철도 레일을 주행하는 기차 소리를 상상하자.대부분은 ” 뽑기”반복되는 충격 소리를 전형적인 기차의 소리라고 생각한다.인터넷에서 “기차 소리”를 검색하면 잘 자게 하거나 공부할 때 집중할 수 있는 ASMR이라고 하면서 반복되는 기차 소리를 들려준다.과연 기차 소리는 정말 우리가 상상하는 그 소리에 맞는 것?기차를 타려고 플랫폼에 대기하며 다가오는 기차 소리를 들어 보자.우리의 생각과 달리”가탄 가탄”반복되는 폭발음은 들리지 않는다.”미셸 위 법”이라는 미래적인 소리만이 들렸을 뿐이다.이 소리는 전기 모터 소리, 그리고 레일이 미세하게 진동하는 소리이다.그럼 우리가 기억하는 뽑기는 기차 소리는 어디로 갔나?우리의 상식 중의 “가탄”소리는 레일이 끊어진 연결부(이음매)를 열차 철륜이 지날 때 하는 소리이다.기차의 1대차에 2개의 축이 있어서 각 축에 바퀴가 1세트씩 있어”가탄” 하는 소리가 2회씩 반복하는 들리고 다음의 대차가 올 때까지 약간의 시간 간격을 두고 다시 2회 반복된다.이처럼 레일이 연속하지 않고 만료된 이유는 레일이 온도 변화로 늘어나거나 줄어든하는 신축 변형을 받아들이기 위한 것이다.현대 철도의 궤도는 거의 이런 이음매가 없다.즉 레일이 끊임없이 연속하고 있다.이렇게 연속된 레일을 “장대 레일”이라고 한다.영어에서 연속 용접된 레일이라는 의미에서 CWR(continuously welded rail)이라고 한다.영어 이름에서 알 수 있듯이 레일을 용접하는 장대 레일을 구성한다.공장에서 제작된 레일은 제작과 운반의 편의성 때문에 20m내지 25m로 제작된다.이렇게 제작된 레일을 그대로 설치하고 각각의 레일 사이에 이음매가 있음을 정규 자 레일(jointedrail)이라고 한다.정척 레일은 이음매에 지속적인 충격이 가해진 승차감이 좋지 않은 충격과 소음이 발생하고 이에 따른 이음매 레일에 지속적인 손상(끝)이 발생 유지가 많이 필요하다.무엇보다 이런 충격이 반복되는 상황에서 250km/h이상의 고속 주행은 사실상 불가능하다.
레일 이음매
정척레일의 몇 개를 용접하여 200m 또는 300m 길이 이내에 연속된 레일은 장척레일이라고 한다. 통상 정척레일을 운반하기 전에 공장이나 작업장에서 가스압접으로 용접하여 일정 길이가 되도록 한 후 레일운반차량으로 현장으로 이송하여 부설한다. 장척레일은 이음매 수가 적어 정척레일보다 충격, 소음 및 유지보수 면에서 유리하지만 여전히 고속주행에는 어려움이 있다. 장척레일은 장척레일을 현장에서 텔미트용접으로 용접하여 연속된 레일을 의미하며, 그 길이에는 한계가 없다. 레일 신축 이음장치가 있거나 절연이 필요한 곳 또는 선로 분기가 되는 등의 특별한 이유가 없으면 계속 레일을 용접하여 연속시킨다. 이처럼 연속된 레일은 충격과 소음이 없어 부드러운 승차감을 제공하고 고속주행이 가능한 장점이 있다.
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철도 종합 시험 선로의 장대 레일 궤도
기존 정척 레일은 온도 신축 변형에 대응하기 위해서 레일 이음을 둔 것이었지만 긴 레일은 온도 신축 변형에 어떻게 대응할지 궁금하다.그 비결은 레일을 침목에 고정하는 레일 체결 장치에 있다.장대 레일 체결 장치는 일정한 힘을 가진 체결 스프링에서 레일을 위에서 누르며 고정한다.이렇게 고정하면 레일의 온도 변형으로 세로 방향의 힘(레일 축방 향력)이 체결 스프링에 따른 마찰력과 길 위의 세로 방향의 지지력(궤도 세로 저항력)보다 작은 레일이 온도 신축하지 않고 고정된다.장대 레일의 양끝은 체결 장치의 저항력이 충분하지 않은 레일이 신축 변형을 하지만 50내지 200m정도가 지나면 세로 저항력이 레일 축방 향력보다 클 레일이 변형하지 않는다.온도 신축 변형이 발생하는 양쪽 구간을 가동 구간이란, 그 사이에 온도 변화에도 레일이 변형되지 않는 구간을 부동 구간이란.이처럼 부동 구간을 형성하는 것이 장대 레일의 핵심이어서 200m이상 연속된 레일만 장대 레일이라는.부동 구간의 레일은 온도 신축에 따른 변형이 구속된 구속 응력에 견디도록 설계한다.즉 변형을 허용하는 정척 레일의 개념에서 온도 변형을 허용하지 않고 레일이 그 응력에 견딜 수 있도록 하는 데 설계 개념이 변경된 것이다.그래서 장대 레일은 레일에 발생하는 응력을 세심하게 관리하고 허용 범위를 넘지 않도록 하는 것이 매우 중요하다.이번의 기고에서는 장대 레일의 개념을 설명하고 응력 관리의 중요성을 설명했다.다음의 기고에서는 온도를 비롯한 여러 원인에서 장대 레일에 발생하는 응력의 종류와 그 크기를 본다.
