물론 궤간이 크면 그만큼 차량한계를 크게 할 수 있는 이점이 있긴 하지만, 무조건 크다는 게 이익은 아니죠. 보시다시피 위의 일러스트에서 컨테이너의 폭이 2438mm인데 상업운전중인 철도 중 가장 궤간이 넓은 1676mm조차도 옆으로 컨테이너 2개를 탑재할 수 있는 것도 아니니까요.
궤간별 적정 차량한계는, 여러 나라의 다양한 규격을 통해 수식으로 정리해 보니까 대략 이렇게 나왔어요.
여기에서 W는 폭, G는 궤간. 단위는 밀리미터.
표준궤, 광궤 W=(G+130)×2.25
협궤 W=(G+130)×2.5
여기에서 130이 더해지는 이유는, 1m당 50kgN, 60kg 등 간선용 레일의 차륜 접촉면의 폭이 65mm인 것에 기인하고 있어요. 레일이 2개이므로 차륜과 레일의 접촉면의 폭은 130mm.
이렇게 볼 때, 각 궤간별 적정 폭은 소수점 이하를 버림할 경우 표준궤 및 광궤에서는 대략 이렇게 정리가능해져요.
1435mm → 3521mm (신칸센, 한국, 중국 3400mm / 미국 3250mm)
1524mm → 3721mm
1668mm → 4045mm
1676mm → 4063mm (인도 및 파키스탄 여객차량 3660mm / 화물철도 3250mm)
협궤에서는 이렇게 정리되죠.
1000mm → 2825mm (스위스 레티셰철도 2800mm)
1067mm → 2992mm (남아프리카 여객차량 3048mm / 일본 여객차량 3000mm, 일본 화물차량 2835mm)
남아프리카 및 일본의 경우는 궤간별 적정 폭에 비해 비해 폭이 넓은 편이지만, 이 정도는 차량의 저중심화 설계 등을 적용하면 무리없이 운용가능한 수준이긴 해요.
이 글에 이어서는, 궤간가변에 대해서 다루겠어요.
원래는 궤간가변을 이 글에서 같이 다루기로 했지만, 차량한계가 궤간가변을 설명하는 데에 필요한 전제 중의 하나라서 설명이 길어졌고, 그래서 부득이하게 글을 분할해야 했음을 밝혀 드려요.
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대왕고래
2018-09-21 23:11:27
공식을 만드는 과정은 결국 현실을 관찰하는 과정에서 나타나는 법이겠죠. 이 차량한계 관련 식도 마찬가지겠고요.
저 공식이 정확히 어떻게 나타났는지는 모르겠지만 설명하신 것으로 유추해보면, 현재의 선로 간격에 맞추어 얼마만큼 커져야 "적당히" 큰 것인가 라고 생각할 수 있겠네요. 수식에서 선로간격에 비례하는 것을 볼 수 있으니까요.
그런데 이게 너무 커도 의미가 없고 너무 작으면 곤란하니, 적절한 너비를 찾으면 저렇게 된다는 거네요...
마드리갈
2018-09-22 00:19:10
그렇죠. 여러 규격을 보다 보면 어느 정도 일관적인 법칙이 통하는 것을 알 수 있게 되어요.
철도차량의 경우 도로를 달리는 자동차보다 바퀴 사이의 간격이 많이 좁아요. 철도에서는 궤간, 자동차에서는 윤거(輪距, Track)라고 하는 등 용어는 다르지만요. 이것의 이유는 몇 가지로 요약되어요.
첫째 이유는 여러 상황에서 거의 일정하게 유지되는 점착력. 사실 금속제 차륜과 레일 사이의 점착계수는 고무타이어와 마른 아스팔트 노면 사이의 것보다는 좋지는 않지만 타이어의 경우 기상상황 및 노면의 상태에 따라 점착계수가 제멋대로예요. 하지만 금속제 레일에 구속된 차륜의 경우는 거의 상수에 가까울만큼 일정하고 따라서 더욱 안정적으로 운행이 가능해지니 차륜 위의 상부구조물, 즉 여객탑승 또는 화물수송구획이 클 수 있는 것이죠.
둘째는 보기식 대차. 차체가 짧은 2축차를 제외하고는 현대적인 철도차량은 2개 또는 3개의 차축을 조합한 대차를 복수 탑재하고 이 대차는 차체의 진행방향과 독립적으로 회전가능하죠. 그래서 차체가 길어도 대차는 회전하니까 곡선주로를 달릴 수 있어요. 이 대차가 움직이는 범위도 중요한데, 철도차량을 설계할 때에는 위에서 봤을 때 대차가 차체 바깥으로 삐져나오지 않을 최소한의 크기로 설계하고 있어요. 이게 수송력 극대화 및 차량한계 충족의 균형점이거든요. 보통 그 정도면 궤간의 2배는 너끈히 넘고 레일과 차륜의 접촉면을 생각한다면 궤간에 2개 레일의 접촉면 폭을 더해줘서 이것을 기준으로 삼을 필요가 있어요.