지금 사용하고 있는 공기제동방식은 우수한 보안도를 자랑하며 오랜세월동안 철도차량 제동장치로 사용되어 왔습니다. 하지만 철도차량의 속도는 날로 향상되고 있는데도 여전히 공기제동을 개량하여 사용하기 위한 노력이 이어지고는 있지만, 신개념의 제동방식 개발은 고려되지 않는 것 같습니다.
하지만 나름대로 공기제동 방식에는 아래와 같은 문제점이 있습니다.
1. 제동관이나 주공기관 등의 본관 및 제동지관의 공기누설이나 파손시 제동성능 저하 및 별도조치 필요
2. 공급공기통, 보조공기통, 부가공기통, 제동통 파열시 해당차량 공기제동사용불가 및 별도조치 필요
3. 답면제동방식이나 디스크제동방식의 각 차량간 비등하고 정확한 제동력구사 난이
4. 파손, 탈락사고가 원인이된 대형 탈선사고 염려로 제륜자 및 디스크, 디스크 라이닝의 주기적 검수 및 교환
5. 차량하부 제동본관 및 제동지관의 복잡한 배열 및 BOU박스의 오작동
6. 정확한 활주(skid)현상 포착과 Antiskid기능 부족
7. 각 차량간 적정 제동력 배분 부족으로 인한 제동충격발생
기존 철도차량 제동장치의 경우 보안도를 유지하는 fail-safe 개념상 공기제동방식의 사용은 오랜동안 개량되고 발전해 왔습니다.
객차 및 기관차 혹은 전동차....6BL(2000대),26NL(2100대),26L(DEL),PBL-2(EL),ERE,ARE(객차),KNORR(새말),DAIA(CDC동차),SELD(저항),HRDA(VVVF)......
또한 고속 열차의 발맞추어 발전제동이나 회생제동등의 병용사용(전동기가 있는 M,M',동력차 및 DEL,EL에서만 가능)으로 제동력을 확보하는 방향으로 발전해 나가고 있습니다.
하지만 이제는 공기제동과는 전혀 개념이 다른 별개의 전기제동방식이 개발ㆍ도입되어야 한다고 봅니다.
그래서 저는 그 대안의 첫째로 공기관 및 공기통을 대신하여 피스톤과 파이프를 사용한 자동차에서 사용하고 있는 유압(oil)브레이크를 생각해 보았습니다. 이 방법은 기존의 디스크 제동장치와 자동차 유압실린더의 기능을 혼합하여 다음의 대안보다는 시험 제작해 보기가 수월할 것 같습니다.
자동차 제동작용의 경로를 살펴보면 페달을 밟는 압력 → 주실린더의 피스톤 → 파이프 → 차륜부 실린더 → 브레이크슈 동작입니다.
이렇듯 각 차량 하부에 유압을 발생할 수 있는 주실린더 피스톤과 각 차축 디스크를 연결하는 파이프, 그리고 차륜부 실린더를 배열합니다.
그리구 주실린더의 유압의 조정은 운전실에 있는 제동제어장치와 주실린더의 유압을 동작시킬 수 있는 장치는 전기적으로 결선하여 실린더 피스톤의 가동범위(1~10단 범위로 설정)를 최적으로 설정시켜 상용제동 및 비상제동을 가능케 합니다. 또한 여기서 전동차처럼 승차인원에 따른 하중계산 및 디스크 압부력 및 Skid여부를 자동 체크하여 자동살사 및 자동차의 ABS기능으로 활주(Skid)를 무마시킵니다.
또 하나의 대안으로는 유체폐색조절식브레이크입니다.
이것은 제 쪼잔스런 머리로 대충 생각해낸 이론으로 실제이론과는 하등의 연관성이 없으며, 과학적인 근거 또한 미흡한 방법임을 먼저 말씀드립니다.
유체폐색조절식브레이크의 이론의 쉬운 예를 들자면, 주사기 주입구를 손가락으로 막은 상태에서 피스톤을 전방으로 밀면서 피스톤의 내부 압력이 증가시킬수록 피스톤은 처음 진행방향으로 더이상 나아가지 못합니다. 하지만 손가락으로 막고있던 주입구를 단속(개폐)하면 주사기는 어느정도 진행할 수 있습니다.
바로 이 원리를 제동장치에도 응용한 방법이 유체폐색조절식브레이크인데, 가령 오일이나 공기를 피스톤 내부에 주입한 상태에서 정지하고자 할 때에는 회전력을 이용하여 주사기 모양을 한 피스톤의 토출구를 폐색.단속하여 유체를 압축시켜 제동력을 발생시키고, 완해시는 유체를 토출시킵니다.
또한 평소 주행시에는 토출구를 개방하여 아무런 저항없이 차축이 회전할 수 있도록하면 됩니다.
결국 제동작용이란 각 차량간을 전기적으로 결선된 상태에서 피스톤 토출구를 어느정도로 개폐하느냐 하는 제어범위에 따라 상용.비상제동이 가능하게 됩니다.
이방법의 장점은 간단한 토출구 제어방법만 마련된다면 일반적인 공기제동에 비해 압축에 의한 소요시간이 발생하여 제동력이 시간에 따라 자동적으로 적절히 증가하여 초기제동력 증대에 의한 활주현상이 크게 줄어든다는 것입니다.
그리고 마지막 방법으로는 전자브레이크입니다.
위의 두가지 브레이크 방법에서는 철도차량 제동방식에서 가장 중요한 주행중 연결기가 끊어졌을 경우 각 차량이 자동으로 제동을 체결할 수 있느냐 하는 것이 부족한 부분입니다.
그래서 저는 공작기계(밀링,보링,드릴링머신류)에서 사용하는 전자브레이크의 방법을 응용을 제시합니다.
전원이 인가되었을 경우에만 브레이크를 완해하고 있다가 전원이 끊어졌을 경우에만 급제동 기능을 수행하는 전자제동장치말이져. 이 전자제동장치를 위의 두 가지 방법과 병용하여 사용하거나, 전자브레이크의 감속용량을 크게하고 여자전류를 제어하는 기능을 첨부한다면 상용제동 및 비상제동 기능을 수행할 수 있으리라 여겨집니다.
결국 이 세가지 대안 모두 경제적으로 효율적인 대안이라고 제 스스로도 만족할 수 없고, 나름대로 많은 단점을 지니고 있지만, 이로서 좀더 효율적이고, 간단하며, 경제적인 브레이크 개념의 탄생을 기대해 봅니다.
글을 마치면서 정말 꼴값떨었구나 하는 생각도 문득 드는군요. 암튼 1%의 가능성만 있다면 시도해볼만 하지 않을까요?
여러 전문가님들의 보완 및 질책을 부탁드리면서 이만 물러갑니다.