열차운전에 관심있는 사람만 한번 봐봐


관심없는 사람은 지루하고 재미없을것임




디젤기관차 충격방지 운전법

- 서 론 -
객실에는 수많은 사연들이 있다. 출퇴근이나 통학하는 직장인/학생, 잠시 머리를 식히기 위해 혹은 가족 친지를 만나기 위한 여행 등 행선지와 목적은 다 달라도 열차에 오른 이유는 원하는 장소로 이동하고자 함이며, 그 수단으로서 우리 철도공사의 수송서비스를 선택한 것이다. 귀중한 인명과 재산의 수송을 직접 집행하는 기관사는 안전수송에 임하는 것은 기본이며, 고객에게 가장 편안한 여행을 제공하기 위한 충격방지 기술 등을 끊임없이 연구하고 노력하여  고객서비스향상에 직접적으로 기여할 수 있어야 할 것이다.

- 현 황 -
고정편성방식이 아닌 객차조성열차의 가장 큰 단점은 빈번한 연결분리작업으로 인하여 밀착연결기나 고정식연결기를 사용하지 못하며 자동연결기의 특성상 연결기 유간이 존재하고, 잘못된 습관 혹은 이례적인 운전취급 등으로 인해 급격한 연결기의 압축/인장 상태의 변화가 가해져 여객의 승차감을 크게 저해할 우려가 있다는 점이다.

이를 해소하기 위해 우선적으로 하드웨어적인 측면의 개선, 즉 설비 면에서의 개선이 이루어져 원천적으로 충격이 발생하지 않도록 하는 것이 가장 중요하나 그렇지 않은 경우 기관사의 기량에 의한 충격방지도 아주 중요하다. 그러나, 정립되지 않은 열차충격에 대한 원인과 현상에 대한 오해, 무관심 등으로 인하여 기관사의 의도와는 반대의 현상이 발생하는 경우를 많이 보아왔다. 특히 열차의 운행특성에 대한 이해는 신규자와 숙련자 여부와 무관하며, 원리를 제대로 이해하고 있는지 여부에 달려있음이 중요하다. 기존에 나와있는 충격방지 교육자료도 많이 존재하고, 그들과의 내용적인 차이는 크게 없겠으나, 아주 오래전 자료이거나 또는 이를 토대로 만든 자료, 그리고 지나치게 이론에 치중한 내용으로 충분히 와닿기에 약간 아쉬움이 느껴지는 것으로, 본 자료의 전체내용은 필자가 오랜기간을 두고 기관차 바로 뒤 객실에서 연결기를 직접 관찰하며 연구와 실험을 하고, 객실에 조사인원을 수차례 탑승시켜 입증하여, 열차충격발생의 원인과 방지대책에 대해 충실히 숙지할 수 있도록 기술하였다.

열차의 대략적인 특성
발차시 충격방지(총괄제어 포함)
운행중 충격방지
선로특성에 따른 충격방지
정차시 충격방지
기타사항(충격이 잘 오는 객차)

-열차의 대략적인 특성-
다수의 객화차를 연결하여 운행하는 열차는 대단히 예측이 힘든 운동을 한다. 각 차량별 중량과 제동력의 차이가 모두 상이하며 또한 제동이 시작되는 지점의 구배 상태에 따라서도 다른 등, 이론적인 접근만으로 설명하기에는 불규칙한 운동상태를 가진다. 결국 가장 기본이 되고 보편적인 이론을 숙지하고, 반복적인 훈련으로 기관사 스스로의 감각을 향상시키는 것이 가장 좋은 방법이다.


-연결기
환산이 무거운 화물열차 운행 도중 상구배선상에서 정차 시 출발저항을 감쇄하여 인출이 가능토록 하기 위하여 자동연결기에는 유간이 존재한다.

한 연결 당 대략 5~10cm 정도의 유간이 존재하며 10량 편성의 열차의 경우 연결기 유간의 최대길이는 거의 1m 에 달하게 되어 큰 충격발생의 잠재요인으로 작용한다. 이를 해소하기 위하여 객차의 연결기는 연결기 본체에 밀착돌기가 달려있어, 급격한 압축충격은 발생하지 않으나, 급격한 인장으로 인한 충격은 존재하므로 운전취급에 주의하여야 한다.


-압축과 인장
앞서 설명한 연결기 유간이 하나도 없는 상태, 즉 연결기와 연결기 전체가 압축되어 있는 상태로서, 하구배를 타력으로 내려갈 때, 또는 기관차 제동을 포함한 모든 차량에 제동이 체결되었을 때, 발전제동이나 단독제동 등 운행중 기관차에 제동이 작용할 때 등이다. 반대로 인장은 모든 차량의 연결기의 유간이 최대일 때로서 상구배를 올라갈 때, 동력운전을 할 때, 제동을 해방할 때 등이다.


