백게이지

왜 배우는가: 백게이지는 차륜과 레일이 맞물리는 조건을 한 치수로 나타내는 용어라서 탈선 원리를 설명할 때 기본이 된다. 정의와 상·하한값을 묻는 문항으로 여러 차례 출제되었다.

출제 이력: 제130회 1교시 4번, 제104회 1교시 9번, 제98회 1교시 8번, 제94회 1교시 13번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

백게이지는 차륜 플랜지의 배면 간 거리로, 윤축이 궤도와 분기기를 무리 없이 통과하도록 정한 치수다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 백게이지(Back Gauge)
• 차륜 플랜지(Wheel Flange)
• 궤간(Track Gauge)
• 플랜지웨이(Flangeway)
• 크로싱(Crossing)
• 가드레일(Guard Rail)
• 윤축(Wheelset)

백게이지는 차량 쪽 치수이지만 분기기의 플랜지웨이와 맞물려 탈선 여부를 가른다. 그래서 차량 검사와 궤도 설계를 함께 관리하는 기준으로 쓰인다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면 백게이지는 바퀴 두 개가 얼마나 벌어져 있는지를 재는 값이다. 차륜 안쪽에는 레일을 따라 붙잡는 턱이 있고, 이 턱을 차륜 플랜지라고 한다. 차륜 플랜지는 차륜 안쪽 둘레에서 아래로 돌출된 부분이며, 차량이 곡선이나 분기기를 지날 때 레일을 타고 방향을 잡아 준다.

백게이지는 한 윤축 좌우 차륜 플랜지 뒷면 사이의 수평 거리다. 이 치수는 차량 설계와 검사에서 기준으로 쓰는 값이며, 단위는 밀리미터(mm)로 관리한다. 차륜이 궤도 위에 놓이는 위치와 직접 연결된다.

궤간은 두 레일 머리 안쪽 사이의 간격이다. 표준궤는 1,435mm이며, 궤간에 따라 궤도 규격과 차륜 폭이 정해진다. 곡선 구간에서는 안정 주행을 위해 궤간을 의도적으로 약간 넓힌다.

플랜지웨이는 크로싱부에서 차륜 플랜지가 지나가는 홈 틈이다. 가드레일이 이 틈을 만들어 플랜지가 반대편 윙레일로 잘못 들어가지 않도록 한다.

백게이지와 궤간은 서로 다른 것을 잰다. 궤간은 레일 사이 간격이고 백게이지는 차량 바퀴 사이 간격이다. 두 값이 맞지 않으면 차륜 플랜지가 레일이나 가드레일에 부딪혀 주행이 불안정해진다.

백게이지에는 허용 범위가 있다. 값이 상한을 넘으면 플랜지가 크로싱의 플랜지웨이를 잘못 통과해 탈선 위험이 커진다. 값이 하한보다 작으면 플랜지가 레일에 과하게 접촉해 마모와 주행 저항이 커진다. 구체 상·하한값과 적용 조건은 5절에서 다룬다.

답안에는 정의, 궤간과 플랜지웨이와의 관계, 상한과 하한을 벗어날 때의 결과 순으로 쓰면 채점 항목이 빠지지 않는다. 백게이지를 차량과 궤도가 만나는 접점의 치수로 설명하면 논리가 선명해진다.

3. 등장 배경과 필요성

철도 차륜은 원통형이 아니라 원추형이다. 플랜지 쪽이 굵고 바깥쪽이 가늘며, 이 기울기를 답면구배라고 한다. 답면구배는 윤축이 한쪽 레일로 치우치면 중앙으로 되돌리는 복원력을 주어 곡선 통과를 돕는다.

그러나 같은 구배가 사행동을 일으킨다. 윤축이 좌우로 반복 운동하는 현상이다. 사행동의 파장은 차륜 반경, 궤간, 답면구배로 결정되며, 파장이 짧을수록 진동이 격렬해진다. 따라서 작은 차륜 반경, 좁은 궤간, 큰 답면구배가 사행동을 심화시킨다.

이 관계에서 차륜 간격은 궤간과 함께 주행 안정성을 정한다. 좌우 차륜 간격이 기준에서 벗어나면 사행동이 커지거나 한쪽 플랜지가 레일에 과하게 닿는다. 그래서 차량 설계와 검사에서 차륜 치수를 기준값으로 관리할 필요가 생겼고, 백게이지는 그 기준 치수 가운데 하나다.

철도 초기에는 나라와 노선마다 궤간이 달랐다. 궤간이 다르면 차량이 다른 노선으로 직접 운행할 수 없어 환승과 환적이 필요해졌다. 궤간이 다른 노선이 만나는 곳에는 레일을 한 개 더 깔아 혼합궤를 두는 방법이 쓰인다.

스페인과 포르투갈의 이베리아 궤간과 표준궤가 맞닿는 사례, 시베리아 철도의 러시아 궤간과 표준궤가 교차하는 사례처럼 궤간 불일치는 지금도 국경 구간의 과제다. 궤간이 정해지면 차륜 폭과 차량 구조까지 제약되므로, 궤간 기준을 지키는 일이 차량 치수 관리의 출발점이 된다.