1. 도입
 
가. 본 자료는 트램 차량 차륜의 유지보수에 관한 것으로, 차륜의 관리는 차량의 탈선을 피하기 위해 가장 중요한 요소임
 
1) 궤도, 판토그라프 시스템이나 차량 구성품 샘플에 의한 감시를 포함하여, 차륜 가공 주기 결정을 위해 많은 방법이 사용되고 있음
 
 

2. 사례 분석
 
2.1 블랙풀
 

<블랙풀 스타게이트 차량기지의 차륜전삭기>

 
가. 차륜 프로파일의 최적화
 
1) 기존의 차륜-레일 인터페이스에 대한 연구는 [Flexity2] 차량의 개선을 위한 것으로, 차량의 소음과 마모를 줄이기 위해서임
 
2) 차륜 프로파일의 개선은 기존의 다른 차량에 비해 [Flexity2]가 축중이 더 무거워서 필요한 것임
 
나. 중요 특징
 
1) 차륜-레일 인터페이스의 요구조건
 
가) 차륜-레일 인터페이스는 곡선에서 소음과 마모를 적게 발생시킴으로써 차량에 안전하고 편안한 승차감을 제공하게 되며, 이러한 요구조건은 블랙풀에 사용되는 레일 프로파일에 적절한, 최적화된 차륜의 프로파일에 의해서 충족됨
 
나) 차륜 프로파일은 모든 레일 프로파일에 원-포인트 접촉을 제공해야 하며, 안정적인 주행을 위해 직선 궤도에서 낮은 코니시티(conicity, 횡압의 한 요소로서 회전시 한방향으로만 작용하는 힘)와 곡선주행에서 좌우 차륜 사이에서 충분한 롤링 곡선반경 차이를 제공해야 함
 
다) 좌우 차륜 사이의 접촉각 차이는 윤축이 직선 궤도에 중심을 맞추도록 지원하고 곡선 진입을 부드럽게 함
 
라) 차륜 프로파일의 접촉면적은 마모를 분산시키고 차륜 프로파일을 안정적으로 유지하기 위해 차륜 프로파일의 넓은 면적에 분산되어야 함
 
2) 기존 차륜 프로파일의 분석 시행
 
가) 기존의 차륜 프로파일은 원추형 답면으로, 코니시티가 매우 낮고 레일의 단 한 부분 그리고 차륜의 좁은 면적에만 접촉함

3) 차륜 후렌지 상부로의 주행
 
가) 기존 블랙풀 차륜의 후렌지는 매우 좁아서 축중이 가벼운 옛날 차량에는 적절하지만, [Flexity2] 차량은 무거운 축중 때문에 후렌지는 단기간 내에 변형됨
 
나) 라운딩 형의 후렌지 상부는 편평하게 되어야 하고, 후렌지 재료성분은 후렌지의 양 측면으로 이동하는 현상이 발생함
 
다. 경험
 
1) 서로 다른 레일 프로파일에의 분석
 
가) 블랙풀의 차륜 프로파일 최적화 작업은 사용되는 3종류의 레일 모두에 원-포인트 접촉점을 보장해야 하며, 이것은 횡압이 계속 상승함에 따라 곡선 진입시 부드러움을 제공하게 될 것임
 
2) 블랙풀에서 사용되는 3가지 레일 프로파일의 그림은 다음과 같으며, 다른 곡선 때문에 상당한 차이를 보임
 
3) 차륜 후렌지 상부로의 주행
 
가) 원추형 후렌지가 선택된 이유는, 무거운 축중을 가능한 한 낮추어 후렌지의 변형을 관리하기 위해 넓은 후렌지 상부를 가지기 위함이었음
 
나) 후렌지 각도 76°는 [Flexity2] 차량이 탈선에 대해 높은 안전성을 가지고, 원추형 후렌지는 기존 다른 트램 차량에도 적합한 것으로 판정됨
 
라. 장단점
 
1) 블랙풀의 기존 차륜 프로파일은 [Flexity2] 차량에는 단점이 있었는데, 그것은 프로파일이 투-포인트 접촉점을 제공하게 되면 상당한 후렌지 마모가 발생할 우려가 있다는 사실임
 