기관사가 제동을 체결하면 각종 공기계통의 작용에 의해 제동관공기가 감압이 되는데 기관차에서부터 제동이 체결되고, 공기의 흐름 속도가 낮아 앞차량과 뒷차량의 제동체결속도가 차이가 나므로 열차전체는 압축이 된다. 특히 제동을 일시에 1kg/cm2 이상 과도하게 감압을 하게 되면 앞차량과 뒷차량의 제동관공기 배기 시차가 더욱 현격하게 벌어져 아직 제동체결이 미처 되지못한 뒷 차량이 앞차량을 때리는 충격이 가해진다. 특히 열차가 압축되는 경우를 두 가지 정도로 나뉠 수 있으며 여기서는 1단계 압축과 2단계 압축으로 구분지어 설명하자면, 1단계 압축은 연결기 유간만 압축된 상태이고 연결기 스프링은 눌리지 않은 상태인데, 이 상태에서는 열차가 인장되어도 큰 충격은 발생하지 않는다. 그러나 열차의 압축이 과도하여 연결기 스프링까지 압축이 된 2단계 압축의 경우, 이 상태에서 열차가 약간만 인장되려고 하면 인장력에 스프링의 반발력까지 합해지게 되어 엄청난 충격이 발생하고 심한 경우 연결기 너클 파손으로 열차분리사고까지 유발할 수 있으므로 주의하여야 한다.


열차가 하구배를 내려갈 때, 흔히 기관차가 무거우므로 인장이 되어 내려간다고 생각하기 쉬우나, 모든 물체의 낙하속도는 중량과 무관하게 동일하므로 하구배에서 열차는 압축된 채 운행된다. 화물열차의 경우 열차가 하구배로 접어들었을 때 뒤에서부터의 급격한 압축으로 기관차를 때려 앞으로‘퉁’하고 밀어내는 충격이 발생한다. 그러나 여객열차의 경우 연결기 특징에 의해 압축의 충격은 인장충격에 비해 상당히 덜하다.

열차의 인장은 기관차가 동력운전을 할 때와, 상구배를 운행할 때 등이며 압축과 마찬가지로 인장 정도에 따라 1단계 인장과 2단계 인장으로 구분지어 보면, 1단계 인장은 유간이 아주 미약하거나 연결기가 서로 살짝 걸쳐져 있는 정도의 인장을 의미하며, 2단계 인장은 두 연결기가 아주 팽팽하게 잡아당기고 있는 상태를 의미한다. 그러나 압축과는 달리 기관사가 의도적으로 조절할 수 있는 인장상태는 대부분 2단계 인장이고, 1단계 인장은 평탄선에서 가감간을 유전 위치에 놓아 기관차가 모든 동력을 차단한 직후에서 약간의 시간이 지난 연결기 상태라고 보면 된다. 유전 위치에 놓은 직후의 연결기 상태는 1단계 압축이 되었다가 점차 타력으로 굴러가면서 1단계 인장 비슷한 상태가 된다(구배 등 선로상황에 따라 다름)

결국 열차가 충격없이 운행되려면 열차 전체차량이 가급적 인장상태를 유지한 상태로 운전되어야 할 것이며, 열차의 충격발생은 연결기의 작용이 2단계 압축과 2단계 인장을 오갈 때 생기는 것이라 할 수 있다.

- 열차발차시
여객취급이 끝나고, 발차전호에 의해 열차를 출발시킬 때, 기관차와 객차가 인장상태인지 압축상태인지를 확인하는 것이 중요하다. 하구배 정거장에서 정차하여 자동제동변(이하 자변)을 모두 해방하고 단독제동변(이하 단변)만 체결한 상태로 여객취급을 했다면 열차는 완전히 압축된 2단계 압축상태이므로 이 상태에서 그대로 가감간 1단을 투입하여 발차할 경우 뒤 객차가 순간적으로 튀어오를 정도의 엄청난 충격이 가해진다. 또한 단변 신속완해 없이 정차직전 많은 감압을 하여 열차가 압축정차한 상태에서 자변을 해방하지 않고 기다렸다면, 이 또한 열차가 2단계 압축상태일 가능성이 많다. 이런 두 가지 경우를 제외하면 객차간 인장상태는 크게 신경쓰지 않아도 되며 기관차 연결기만 주의하면 된다.