기존의 정척 레일은 온도 신축 변형에 대응하기 위해 레일 조인트를 둔 것이었는데, 장척 레일은 온도 신축 변형에 어떻게 대응하는지 궁금하다. 비결은 레일을 침목에 고정하는 레일 체결장치에 있다. 막대레일 체결장치는 일정한 힘을 갖는 체결스프링으로 레일을 위에서 눌러 고정한다. 이와 같이 고정하면 레일의 온도변형에 따른 세로방향의 힘(레일축력)이 체결스프링에 의한 마찰력과 도상의 세로방향 지지력(궤도종저항력)보다 작아 레일이 온도신축 없이 고정된다. 장대레일의 양단은 체결장치의 저항력이 충분하지 않아 레일이 신축변형을 하는데, 50 내지 200m 정도가 지나면 세로저항력이 레일축력보다 커져 레일이 변형되지 않는다. 온도 신축 변형이 발생하는 양단 구간을 가동 구간이라고 하며, 그 사이 온도 변화에도 레일이 변형되지 않는 구간을 부동 구간이라고 한다. 이와 같이 부동 구간을 형성하는 것이 장대 레일의 핵심이기 때문에 200m 이상 연속된 레일만을 장대 레일이라고 한다. 부동구간 레일은 온도신축에 의한 변형이 구속된 구속응력을 견디도록 설계한다. 즉 변형을 허용하는 정척레일의 개념에서 온도변형을 허용하지 않고 레일이 그 응력을 견딜 수 있도록 하는 것으로 설계개념이 변경된 것이다. 따라서 막대레일은 레일에 발생하는 응력을 세심하게 관리하여 허용 범위를 넘지 않도록 하는 것이 매우 중요하다. 이번 기고에서는 장대레일의 개념을 설명하고 응력관리의 중요성을 설명했다. 다음 기고에서는 온도를 비롯한 여러 원인으로 막대레일에 발생하는 응력의 종류와 그 크기에 대해 알아본다.
기존의 정척 레일은 온도 신축 변형에 대응하기 위해 레일 조인트를 둔 것이었는데, 장척 레일은 온도 신축 변형에 어떻게 대응하는지 궁금하다. 비결은 레일을 침목에 고정하는 레일 체결장치에 있다. 막대레일 체결장치는 일정한 힘을 갖는 체결스프링으로 레일을 위에서 눌러 고정한다. 이와 같이 고정하면 레일의 온도변형에 따른 세로방향의 힘(레일축력)이 체결스프링에 의한 마찰력과 도상의 세로방향 지지력(궤도종저항력)보다 작아 레일이 온도신축 없이 고정된다. 장대레일의 양단은 체결장치의 저항력이 충분하지 않아 레일이 신축변형을 하는데, 50 내지 200m 정도가 지나면 세로저항력이 레일축력보다 커져 레일이 변형되지 않는다. 온도 신축 변형이 발생하는 양단 구간을 가동 구간이라고 하며, 그 사이 온도 변화에도 레일이 변형되지 않는 구간을 부동 구간이라고 한다. 이와 같이 부동 구간을 형성하는 것이 장대 레일의 핵심이기 때문에 200m 이상 연속된 레일만을 장대 레일이라고 한다. 부동구간 레일은 온도신축에 의한 변형이 구속된 구속응력을 견디도록 설계한다. 즉 변형을 허용하는 정척레일의 개념에서 온도변형을 허용하지 않고 레일이 그 응력을 견딜 수 있도록 하는 것으로 설계개념이 변경된 것이다. 따라서 막대레일은 레일에 발생하는 응력을 세심하게 관리하여 허용 범위를 넘지 않도록 하는 것이 매우 중요하다. 이번 기고에서는 장대레일의 개념을 설명하고 응력관리의 중요성을 설명했다. 다음 기고에서는 온도를 비롯한 여러 원인으로 막대레일에 발생하는 응력의 종류와 그 크기에 대해 알아본다.