2) 마모를 예방하고 중앙집중성을 제공하며 곡선 진입시 부드러움을 보장하기 위해, 원-포인트 접촉점 프로파일이 필요함
 
3) 원-포인트 접촉점 차륜 프로파일은 곡선 주행시 소음과 후렌지 마모 감소를 위해 좌우 차륜 간의 우수한 곡선반경 차이를 제공함
 
 

2.2 프랑스 르 그랜드 디종 차량기지
 
가. 차륜전삭기

1) 차륜전삭기는 일반적으로 선로 하부에 설치되는 것으로, 작업이 발생할 때마다 상승/하강을 반복하기보다는 전용선으로 설치되는 것이 바람직함
 
2) 현재 사용되는 2가지 기본 형태로는 첫째, 피트선에 차륜전삭기가 설치되고 별도의 기계장치에 의해 필요한 윤축만이 일렬로 배열되는 시스템 둘째, 열차가 이동하면 휴대용 차륜 전삭기가 자동으로 움직여서 차륜에 고정되는 것이 있음
 
나. 중요 특성
 
1) 피트 : 차륜 직경의 감소에 따라 대차 프레임의 보정이 가능하도록 전삭기 후부가 약간 상구배로 되어 다른 곳으로 이동하지 않도록 함
 
2) 차륜 프로파일의 관리 : 예방 유지보수 시점이나 차륜 가공 계획에 따른 운영
 
가) 직경, 차륜 답면의 상태 그리고 후렌지 상태 등을 관리함
 
다. 경험
 
1) 트램 작업시 윈치의 사용은 권고되지 않는데, 그 이유는 사용이 어렵기 때문임 (열차 진행을 위해 외부 제어탁을 이용하거나 수동 운전 또는 위치용 신호등을 통한 이동 등이 더욱 적절함)
 
2) 운영회사에 의하면, 열차의 이동과 정지, 차륜 검사를 위한 열차 조정 등에 1인이 소요되며, 워크숍은 반드시 언더플로어 차륜전삭기가 필요함
 
3) 많은 프랑스 트램 네트워크는 레일 파상마모로 고생하는데, 이 문제는 노선의 특정 지역에 3년 정도 초기 적응시점 이전에 발생하며, 성숙하기 전의 마모 원인은 아직 명확하게 밝혀지지 않은 상태임
 
라. 장단점
 
1) 2개의 시스템 비용은 비슷하지만 두 번째 시스템이 더욱 경제적인데, 그 이유는 차량기지와 유지보수 센터 간을 차륜전삭기가 이동하기 때문임
 
2) 그렇지만, 이동용 차륜전삭기의 작업 품질이 진동 때문에 원활하지 않다는 의문이 있으며 그 결정을 위해서는 시간이 필요함
 
 

2.3 네덜란드 RET
 
가. 베버바드 차량기지의 워크숍에는 차륜 측정시스템이 설치되어 차륜의 후렌지 두께, 차륜 프로파일과 차륜 답면 두께와 같은 치수를 측정하게 될 것임
 

<베버바드 차량기지의 차륜전삭기>

 
나. 중요 특성
 
1) 차륜의 마모
 
가) 차륜 후렌지의 마모는 트램에서 가장 일반적인 마모로, 트램의 평균 연간 주행거리는 66,000km임
 
나) 후렌지 유지보수는 연간 3회 시행되며, 후렌지 두께 측정이 포함됨
 
다) 트램이 22,000km 주행 후의 검사와 정기 유지보수를 위해 도착하면, 후렌지는 몇 mm 정도 마모가 되었으며, 만약 후렌지 두께가 너무 얇으면 탈선과 같은 위험한 상황이 일어나므로 후렌지 두께는 정기적으로 검사되어야 함
 
2) 차륜게이지
 
가) 차륜의 후렌지 두께는 스타 게이지(star gauge) 또는 후렌지 게이지라고 불리는 기구를 이용하여 기술자가 검사함
 
나) 스타 게이지는 RET의 모든 기술자가 보유하며 후렌지 마모를 6단계로 구분하여, 더 많이 마모되었으면 더 자주 검사됨(예를 들어, 스타 게이지의 레벨 4는 14일마다 측정하는 것으로 되어 있음)
 