정차시 확실히 인장시켜 세웠다는 확신이 있으면, 단변 해방 후 가감간 1단 투입하여 그대로 발차하면 되나, 그렇지 않은 경우 두 가지 방법 중 하나를 택해야 한다. 첫 번째는, 기관차에 미약한 부하를 일시적으로 주어 연결기를 순간적으로 인장시킨 다음 가감간을 재상승하는 요령으로, 가감간 1단을 순간적으로 투입후 다시 유전에 갖다 놓아 연결기 유간을 없앤 후 정상적으로 발차하면 되고, 또 다른 방법은, 가감간 1단을 먼저 놓고, 단변을 서서히 해방하여 기관차가 미세하게 움직여 너클이 맞닿는 느낌이 나면 정상적으로 단변을 해방하고 전도운전을 하는 방식이다. 단변을 걸어놓고 가감간 1단 상태에서 서서히 단변을 해방하면 평균적으로 20psi 정도의 제동통압력에서 기관차가 움직이기 시작한다. 이 방법의 경우 기관차의 이미 정해진 부하량(인장봉 견인력)을 기관사가 수동으로 세밀하게 조절가능하다는 특징이 있으며, 특히 1단 부하가 많은 기관차 또는 중련 총괄제어로 운행시 유용하게 쓰인다.

인장된 상태로 발차시켜 전방전이되는 속도시점에 이르면 전이에 따른 충격을 고려해야 한다. 전방전이시 동력회로구성이 순차적으로 바뀌는 계전기차량과는 달리 현재 주종을 차지하는 모듈형 차량은 전이되는 순간 동력이 차단되었다가 다시 급격히 발생되어 열차에 충격이 발생된다는 특징이 있다. 이를 해소하는 방법은 개인차가 있겠으나 보통 가감간을 1~2단 하강하는 방법을 많이 택한다. 전방전이가 진행되는 시점은 기관사가 딱히 개입할 수 있는 소지가 전혀 없으므로 가장 충격발생이 덜한 조건을 만들어놓고 전이되는 순간을 기다릴 수 밖에 없다. 이에 가장 좋은 최고의 방법은 가감간 단 수와 상관없이 부하지시계 의 부하가 450A 이하일 때 전방전이를 맞는 것이다. 즉 450A 이하의 부하에서 전이를 시키면 충격이 최소로 줄어든다. 물론 취급에 번거로움이 없다면 가감간 하강까지 하여 부하를 더욱 낮추면 좋다. 단 총괄제어운전의 경우 피제어기관차의 상황을 알 수가 없으며 전이속도가 다르면 큰 충격을 유발할 수 있으므로 가급적 신경써서 가감간을 하강하도록 한다. 전이시 가감간 위치는 결국 부하지시계 상의 부하량을 조절하기 위한 것이므로, 만약 전방전이가 높은 속도(65km/h 이상)에서 늦게 되는 차량의 경우 8단에서도 부하지시계가 450A 이하를 지시한다면 가감간 하강은 불필요하며 그대로 8단에서 전이시켜도 충격은 없다. (다만 그런 차량은 전방전이 속도가 대단히 불규칙하므로 주의) 전이가 이루어지고 난 순간에도 급히 가감간을 바로 상승하지 말고, 마음속으로 셋 까지 센 후 상승한다. 동력이 차단되었다가 재투입되는 과정에서 열차가 압축/인장을 반복하며 이 압축/인장 반복작용이 열차 맨 뒤 차량까지 전달되고 끝날때까지 시차가 존재한다.

-운행중 충격방지
운행 중 충격을 방지하기 위한 가장 중요한 핵심은 선로를 정확히 숙지하여 운행하는 것이다. 선로상태를 정확히 알고 동력운전과 제동취급 등의 판단을 적기적시에 하여 허용속도 범위 내에서 인장상태를 항상 유지하여 운전하는 것이 충격방지의 최선이다.

하구배나 상구배 등 열차가 인장되고 압축될 수 있는 선로상태의 흐름에 순응하여 수시로 가감간을 유전위치에 놓고 타력운전한다면 가장 이상적이지만 여객열차는 정시운전 의무 등 현실적으로 제약이 많으므로 열차를 세울 일이 없는 한은 계속 전이 2단운전을 지속하며 최소한의 동력을 계속 발휘하여 인장상태로 운행하는 것이 바람직하다. 특히 최초 발차시 전방전이가 이루어지고 나면, 다음 정차할 때까지 전이를 떨어뜨리지 않는 것을 원칙으로 해야 인장상태 유지에 따른 충격방지 및 가속력 손실 최소화가 된다.

