1. 개요
連結器연결기는 철도에서 열차와 열차간을 연결하는 열차의 가장 기본적인 부품으로, 기관차부터 노면전차 할 거 없이 모든 철도차량에는 이 부품이 달려서 나온다. 인장기라고도 하며, 여러 종류가 있다.
여담으로 철도 분야가 아닌 곳에서 '커플러'라는 명칭을 쓰는 다른 기기 중, 1980년대에 컴퓨터 간 통신에 쓰였던 '음향 커플러'린 것도 있는데 1980년대 중반 이후부터 전화선에 직접 꽂는 모뎀의 발달로 이제는 사장된 기술이다.[1]
2. 체인 앤 버퍼 연결기
| 체인 앤 버퍼 연결기를 채용한 독일철도 182형 | 연결기의 모습 |
Buffers and chain coupler
갈고리와 거기에 거는 네모난 고리(체인), 그리고 충격을 막아주는 완충기(버퍼)로 구성된 연결기로, UIC 연결기, 혹은 영국식 연결기라고도 부른다.[2] 보통 유럽권의 증기 기관차 시대에서 자주 애용된 방식으로, 현재에도 서유럽 및 북유럽권에서 기관차 견인형 객차와 화물에서는 널리 사용되는 연결기이다.
구조 및 원리가 단순하여 유지보수가 쉽고 단가가 저렴하며 쉽게 제조할 수 있다. 또한 연결부와 완충부가 독립되어 있어, 돌방입환 및 열차를 거칠게 들이받아서 연결하는 Rough coupling[3]에 유리하지만, 연결기 자체의 내구도가 쉽게 떨어지며, 특정 곡선반경 이내에서는 완충기끼리 간섭하는 Buffer locking 현상이 발생하는 단점이 있다. 때문에 현대 유럽 철도차량의 경우 버퍼를 원형에서 좌우로 좀 더 넓은 사각형으로 만들어 버퍼 락킹 현상을 최대한 방지하고 있다.
열차의 연결/분리 작업시 작업자가 열차 사이로 들어가야 하는 위험성을 갖고 있으며 자동연결기보다 오래걸리는 연결/분리시간과 낮은 견인중량 등 이래저래 단점이 많아 최근 유럽철도 사업체와 철도관련 기업들이 모여 새로운 형식의 연결기를 연구하고 있다. 다만 국제열차가 워낙 자주 다니는 동네라서 한 국가만 바꿔서는 안되므로 여러 국가간 합의가 전제되어야 한다.
3. 자동 연결기
위에서 열거한 UIC 연결기 등의 수동방식 연결기는 작업자가 수작업으로 고리를 걸고 핀을 고정하는 등으로 결합과 분리에 시간이 오래 걸리고 작업자의 부상 위험도 있었다. 1873년 미국의 잡화상(!) Eli H. Janney가 처음으로 자동으로 연결되는 간단한 자동식 연결기를 고안했다. 모양새 때문에 '너클형 연결기'라고도 한다.
미국, 일본, 대한민국, 북한, 중국 등에서 표준으로 사용하는 방식이다. 일본과 당시 일본의 강제병합당해있었던 한반도는 1927년 일본 철도 당국이 하루 날 잡고 전국의 연결기를 죄다 너클형으로 교체하는 사업을 단행하여 현재도 너클형 연결기가 기본이다. 아래 서술하는 자동복합연결기도 일부 사용되며, 컨버터를 끼우면 너클형과도 연결 가능하다.
4. 자동복합연결기
자동복합연결기는 기계 연결 및 전기회로 접속이 별도의 보조 작업 없이 자동으로 이루어지는 연결기를 말한다. 위 사진은 현대의 자동복합 밀착식 연결기의 구성. 두 개의 공기관과 전기연결기가 자동으로 연결되도록 만들어져 있다. 전기연결기의 둥근 부분은 당연하지만 덮개일 뿐이라 연결할 때는 뒤로 젖힌다.[4] 전기연결기는 제어용으로 하나, 삼상전류용으로 하나, 보조용으로 하나로 반드시 필요한 제어용을 포함해 1~3개 정도를 장착한다. 자동 복합 연결기가 아닌 경우에는 전기연결기와 제동, 주공기관 연결부가 없으니 일일이 점퍼선과 공기관을 연결해 주어야 하다 보니 결합과 해제에 시간이 많이 걸려서, 상당히 비효율적이다. 지선 운행이 다양화된 경우에는 그야말로 운용의 꽃.
5. 형태별 자동연결기의 종류
5.1. 너클식 연결기
5.1.1. AAR형 연결기
| 7370호 디젤기관차의 AAR형 연결기 | 작동 원리 |
AAR coupler
미국 철도협회(Association of American Railoads AAR)에서 표준을 정한 연결기. Janney가 고안한 연결기 형태에서 발전해 왔기 때문에 Janney 연결기(Janney coupler)라고도 부른다. 작동 원리는 연결기 말단부에 너클이 설치되어 있는데, 이 너클이 서로 맞물리면서 연결기 상단에 위치한 잠금장치가 연결기 간의 홈에 끼워져서 연결기가 체결되는 방식이다. 연결 해제시에는 잠금장치와 연결되어 있는 해방 지렛대를 위로 들어올리면 잠금장치가 홈 밖으로 들어올려지면서 연결이 해제된다. 현재 국내에서는 고속철도 차량(KTX-1 제외)과 전동차를 제외한 모든 철도차량이 이 연결기를 사용한다.
