볼스터리스 대차
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1. 개요
볼스터리스 대차는 볼스터와 센터피봇을 생략하고 수직 하중과 회전력을 공기 용수철로, 견인력을 견인장치로 분담하여 경량화를 실현한 대차이다. 1960년대 후반 공기 용수철 기술 발전 이후 개발되었으며, 1985년 일본국철 205계 전동차에 처음 사용된 DT50 대차가 대표적이다. DT50 대차는 단순한 구조, 낮은 단가, 우수한 주행 성능을 보였으나, 급곡선 통과에는 부적합하며 고속 주행 시 요댐퍼가 필수적이다.
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| 볼스터리스 대차 |
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2. 역사
가상 센터피봇 방식 대차는 부품 수가 많고 구조가 복잡하다는 단점이 있었다. 그러나 공기 용수철 기술이 발전하면서 1960년대 후반에는 대구경 다이어프램 형 공기 용수철이 실용화되었고, 이를 이용한 다이렉트 마운트 형 공기 용수철 대차가 널리 사용되기 시작했다.[3] 이에 따라 Z링크식 견인 기구 기술과 공기 용수철의 높은 횡강성을 활용하여 볼스터를 없앤 간단한 구조의 대차를 개발하려는 움직임이 여러 나라에서 나타났다.[4]
이러한 배경에서 개발된 볼스터리스 대차 중 하나가 바로 DT50 대차이다. (DT50 대차에 대한 자세한 내용은 하위 섹션에서 다루고 있으므로 생략)
2. 1. 일본 국철의 DT50 대차 개발
공기 용수철 기술의 발전으로 1960년대 후반에는 대구경 다이어프램 형 공기 용수철이 실용화되어, 이를 사용한 다이렉트 마운트 형 공기 용수철 대차가 일반화되었다.[3] 이에 따라, 가상 센터피봇 방식 대차 개발 과정에서 얻어진 Z링크식 견인기구 기술과 공기 용수철의 높은 횡강성을 활용해 볼스터를 생략한 구조의 대차를 개발하는 방안이 여러 나라에서 연구되기 시작했다.[4]볼스터리스 대차 중 대표적인 것으로 DT50 대차가 있다. 1985년 205계 전동차의 대차로 처음 사용된 DT50 대차는, 이전까지 일본의 사철에 비해 볼스터리스 대차 개발이 늦었던 일본국철이 일본의 대차 제조사와 함께 개발한 것이다. DT50 대차는 매우 단순한 구조, 저렴한 가격, 낮은 유지보수 비용, 우수한 주행 성능[5] 등 여러 면에서 이전의 대차보다 뛰어났다. 그 결과, DT50 대차와 그 파생형 대차는 이후 약 10년간(한국에서는 현재까지 40년 가까이) 대량 생산되어 전동차, 기동차 등에 널리 사용되었다. 또한, 이후의 JR 각 회사에서도 이를 바탕으로 축상 지지 장치를 변경한 모델을 채택하는 등 큰 성공을 거두었다.
그러나 DT50을 비롯한 경량 볼스터리스 대차는 고속 운전에 적합하지만, 공기 용수철의 수평 강성에 의존하는 선회 특성 때문에 허용 한도를 넘는 급커브 구간에서는 사용하기 어렵다.[6] 또한, 고속 주행 시에는 차체의 요잉(yawing)을 억제하는 댐퍼(안티 요잉 댐퍼, 요댐퍼)를 반드시 설치해야 하는 등의 몇 가지 문제점이 있다.[7]
2. 2. 대한민국 도입 및 현황
공기 용수철 기술의 발전으로 1960년대 후반에는 대구경 다이어프램 형 공기 용수철이 실용화되었다. 이것을 사용한 다이렉트 마운트 형 공기 용수철 대차가 일반화[3]되자, 가상 센터피봇 방식 대차 개발 과정에서 얻어진 Z링크식 견인기구 기술과 함께 이 용수철이 지닌 높은 횡강성을 활용해 볼스터를 생략한 심플한 구조의 대차를 개발하는 방안이 각국에서 모색되었다.[4]볼스터리스 대차 중에서 유명한 것으로는 DT50 대차가 있다. 1985년 205계 전동차의 대차로 데뷔한 DT50 대차는 이전까지 자국의 사철에 비해 볼스터리스 대차 개발에서 뒤쳐져 있던 일본국철이 자국의 대차 메이커와 공동으로 개발한 것이다. DT50은 극한까지 단순화된 심플한 구조와 낮은 단가, 유지관리 비용, 주행성능[5] 등 여러 방면에서 이전의 대차를 압도했다. 때문에 DT50과 그 파생형은 이후 약 10년간(한국에서는 현재까지 40년 가까이) 대량 생산되어 전동차·기동차 등에 대량 채용되었으며 이후의 JR 각사에서도 이를 토대로 축상지지장치를 변경한 모델이 채용되는 등 큰 성공을 거뒀다.