-정차시 충격방지
역에 정차하기 위한 정차제동은 충격발생우려가 매우 높으므로 많은 주의력을 가지고 제동취급에 임해야 한다.

우선 가감간을 모두 닫고 초제동을 체결할 때 단변 신속완해 없이 자변만으로 소정의 감압을 하면, 열차 전체차량은 1단계 인장상태가 되고, 만약 신속완해를 하여 기관차 제동을 모두 해방한다면 2단계 인장상태가 된다. 기관차 제동을 완해하지 않으면 기관차의 육중한 운동에너지를 제압하는 수준에서 인장이 되고, 단변을 모두 빼면 기관차는 뒤에 연결된 차량을 상당히 무거운 힘으로 끌어당기므로 아주 단단한 인장상태로 된다.
 최초 초제동을 체결할 때 수많은 기관사들의 저마다 수없이 다양한 습관과 기술이 존재하며 또한 각 역마다 선로조건이 다 다르므로 천편일률적으로 제동요령을 논하는 것은 어폐가 있다. 따라서 열차의 압축/인장 특성을 항상 염두에 두고 상황에 맞게 적절히 제동을 사용하여야 충격을 방지할 수 있다. 또한 충격이 발생했을 시 중요한 점은 이 충격이 끌어당기는 충격인지 뒤에서 치는 충격인지를 잘 기억해두는 것이 재차 실수를 방지하는 길이다.

1) 자변만으로 정차시키는 경우
일단 고속이건 저속이건, 신속완해를 하건 안하건, 초제동에 감압을 많이 하면 충격이 반드시 발생한다. 선로 상황에 따라 다를 수 있으나, 감압순간에는 인장되며, 감압이 급히 되므로 맨 뒷차량은 앞차량을 때리고, 기관차 제동통압력이 급격히 치솟으면서 또 압축이 되면서 뒷차에 의해 충격이 발생하는 2중 3중 충격이 발생한다. 따라서 충격을 방지하고자 할때는 절대로 한번에 많은 감압을 해서는 안된다.

초제동은 최소유효감압량 언저리인 0.5kg/cm2 정도로 감압을 하면 기관차는 약 1.5kg/cm2 정도의 제동통압력이 작용하여 뒤 차량을 앞에서 잡아당기지 않을만큼의 제압을 당하면서 전 열차가 인장이 된다. (기관차 감속도 < 객차 감속도)여기서 남은 제동거리에 따라 추가감압을 조금씩 해주어 열차의 인장된 상태를 유지(기관차 감속도 ≤ 객차 감속도)하며 기관차의 제동력을 몸으로 느낀다. 기관차의 감속도가 뒤 객차의 감속도보다 높아지기 전에 계단완해를 하여 정차하면 아무런 문제가 없으나, 현실적으로 이런 경우는 거의 드물며, 실질적으로 기관차와 객차의 감속도가 역전될 때 까지 감압(1kg/cm2 이상)하는 경우가 많은데, 이 경우 계단완해를 최대한 천천히 해서 기관차와 객차 사이의 압축상태가 서서히 인장상태로 바뀌게끔 해방을 해야 하지만 매우 어렵다. 기관사들이 가장 빈번하게 충격을 일으키는 상황이며, 흔히 이 충격을 단변압력이 많이 올라가 뒤에서 치는 충격으로 착각하는 경우가 많은데, 사실은 잔뜩 압축되어있던 기관차-객차 연결기가 갑자기 인장이 되어 기관차가 앞으로 튀어나가면서 발생하는‘끌어당기는’충격이다. 단변 신속완해 전혀 없이 자변만으로 충격을 전혀 발생시키지 않고 세우는 것은 고도의 기량을 지닌 소수의 기관사만이 할 수 있을 정도로 어렵다.

2) 자변 및 약간의 신속완해
위 1번의 어려움을 보강하기 위해 신속완해를 몇 번 시행해주어 단변압력을 적절하게 조절하여 충격을 없애는 방법이다. 제동체결은 위와 동일하게 하되, 미리 단변을 조금씩 빼어 제동통압력을 맞추던가, 아니면 계단완해 타이밍에서 기관차의 감속도가 객차 감속도와 일치할 때까지 여러번 나누어서 신속완해를 한다. 이 때, 신속완해를 너무 빨리 많이 하거나 한번에 쭉 빼버리면 기관차가 앞으로 튕겨나가면서 충격이 발생하고, 신속완해를 충분히 하지 않으면 해방하면서 위 1번 항목과 같은 충격이 발생하게 되므로, 기관차와 객차의 감속도가 정확히 일치하는 만큼만 신속완해한 다음 계단완해 정차를 해야 충격없이 정차할 수 있다.

