012-09-18
_[33] 문서 [[国鉄キハ391系気動車]]は「連節車」だが、連接台車ではなく「通常ボギー台車の中間車が前後の単一台車付き車体を支える」という構造。
_[34] 문서 大半が専用軌道だが、路面電車として開業された区間があったので車両限界をそちらに合わせる必要があった。
_[35] 문서 これは当時の小田急電鉄の[[山本利三郎]]がスペインのタルゴの連接構造へ関心を持ったことが一因だとされている。
_[36] 문서 青田（2009） p.137
_[37] 문서 ただし、札幌市電は最後の連接車であるA830形を65年に製造後、20年近く車両の新造を中断し再開後は単行車のみ製造。広島電鉄は連接車と合わせて単行車も製造しており、5000形からは連接車を増備している。
_[38] 서적 JR東日本はこうして車両をつくってきた 交通新聞社
_[39] 문서 試験的なもので、量産されていない
_[40] 문서 試験的なもので、量産されていない、E331系は営業運転はしていた。
_[41] 문서 連接台車は付随車編成のみ
_[42] 문서 連接台車は1軸
_[43] 문서 西ドイツからの譲渡車
_[44] 문서 762mm軌間の車両
_[45] 문서 試験的なもので、量産されていない
_[46] 웹인용 관절대차: 철도용어사전 https://terms.naver.[...] 2020-12-26