볼스터리스 대차(영어: bolsterless bogie)는 철도차량의 보기 대차(bogie)에서 차체 중량을 받는 부품인 볼스터(bolster)를 생략한 대차를 말한다.
개요
기존의 볼스터 대차는 수직하중, 견인력, 회전력이라는 세 가지 힘을 볼스터와 센터피봇(center pivot)이 전달하는 구조였다. 볼스터리스 대차는 이 볼스터와 센터피봇을 배제하고, 수직하중과 회전력을 공기 용수철(air spring)이, 견인력을 견인장치(traction device)가 각각 분담하는 방식으로 대체한다. 이를 통해 무거운 볼스터와 센터피봇을 생략하여 대차의 경량화를 실현한 것이 특징이다.
견인력을 전달하는 메커니즘은 가상 센터피봇이 위치하는 곳에 설치되며, Z링크식, 싱글 링크식, 판 용수철식, 적층고무식 등 여러 방식이 존재한다. 변위 대응을 용수철의 변형에 의존하는 방식은 보수 측면에서 문제가 많아, 현재 새로 제조되는 차량에는 링크를 사용하는 방식이 일반적으로 사용된다.
역사
볼스터리스 대차가 개발되기 이전의 가상 센터피봇 방식 대차는 부품 수가 많고 구조가 복잡하다는 문제점이 있었다. 1960년대 후반 공기 용수철 기술이 발전하여 대구경 다이어프램형 공기 용수철이 실용화되고 다이렉트 마운트형 공기 용수철 대차가 일반화되면서, Z링크식 견인기구 기술과 공기 용수철의 높은 횡강성을 활용해 볼스터를 생략한 단순한 구조의 대차를 개발하려는 움직임이 각국에서 나타났다. 1960년의 프랑스 특허(No.1066650A) 등에서는 이미 안내 링크와 앵커에 의한 견인기구를 조합한 볼스터리스 구조가 묘사되어 있어, 프랑스에서 이른 시기부터 이 방식이 검토되었던 것으로 알려져 있다.
볼스터리스 대차 중 대표적인 사례로는 일본국철(당시)의 DT50 대차가 있다. 1985년 205계 전동차용으로 데뷔한 DT50 대차는 극한까지 단순화된 구조, 낮은 단가, 유지관리 비용 절감, 우수한 주행성능 등 여러 면에서 이전 대차를 크게 앞질렀다. DT50과 그 파생형은 이후 약 10년간(한국에서는 40년 가까이) 대량 생산되어 전동차와 기동차 등에 폭넓게 채용되었으며, 이후 JR 각사에서도 이를 기반으로 축상지지장치를 변경한 모델이 채용되는 등 큰 성공을 거두었다.
장점
볼스터리스 대차의 가장 큰 장점은 경량화이다. 공기 용수철을 이용하여 승차감을 개선하였을 뿐만 아니라, 기존의 DT32, DT46 대차에 비해 1기당 1톤 이상, 코일 용수철 대차인 DT33에 비해서는 약 2.5톤의 경량화를 이루었다. 이에 따른 궤도 부담 경감과 궤도 보수 비용 절감 효과도 크다. 부품 수를 줄임으로써 제조비와 보수비도 절감된다. 이러한 경량화는 고속철도용 대차에서 특히 큰 효과를 발휘한다.
단점 및 한계
DT50을 비롯한 경량 볼스터리스 대차는 고속운전에 적합한 특성을 갖추었으나, 선회 특성이 공기 용수철의 수평 강성에 의존하기 때문에 허용 한도를 넘는 급곡선 통과가 요구되는 구간에서의 사용에는 적합하지 않다. 이 때문에 국내외의 급곡선이 많은 지하철과 일부 사철, 특히 경전철 등에서는 볼스터를 갖춘 대차가 채용되는 경우가 많다. 또한 고속 주행 시에는 차체의 요잉(yawing)을 억제하는 안티 요잉 댐퍼(요댐퍼)의 부여가 필수적이다. 요댐퍼는 일반적으로 120km/h 이상으로 영업운전하는 차량에 설치된다.