3) 초제동 시 단변 모두 신속완해
초제동을 체결할 때 기관차 제동을 모두 빼버리는 방법이다. 기관차의 제동력은 제동축으로 환산했을 때 객차 3량과 맞먹을 정도로 크므로, 기관차제동을 쓰지 않으면 제동거리가 그만큼 길어지므로 초제동을 미리 체결한다고 생각해야 한다. 자변을 0.5~6kg/cm2 감압을 목표로 체결함과 동시에 단변을 신속완해한다. 이 경우 기관차의 운동에너지는 전혀 제압되지 않고 뒤의 객차들을 힘껏 끌어당겨주고 있는 상태에서 은근하게 감압이 되니 뒤의 객차들은 아주 견고한 인장상태가 된다. 단, 거듭 강조하듯 일시에 감압을 많이 하면 충격이 오는데 초제동에 단변을 모두 빼려고 할 때에도 감압을 한번에 많이 하면 안된다. 기관차는 앞으로 돌진해나가려는 반면, 객차에 제동이 급격하게 들게 되므로, 예전 구형객차의 경우 연결기 샹크(Shank)가 뽑히는 경우도 있을정도로 기관차가 잡아당기는 큰 충격이 객차에 가해지게 된다.

초제동으로 0.5~6kg/cm2 감압에 신속완해를 하여 열차 전체를 견고하게 인장시킨 후 제동거리에 맞게 추가감압을 한다. 초제동 시 미리 단변을 해방해주었기 때문에, 계단완해시 기관차가 먼저 튕겨나갈 우려는 줄어들지만, 께름직한 경우 1회 정도 신속완해를 하고 계단완해를 하면 아주 부드럽게 풀어지며 인장상태로 정지하게 된다.

이 취급법은 충격방지에 가장 효과적이고, 기관차제동을 무리하게 사용하지 않게 되어 제륜자 수명연장 및 차륜 찰상방지에 많은 도움이 된다는 장점이 있는 반면, 제동거리가 다소 길어지고, 또 정지 직후 기관차가 객차쪽으로 딸려들어가 압축상태로 정지하여 발차할 때 또다른 충격발생 요인을 제공한다는 점이다.

4) 총괄제어시 충격방지
총괄제어 기관차는 특성이 각기 다른 두 기관차를 동시에 다루어야 하므로 충격발생요인이 크고, 특히 본무기와 피제어기간 연결기 유간을 제어할 방법이 없으므로, 두 기관차의 제동력을 최대한 감각적으로 파악해야 하는 등 일반적인 경우보다 많은 주의력이 요구된다.   총괄제어 기관차는 정차제동취급은 물론 운행중에도 최대한 압축을 피하고 인장상태를 계속 유지하여 운행하는 것 외에는 충격을 피할 길이 없으므로 정차제동을 취급할 때도 인장상태로 정차시키려 노력해야 하므로 신속완해를 적극적이고 세심하게 활용하여 항상 기관차 감속도와 객차 감속도를 일치시키기 위해 노력해야 충격을 방지할 수 있다. 기관차제동이 없는 상태에서는 무거운 기관차 2량이 잡아당기는 힘으로 인해 제동이 많이 밀릴 수 있으며 특히 객차보다 상대적으로 무거운 발전차가 앞에 연결된 경우 더욱 제동거리가 많이 길어지므로 유의해야 한다.

정차직전 계단완해를 통해 기관차의 감속도가 객차보다 낮아진 상태에서는 객차가 먼저 정지를 하고 기관차는 약간 나중에 정지하게 되어 인장상태로 정차하게 된다. 그런데 위 3항과 같은 방법에서는 기관차의 감속도가 전혀 없이 객차의 감속도만으로 정차를 하게 되니 객차가 정지한 이후에도 반발력으로 다시 객차쪽으로 딸려들어가게 되는 경우가 생긴다. 이를 방지하기 위해서는 열차가 완전히 정지하기 전, 객차의 제동력 이하만큼의 단변을 살짝 걸어 객차와 함께 정지할 수 있도록 하거나, 단변을 넣었다 뺐다를 2회정도 반복하여 객차의 연결기와 닿지 않는 범위에서 정지시킨다. 번거롭거나 급하게 정지한 경우 인장상태에서 세워지기를 기대하고 단변을 한번에 모두 체결하는 경우도 많으나 대부분 인장정차에 실패하고 또 만일 객차가 완전히 정지하지 않은 상태였을 경우 뒤에서 객차가 기관차를 때리게 된다.