너클 형태로 된 연결기는 열차 조성 시 원활하게 작업이 가능하도록 유격을 만들어 놓는데, 이로 인해 가속 및 감속 시 연결기와 연결기가 충돌하며 객화차에 충격이 가해지는 것이 가장 큰 단점이다. 이 때문에 여객용 동차에는 이런 방식의 연결기는 거의 사용하지 않고, 밀착식 연결기를 사용한다.
대한민국에서는 기관차와 연결하는 객차와 화차들이 모두 이 방식의 연결기를 사용하며 아래의 밀착식 연결기를 사용하는 열차와 연결할 때에는 기관차에 맞물리도록 커넥터를 추가로 붙인다.
5.1.2. SA3 연결기
СА-3소련 시기에 개발된 자동 연결기다. AAR형 연결기와 작동 원리는 비슷하지만 서로 호환되지 않는다. 지금도 러시아 및 구 소련 지역의 표준형 자동 연결기로 사용되며, 소련의 영향력이 없었던 지역에서도 중량 화물을 견인해야 할 일이 있을 때 종종 사용한다.
5.2. 밀착식 연결기
밀착형 연결기는 기존의 연결기들이 가지고 있던 유격으로 인한 충격을 감쇄하고자 고안해 낸 연결기이다.5.2.1. 샤펜베르크형 연결기
| 샤펜베르크형 연결기 | 작동 원리 |
0:30 부터.
Die Scharfenbergkuppulung / Schaku (독일어)
독일의 카를 샤펜베르크(Karl Wilhelm Heinrich Friedrich Scharfenberg)가 1903년에 개발한 연결기. 유럽 여객열차, 특히 전동차에서는 표준으로 쓰인다. 연결 방식은 두번째 사진과 같다. 막대가 회전자를 밀어서 서로 맞물리면, 스프링에 의해 맞물린 회전자가 잠기며 연결되는 방식. 해제시에는 언커플링 와이어 손잡이를 당긴다. Renfe S-130 등의 일부차종의 경우, 유압 엑추에이터가 내장되어 기관실에서 조작하여 연결을 해제할 수도 있다. 이 연결기의 경우에는 특이하게 연결기 하부에 오른쪽 아래로 45도 기울어진 막대가 튀어나와 있는것을 볼 수 있는데, 이는 상, 하, 좌, 우로 미세하게 위치가 다른 연결기가 접근할 때 타고 올라가 정위치에 올 수 있도록 가이드 역할을 해 주는 장치로, 사실상 샤펜베르크형 연결기의 가장 눈에 띄는 특징중 하나다. 특히 한국을 포함한 TGV, 지멘스 벨라로, 펜돌리노등 유럽 고속열차의 경우 연결기 커버에 구멍을 내면서까지 눈에 띄게 툭 튀어나와 있기에 몇몇 사람들은 용도를 궁금해하기도 한다.
대한민국에서의 샤펜베르크형 연결기는 모두 전공일체형 복합 자동연결기이며, KTX-산천, KTX-이음 등 고속열차[5]와 용인경전철차량에 연결기로 주로 쓰이고 있다. 한때 새마을호로 운행되었던 DHC 디젤동차 일부 편성의 중련용 연결기가 독일 호이트(Voith)제 샤펜베르크 연결기로 개조되어 운행한 적이 있었다.
5.2.2. 시바타형 연결기
0:17 부터.
柴田式密着連結器 (しばたしきみっちゃくれんけつき) (일본어)
Shibata coupler / Shibata-type coupler (영어)
한국과 일본의 전동차에 가장 많이 사용되는 연결기로, 1930년대 일본 국철에서 일하던 기술자 시바타 마모루(柴田衛 しばた まもるMamoru Shibata)가 샤펜베르크 연결기를 개량해 만들었다. 역시 샤펜베르크 연결기와 동일하게 회전자형. 연결 원리는 위 영상과 같다. 샤펜베르크 연결기와 마찬가지로, 반원형 걸쇠(회전자)끼리 맞물리고 스프링 장력에 의해 잠기며 연결되는 방식. 해제할 때는 레버를 당긴다. 단점은 곡선 선로에서 연결하기 곤란하다는 점.
일본에서는 시바타 마모루가 개발한 이래 국철, JR 전동차에 널리 적용된 뒤로, 사철 전동차에서도 널리 쓰여 사실상 표준으로 자리잡았다.
대한민국에서는 1974년 서울 지하철 1호선 개통 당시 일본에서 전동차를 수입한 이래 용인 경전철을 제외한 모든 통근형 전동차와 누리로, ITX-청춘, ITX-새마을, ITX-마음에 이 연결기를 사용하고 있다. 간선철도용 시바타형 연결기는 전공일체형 복합자동연결기이고, 통근형 전동차용은 전공일체형과 단순한 연결기가 모두 존재한다.
6. 관련 문서
[1] 이 물건은 쉽게 말하면 일종의 스피커와 마이크인데, 전화기의 송수화기 부분을 이 위에 놓게 되어 있다. 즉 그 모뎀 접속할 때 나는 전기신호 소리를 전화선으로 전송하고, 전송받은 소리 신호를 마이크로 인식하는 초 무식한(?) 매커니즘을 사용하는 장치다.[2] 영국에서 제작된 당장 아이들 보는 철도 만화인 토마스와 친구들에서 나오는 연결기가 모두 이 방식이다.[3] 보통 일반적인 다른 연결기로 저렇게 들이받으면 연결기가 부러질 수 있다.[4] 이런 식으로 걸쇠와 스프링에 의해 자동으로 젖히고 덮혀진다.[5] KTX-1의 경우는 이미 중련산천의 길이와 같은 20량 고정 편성이기 때문에 서로 연결할 필요가 없어 구원운전을 위한 AAR 연결기를 사용하고 있다.