전기철도 점착력

점착력의 정의

점착력은 구동 바퀴와 레일 사이의 마찰에 의해 생기는 견인력이다.

이 힘 덕분에 바퀴가 미끄러지지 않고 차량이 앞으로 나간다.

점착계수는 점착력을 수직 하중으로 나눈 값이다.

최대 점착력 식

최대 점착력은 마찰계수와 구동 바퀴 수직 하중을 곱해 구한다.

기호로는 F_max = μ × W이다. μ는 점착계수, W는 수직 하중이다.

같은 축중이라도 레일 상태에 따라 μ가 크게 달라진다.

따라서 μ를 이해하는 것이 전기철도 운전과 설계에 필요하다.

점착 한계 비교

차륜이 낼 수 있는 견인력은 점착 한계 μW를 넘을 수 없다.

구동 토크가 만든 접선력을 이 한계와 비교한다.

접선력이 한계 안에 있으면 바퀴는 구름 운동을 한다.

한계를 넘으면 공전하거나 활주한다. 정지 마찰은 미끄럼 마찰보다 커서 출발 시 여유가 가장 크다.

계산 예제

100톤 기관차가 레일 위에서 출발하는 경우를 계산해 보자.

륜중 W는 100톤에 9.8 m/s²를 곱한 980kN이다.

마찰계수가 0.35이면 점착력은 343kN이다.

레일이 기름으로 오염되어 μ가 0.05가 되면 49kN으로 줄어든다.

레일 오염이 견인력에 얼마나 큰 영향을 주는지 잘 보여 준다.

직접 풀어 보기

방금 배운 식을 적용해 보자.

점착계수는 0.05, 구동 바퀴 하중은 980kN이다.

정답은 49kN이다. 점착계수가 작을수록 같은 하중에서 견인력이 크게 줄어든다.

정리

정리해 보자. 점착력은 구동 바퀴와 레일 사이 마찰로 생기는 힘이다.

최대 점착력은 마찰계수와 구동 바퀴 수직 하중을 곱해 구한다.

레일이 오염되면 점착계수가 낮아져 견인력이 줄어든다.

점착 한계를 높이는 핵심은 레일 관리와 차량 측 슬립 제어를 함께 쓰는 것이다.