3) 언더플로어 차륜전삭기
 
가) 후렌지가 약 13mm 정도의 치명적 두께에 도달하면, 차륜 직경을 약 40mm 정도로 보정하기 위해 차륜전삭기를 사용함
 
나) 차륜전삭기는 좌우 차륜을 모두 측정함
 
다) 45,000km 주행하면 차륜후렌지가 마모되어 가공할 필요가 있으며, 약 135,000km 정도 운행하면 더 이상 사용이 불가능하여 해체되거나 교체되어야 함
 
다. 경험
 
1) 차륜 트랙(wheel track)의 교체
 
가) 각 차량의 차륜 중심부에 설치된 차륜 트랙과 고무가 2년마다 교체되며 이 작업은 로테르담의 [Kleiweg] 중앙 유지보수 기지에서 시행됨
 
나) 차륜 가장자리의 찰상(플래팅, Flat edges) : 이 작업은 차륜이 움직이지 않고 트램이 앞으로 활주할 때 발생하며 차륜 가장자리의 찰상을 일으킴
 
다) 운전자와 승객은 운행 중에 이것을 느끼며, 이 마모는 철도차량 메카닉스에 해로우므로 신속하게 교정되어야 함(이 교정에는 차륜전삭기가 사용되며 차륜 라이닝 프로파일이 수정되어야 함)
 
2) 새로운 저상트램 차량
 
가) 새로운 저상트램의 차륜은 종종 [Citadis] 차량의 첫째 및 최종 후부 대차와 같이 각 측면에 기계적으로 연결되는데, 이것의 단점은 양쪽 차륜 모두가 같은 직경을 가지도록 관리되어야 함
 
나) 전부 차륜과 후부 차륜이 다르게 마모됨에도, 양 차륜은 동시에 가공되어야 하며 이것은 비용을 수반함
 
3) 차륜 측정시스템
 
가) 차륜 유지관리 프로세스의 최적화를 위해, 2개의 새로운 차륜 측정시스템이 2011년 7월 중순 RET에 [Talgo]사가 설치할 예정임
 
나) 이 전자광학적 시스템은 차륜의 직경과 프로파일을 자동으로 측정하고 기록하며, 차륜 트랙 프로파일이 디지털로 기록되고 평가됨
 
다) 이러한 시스템은 기존의 스타 게이지보다 더욱 정밀하게 측정할 수 있으며, 변동이 발생해도 적절한 개입이 가능함
 
라. 장단점 : 차륜 스캔 시스템이 아직 설치되지 않았지만, 하나의 문제는 적외선 측정시스템의 측정 오차값 결정임
 
 

2.4 벨기에 브뤼셀 STIB
 
가. 사용시스템
 
1) 하렌(Haren) 차량기지에, 차륜 측정을 위해 시험선에 2가지 종류의 장치가 설치됨
 
가) 하나는 [Geronimo]라고 불리며 차륜 찰상(flat wheels)을 검지하며, 25km/h 속도로 진행되는 트램 차량에도 사용될 수 있도록 프랑스 회사인 [Signal Developpement]사가 개발한 것임(이 시스템은 최초에는 프랑스 고속열차의 측정을 위해 개발된 것임)
 

<[Geronimo], 차륜찰상 검지시스템>

 
나) 둘째는 차륜 스캐닝 시스템으로, 이 시스템은 디지털 형태로 각 차륜을 스냅숏 촬영하고 레퍼런스 프로파일과 비교함(이 시스템은 차량의 정지 없이 각각 차륜의 상태를 표시하며 시스템 최대 속도는 15km/h임)
 

<차륜 프로파일 측정시스템>

나. 중요 특징
 
1) 차륜 가공 주기의 설정
 
가) STIB에서는 여러 형식의 트램 차량이 있지만, 모든 형태가 가공되는 것은 아님 (고상 형태의 트램 차량은 현장에서 교환되며 가공되지 않음)
 
