지하철 전동차의 바퀴는 왜 쇠로 되어있나요??
안녕하세요!!
지하철 전동차의 바퀴는 보통 강철로 된 쇠로 되어있는 것을 보았는데요.. 왜 이렇게 설계되었는지 궁금합니다.. 왜냐하면 선로가 쇠로 되어있기때문에 바퀴도 쇠로되어있다면 마찰력이 줄어들것같고 브레이트시에 미끄러질 염려가 있기 때문입니다.. 일반 자동차의 바퀴처럼 고무로 되어있다면 흔들림도 적고 소음도 적고 더 좋지 않았을까요??
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.
사실 지하철 바퀴를 강철로 만드는 가장 큰 이유는 효율성때문입니다. 강철 바퀴가 강철 레일위를 굴러갈때 발생하는 마찰(구름저항)이 고무 타이어보다 훨씬적습니다. 이는 열차가 무거운 하중을 싣고도 적은 에너지로 멀리 이동할수있게 해줍니다. 물론 제동시 마찰력 확보는 중요한 문제입니다. 강철 바퀴는 제동시 바퀴 자체에 마찰 패드를 대거나(점착식 제동), 전기 모터를 역으로 사용하여 속도를 줄이는 방식 등으로 제동력을 얻습니다.
고무 타이어는 소음이나 진동 면에서 유리할수있지만, 강철 바퀴는 훨씬무거운 하중과 고속 주행을 견딜수있다는 장점이있습니다. 일부 경전철에서는 고무 타이어를 사용하기도 하지만, 대부분의 무거운 지하철 전동차에는 효율성과 내구성이 뛰어난 강철 바퀴가 사용됩니다.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
말씀대로
지하철 전동차의 바퀴이든 기차의 바퀴이든
이유는 마찰에 있습니다.
마찰이 적을 수록 적은 힘이 들기 때문입니다.
쇠로 만든 레일위에 쇠로 만든 바퀴는
적은 힘으로 화차를 움직일 수 있는 최적의 조건이되겠습니다.
이게 장점이자 단점으로 작용하는 양날의 칼 과도 같습니다.
마찰이 적을 수록 적은 힘으로 움직일 수 있으나
마찰이 적기에 빨리 멈출 수가 없습니다.
특히나
동력분산식 통근형 전기동차, 소위 말하는 지하철은
가속도 3.0 km/s2
감속도 3.5 km/s2 인데
정지상태에서 시속 70키로로 올리려면 약 23.33초가 걸립니다만
같은 속도로 주행 중 멈추려면 20초가 걸립니다.
가속과 정지하는데 시간이 상당히 많이 걸리는 특성입니다.
고속철도는 더욱 좋지 않는데요
가속도 1.47 km/s2
감속도 2.7 km/s2 인데
정지상태에서 시속 300키로로 올리려면
아무리 빨리 가속한다해도 약 176초가 소요되고
같은 속도로 주행 중 멈추려면 111 초가 걸립니다.
이것조차도 이상적인 수치일 뿐 더 많은 시간이 필요합니다.
이렇든 저렇든
적은 힘으로 한다는 것은
효율이 좋아서 에너지 소비를 줄이는 것을 목표로 했기에 그렇다고 보면됩니다.
말씀대로 고무같은 재질로 하면 에너지 소비가 줄어들겠지요
대신 가속 및 감속 시간은 줄어 들 것입니다.
또한 쇠바퀴로 된 경우는 진동과 소음도 만만찮습니다
따라서 그 진동과 소음은 오롯이 시민들이 감수하게 되는 부분이지요.
누적되는 스트레스 까지도.
한 예로
프랑스 파리 지하철 바퀴는 재질이 쇠가 아닌 특수 플라스틱입니다.
비용상 특수 플라스틱이 훨씩 비싸기에 파리 시내만 그렇게 조치했는데,
이유가 프랑스 스럽습니다.
"쇠바퀴의 진동과 소음으로 부터
시민들의 뇌를 보호하기 위해!"
좋은 하루 되세요
안녕하세요. 김민규 전문가입니다.
우선 가장 큰 목적은 철로 내 이탈을 방지하고자 함 입니다. 또한 상대적으로 엄청난 무게의 지하철을 지탱가기 위해서는 일단 고무 재질로는 불가하기 때문입니다.
안녕하세요. 안다람 전문가입니다.
바퀴 가장자리의 돌출부가 레일을 따라 움직이며 탈선을 방지하여 안정성을 높일수 있습니다.
지하철은 매우 무거워서 고무 타이어로는 무게를 지탱하기 어려워 강철을 사용합니다.
또한 매우 무겁고 자주 운행하기 때문에 내구성이 높아야 하며 유지보수 비용이 적게듭니다.
지하철 전동차의 바퀴가 강철로 만들어진 이유는 내구성과 경제성 때문입니다. 강철 바퀴는 고속 주행과 무거운 하중을 견딜 수 있고 마모가 덜해 유지보수 비용이 낮습니다. 선로와 바퀴가 모두 강철로 되어 있기에 마찰이 줄어들지만 에너지 효율성을 높이고 더 부드러운 주행을 가능하게 합니다. 제동 시 미끄러짐 문제는 제동 시스템과 철도 운영 기술로 해결됩니다. 반면 고무 바퀴는 소음과 진동을 줄일 수 있지만 고속과 무거운 하중에서 강철만큼 효율적이지 않습니다.
안녕하세요. 김민선 전문가입니다.
내구성 때문에 고무는 한계가 있어 지하철 무게를 견딜만한 재질을 구하기는 마땅치 않습니다. 그리고 쇠로 된이유는 쇠도 다 같은 쇠가 아닌 경도 차이에 따라 서로 거칠기가 달라져 미끄러지지 않고 일정하게 멈출 수 있도록 조절이 가능합니다.
경도 및 마찰계수가 다른 쇠를 이용하여 알맞게 셋팅이된것입니다