크로싱각과 분기기 번수, 캔트 및 레일경사, 슬랙, 분기기 통과 속도

크로싱각(角)과 분기기 번수(番數)

분기기는 분기선의 기준선에 대한 각도가 작을수록 리드의 곡선반경을 크게 할 수 가 있고, 그만큼 분기선에 있어서 원심력이 작게 되어 분기측의 주행 속도를 올릴 수가 있다.
분기기의 번수(turnout number, switch number)는 기분선과 분기선이 만드는 각 도를 나타내며, 그 분기기에 사용되고 있는 크로싱의 번수(crossing number, frog number)를 이용하고 있다. 번수가 큰 것은, 교각이 작아서 반경이 큰 리드곡선이 접속 가능하므로 분기선측 통과속도를 고속으로 주행할 수 있다.
크로싱각을 나타내는 방법에는 코탄젠트(cotangent)방법, 반각 방법, 이등변 방법 등이 있지만, 우리나라에서는 반각(half-angle)방법을 이용하고 있다.

국철에서 이용하고 있는 분기기의 번수(N)는 표 2.3과 같다. 한편, 크로싱 교점은 일반적으로 노스레일 외측 선의 연장선의 교점인 이론 교점을 말하고 있다.

표 2.3 국철의 분기기 번수

 

분기기내(內) 캔트 및 레일경사

(1) 분기기내 캔트
곡선분기기 기준선에는 원칙적으로 캔트(Cant)를 부설하지만, 그 이외의 분기기에 는 캔트를 부설하지 않는다. 편개(片開)분기기, 양개(兩開)분기기, 진분(振分)분기기 의 리드곡선에 캔트를 부설하는 경우는 다음과 같다.
가. 리드곡선에만 캔트를 부설한다.
나. 리드곡선과 크로싱에 캔트를 부설한다.
다. 포인트의 일부, 리드곡선, 크로싱에 캔트를 부설한다.
등과 같은 방법이 있다. 크로싱에 캔트를 부설할 경우는, 양개분기기가 바람직하다.
이 경우, 캔트량은 건축한계의 하부한계에 지장을 주지 않는 범위로 한다. 더욱이, 외방(外方)분기기의 기준선의 캔트는 분기선측이 역(逆)캔트가 되기 때문에 최대 40mm로 한다.
(2) 분기기내 레일 경사부설
차륜답면에 1/20∼1/40 구배가 있기 때문에, 일반궤도의 레일은 대부분 1/40 경 사부설을 하고 있다.
그러나, 분기기에서는 분기기용품 가공이 복잡해지므로, 일반 기존선 조립식 분기 기에는 레일경사가 없고, 탄성분기기에는 1/40의 경사를 둔다. 그리고, 고속선 분 기기에서는 1/20의 레일 경사를 우리나라에서는 둔다.
분기기내 레일을 경사 두는 방법으로, 분기 타이플레이트, 상판 및 텅레일 두부 삭 정으로 구배를 두는 방법을 사용한다.

 

리드곡선의 슬랙

포인트 후단에서 크로싱 전단까지 차량을 유도하는 부분이 리드(lead)부이며, 짧은 거리의 사이에서 포인트를 통과한 차량의 진행 방향을 크로싱이 가진 방향으로 전 향시켜야 한다. 따라서, 리드부는 곡선을 취하여만 한다. 이 곡선을 리드곡선 (lead curve)이라 부르며, 차량이 통과할 수 있을 만큼의 최소한의 슬랙(slack)을붙여야만 한다.

 

분기기 통과 속도

(1) 편개분기기의 직선측 통과 속도

분기기 직선측에 대해서, 일반궤도의 구조와 비교하여 보면 다음과 같은 구조적 결점이 있다.
1 텅레일의 단면은 일반궤도의 레일에 비해 선단부의 단면이 작다.
2 텅레일은 체결되어 있지 않다.
3 텅레일을 전환시키기 위해 휠부 이음매는 불완전한 구조로 되어 있다.
4 텅레일과 기본 레일 사이에서 차륜이 갈아탐에 따라 충격이 발생한다.
5 분기기내에 이음매가 많다.
6 분기기 전단에서 리드부에 걸쳐, 슬랙에 의한 줄틀림과 궤간틀림이 발생한다.

7 크로싱 구간의 결선부를 통과하는 차륜의 꺼짐 현상이 발생한다.
8 가드 및 윙레일을 통과하는 차륜에 충격적인 배면횡압이 발생한다.

이와 같은 구조적 약점 때문에 일반 분기기에서는 직선측 통과 속도제한을 두고 있다. 표 2.9에 국내 분기기 기준선측 통과속도를 정리하였다.

표 2.9 주요선 분기기의 기준선측 통과속도

분기기의 통과속도를 향상시키기 위해서는 윤축과 궤간 등에 관한 보수기준치를 엄하게 하여야 하며, 분기기를 다음과 같이 보강한다.
1 포인트 후단이음매부의 보강: 포인트 후단이음매부의 대상판, 볼트 및 침목을 보 강하든지, 탄성포인트로 교환한다.
2 가드부의 보강: 기준선측 가드를 신형(H형)가드로 교환한다.
(2) 분기선측 통과 속도
분기선측에 대한 통과속도를 검토하면, 분기기의 리드곡선은 일반 궤도의 곡선과 비교하여 보면 다음과 같다.
1 캔트가 없다.
2 슬랙이 불충분하고, 완화 곡선이 없으며, 슬랙의 체감이 급하다.

3 리드곡선과 접하는 곡선간의 직선장이 짧다.
4 직선포인트를 사용한 분기기가 있다.
등, 일반 궤도의 곡선과 비교하여 조건이 나쁜 형상을 하고 있으며, 더욱이 분기기 전체로서는 차량통과에 대하여 바람직한 형상이라고는 말하기 어렵다. 이 때문에 곡선반경에 대한 통과속도는 일반 궤도보다도 낮게 제한한다.

높은 안전율을 취하고 있다. 표 2.10에 국철 분기기에 대한 분기선측 통과속도를 나타낸다. 한편, 일본에서는 상기 공식의 계수를 재래선에서 2.75로 하고 있다.
또한, 최근에는 같은 번수의 분기기에 대하여 분기선측 통과속도를 향상시키기 위 하여 곡선 크로싱을 사용한 분기기가 설계되고 있다. 이 분기기는 종래 크로싱 전 단에서 끝난 리드곡선을 크로싱 후단 이음매까지 연장하는 것에 의하여 리드곡선 반경을 크게하여 속도향상을 도모한 것이다.
고속용 분기기에 대한 상세는 표 2.6을 참조하기 바라며, 상기 공식의 계수가 2.6∼2.9 로 된다.

표 2.10 분기기의 분기선측 통과속도