나) STIB는 저상 트램(T3000~T4000)을 위한 2개의 차륜전삭기가 있으며, 하나는 하렌 차량기지의 언더플로어 방식 그리고 리프팅 스탠드를 사용하여 리프팅되는 [Mobiturn] 이동용 차륜전삭기가 있음
 
다) 차륜 가공은 50,000km마다 시행되며, 더욱 정밀한 유지보수 주기 설정을 위해 7개의 트램 차량을 추적 중임
 
다. 경험
 
1) STIB-MIVB에서 현재 사용하는 시스템
 
가) 저상 트램을 위해 STIB에서 사용되는 차륜 유지보수는 2가지 방식인데, 두 방식 모두 타이어 수정과 이상적인 프로파일을 위한 차륜 가공임(차륜은 더 긴 수명주기 확보를 위해, 정확하게 측정된 대로 프로파일링되지 않음)
 
나) 하렌 차량기지에 사용되는 시스템은 언더프로어 차륜전삭기로, 저상 및 고상 트램 등 여러 가지 차량의 가공이 가능하도록 설계됨
 
- 트램은 트랙터에 의해 차륜전삭기 쪽으로 견인되므로, 그 무게를 견디고자 매우 안정적이어야 하며 자체 외의 다른 진동이 있어서는 안 됨
 
- 이 시스템의 단점은 가장 긴 트램 차량길이의 2배 정도의 궤도 길이가 필요하다는 것임
 
다) [Ixelles] 차량기지에 사용되는 시스템은 [Mobiturn] 차륜전삭기로, 저상 및 고상 차량 모두에 사용되도록 설계됨
 
- 이 시스템은 모바일 리프팅 시스템과 통합되어, [Mobiturn] 차륜전삭기가 차량 하부를 지나감
 
- 이 시스템의 장점은 가장 긴 트램 차량길이보다 궤도 길이가 길 필요가 없다는 것이며, 덜 안정적이며 다른 진동이 발생하기 쉬움
 

<언더플로어 차륜전삭기>
 

2) 차륜 가공 주기의 설정
 
가) STIB의 가장 최신 차량인 [Flexity Outlook] 저상 트램 가공 주기는 50,000km로, 이 주기는 제작회사가 권고한 것이며 이전 경험에 기반을 둔 것임
 
3) 차륜의 스캔
 
가) 차륜 스캐닝과 관련된 봄바르디어 트램 차량에는 문제가 있는데, 사용 시스템의 살사 파이프가 앞쪽의 장면을 블로킹하기 때문에 적절한 차륜 스캔이 불가함
 
나) 해결책은 두 가지 그림을 얻는 것이며, 트램이 지나갈 때 각 측면 사진을 확보하는 것임
 
라. 장단점
 
1) 차륜 스캔 : 장점은 차륜 조건이 매우 신속하게 모니터링된다는 것이며, 중요한 단점은 완벽한 트램 스캔을 위해 2번의 이동이 필요하다는 것임
 
2) 차륜전삭기
 
가) 하렌 차량기지에 사용되는 언더플로어 차륜전삭기의 단점은 가장 긴 트램 차량 길이의 2배의 궤도 연장이 필요하다는 것이며, 무게 때문에 장비가 매우 안정적이며 자체 외의 진동이 아닌 다른 진동에는 영향을 받지 않음
 
나) [Ixelles] 차량기지에 사용되는 [Mobiturn] 차륜전삭기는 덜 안정적이고 다른 진동이 발생할 수 있으며, 장점은 궤도의 길이가 가장 긴 차량길이와 거의 비슷하다는 것임
 
 

3. 제안사항
 
가. 트램의 부드럽고 안전한 운행을 위해, 차륜의 정기적인 모니터링과 가공이 필요함
 
나. 차륜 가공을 위해, 차량기지 한 곳에 고정용 차륜전삭기 설치를 모든 파트너가 권고함
 
다. 이동형 차륜 가공은 위치 변동 때문에 너무 복잡한 것으로 인식되므로, 하나의 피트가 선택되어 차륜전삭기가 설치됨