하지만 DT50을 비롯한 경량 볼스터리스 대차는 고속운전에 적합한 특성을 갖추었으나, 그 선회특성이 공기 용수철의 수평 강성에 의존하기 때문에 허용한도를 넘는 급곡선 통과가 요구되는 구간에서의 사용에는 적합하지 않다.[6] 또한 고속 주행시에는 차체의 요잉(yawing)을 억제하는 댐퍼(안티 요잉 댐퍼, 요댐퍼)부여가 필수적인 등 몇가지 문제점이 존재한다.[7]
3. 구조 및 특징
볼스터리스 대차는 대차의 수직하중과 회전력을 공기 용수철로, 견인력을 견인장치에서 각각 분담하도록 하여, 무거운 볼스터와 센터피봇을 생략하고 경량화[1]한 것이 특징이다.
가상 센터피봇이 놓이는 위치에는 견인력을 전달하는 견인장치가 설치된다. 이 장치에는 가상 센터피봇 방식의 위치 관계를 역전, 축소시킨 Z링크식, 싱글 링크식[2], 판 용수철 식, 적층고무식 등이 있다. 그러나 변위 대응을 용수철 변형에 의존하는 방식은 보수 면에서 문제가 많아, 현재 새로 제조되는 차량에는 링크를 사용하는 방식이 일반적으로 쓰인다.
3. 1. 장점 및 한계
볼스터리스 대차는 대차에서 수직하중과 회전력을 공기 용수철로, 견인력을 견인장치에서 각각 분담하도록 하여, 무거운 볼스터와 센터피봇을 생략, 경량화를 이룬 것이 특징이다.[1]이 방식에서는 가상 센터피봇이 놓이는 위치에 견인력을 전달하는 견인장치라는 메커니즘이 설치된다. 이 장치에는 가상 센터피봇 방식의 위치 관계를 역전, 축소시킨 Z링크식, 싱글 링크식[2], 판 용수철 식, 적층고무식 등이 있다. 그러나 변위 대응을 용수철 변형에 의존하는 방식은 보수 면에서 문제가 많아, 현재 새로 제조되는 차량에는 링크를 사용하는 방식이 일반적으로 쓰인다.
공기 용수철 기술 발전으로 1960년대 후반에는 대구경 다이어프램 형 공기 용수철이 실용화되었고, 이를 사용한 다이렉트 마운트 형 공기 용수철 대차가 일반화되었다.[3] 이에 따라 가상 센터피봇 방식 대차 개발 과정에서 얻어진 Z링크식 견인기구 기술과 함께, 이 용수철이 지닌 높은 횡강성을 활용해 볼스터를 생략한 단순한 구조의 대차를 개발하는 방안이 각국에서 모색되었다.[4]
1985년 205계 전동차의 대차로 데뷔한 DT50 대차는, 이전까지 자국의 사철에 비해 볼스터리스 대차 개발에서 뒤쳐져 있던 일본국철이 자국의 대차 메이커와 공동으로 개발한 것이다. DT50 대차는 극한까지 단순화된 구조와 낮은 단가, 유지관리 비용, 주행성능[5] 등 여러 방면에서 이전의 대차를 압도했다. DT50과 그 파생형은 이후 약 10년간(한국에서는 현재까지 40년 가까이) 대량 생산되어 전동차·기동차 등에 대량 채용되었으며, 이후의 JR 각사에서도 이를 토대로 축상지지장치를 변경한 모델이 채용되는 등 큰 성공을 거뒀다.
하지만 DT50을 비롯한 경량 볼스터리스 대차는 고속 운전에 적합한 특성을 갖추었으나, 공기 용수철의 수평 강성에 의존하는 선회 특성 때문에 허용 한도를 넘는 급곡선 통과가 요구되는 구간에서의 사용에는 적합하지 않다.[6] 또한, 고속 주행 시에는 차체의 요잉(yawing)을 억제하는 댐퍼(안티 요잉 댐퍼, 요댐퍼) 부여가 필수적이다.[7]
참조
[1]
문서
고속철도
[2]
문서
MAN
[3]
문서
다이렉트 마운트 대차
[4]
문서
볼스터리스 구조
[5]
문서
서일본 여객철도 221계 전동차
[6]
문서
볼스터를 갖춘 대차
[7]
문서
고속전철
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