KR0185277B1 - 철도차량용 소결합금재 제동라이닝 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철도 차량의 제동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도 차량의 바퀴축에 장착되어 회전하는 디스크에 접촉하여 마찰력을 작용시켜 진행되는 철도 차량을 제동 정지시키는 철도 차량용 소결합금재 제동라이닝에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 제동라이닝의 제동마찰재의 재질을 소결금속으로 대체 시킴으로서 철도 차량제동시 발생되는 분진으로 인한 공해문제를 없애고 철도 차량제동시 발생되는 마찰열을 효과적으로 분산시키므로서 종래의 문제점이었던 제동디스크의 열크랙을 저감시키고, 제동라이니의 철도 차량제동 기능이 철도 차량속도에 따라 변화되는 것을 방지하는데 있는데 이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르는 철도 차량용 소결합금재 제동라이닝은 합금등 금속분말을 기지금속으로하여 여기에 기지금속 보다 경질인 금속 또는 세라믹의 분말인 마찰조절재를 혼합시키고 윤활재를 첨가하고 이들 금속분말을 기지금속과 같은 성분 금속의 합금으로된 봉상의 마찰재 보호관에 충진시킨후 소결시킴으로서 마찰재와 마찰재를 수용한 마찰재보호관으로 스터드를 구성하여 이 스터드를 지지부에 다수 설치 조립하므로서 철도 차량용 소결합금재 제동라이닝을 형성하도록 하는 것인데,
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르는 철도 차량용 소결합금재 라이닝은 마찰재를 소결합금재로 함에 따라 라이닝과 디스크 접촉시 마멸재에 의한 분진발생이 없어 공해를 유발시키지 않을뿐 아니라 라이닝과 접촉하는 디스크의 열부하를 감소시켜 디스크의 수명연장 효과를 가져오고 마찰재가 소결합금재이므로 광범위한 속도영역에서 마찰재의 마찰계수의 변화가 작아 안정된 철도 차량 제동 효과가 기대되는 것이다.
Description
본 발명은 철도 차량의 제동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도 차량의 바퀴축에 장착되어 회전하는 디스크에 접촉하여 마찰력을 작용시켜 진행되는 철도 차량을 제동 정지시키는 철도 차량용 소결합금재 제동라이닝에 관한 것이다.
일반적으로 이용되고 있는 철도 차량의 제동원리는 원판상의 철도 차량 제동디스크면 좌,우 양측에 제동라이닝이 구성되어 공기압 또는 유압 등의 외압에 의해 제동라이닝이 제동디스크면 좌,우 양측면에 압착하며 마찰력을 작용시켜 철도차량을 제동 정지시키는 것이다.
따라서, 상기와 같은 제동원리에 의한 제동장치로 사용되고 있는 종래의 철도차량용 제동라이닝에 있어서 제동마찰재는 유리섬유계측 석면계 재료로서 형성되어 판상의 지지판에 조립되어 있다.
이와 같은 철도 차량용 제동라이닝에 사용되는 제동마찰재의 재질이 석면계이었기에 철도 차량 제동시 디스크를 압박하여 마찰력을 발생시킬 때 디스크와 제동마찰재 사이에 발생되는 마찰열이 제동디스크에 주로 전달되어 제동디스크의 기계적 성능을 저하시켰는데 그 이유는 비석면계인 제동마찰재가 절연성을 띤 관계로 마찰열이 효과적으로 분산되지 못하고 강재(鋼材)로 이루어진 제동디스크에만 전달되기 때문인데 이와 같이 고온의 마찰열이 제동디스크에 단시간동안에 전달되어 제동디스크가 냉각되기에 제동디스크에 열충격(THERMAL SHOCK)이 발생, 제동디스크의 금속조직에 물리적 변화(팽창과 수축)가 생김에 따라 열크랙(THERMAL CRACK)현상이 생겨 제동디스크의 교체를 자주하는 경제적 손실이 있었고, 제동디스크에 과도한 열이 전달되므로 고속운전중인 철도 차량을 제동할 때 제동작용의 문제점이 내재하고 있었다.
특히, 상기한 제동마찰재는 석면계 또는 비석면계, 세미메탈계 등의 섬유재질로서, 석면계는 심각한 공해유발로 인하여 현재에는 거의 사용되지 않고 비석면계 마찰재가 널리 사용되고 있으나 이 비석면계 마찰재 또한 유리섬유 또는 아라미드섬유 등의 재질로서 재동마찰에 의한 마모로 발생되는 분진은 인체에 악영향을 미치는 해를 주는 공해물질이므로 환경 및 공해오염의 문제는 그대로 상존하는 것이었다.
이와 같은 종래의 제동라이닝의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 창안되었는데 본 발명의 목적은 제동라이닝의 제동마찰재의 재질을 소결금속으로 대체시키므로서 철도 차량제동시 발생되는 분진으로 인한 공해문제를 없애고 철도 차량제동시 발생되는 마찰열을 효과적으로 분산시키므로서 종래의 문제점이었던 제동디스크의 열크랙을 저감시키고, 제동라이닝의 철도 차량제동기능이 철도 차량속도에 따라 변화되는 것을 방지하는데 있다.
제1도의 (a)도는 본 발명에 따르는 철도 차량용 소결합금재 라이닝의 사시도.
제1도의 (b)도는 본 발명에 따르는 철도 차량용 소결합금재 라이닝의 A-A선 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 스터드 2 : 지지부
11 : 마찰재 12 : 마찰재 보호관
21 : 기저판 22 : 스터드 지지판
S : 스프링 P : 고정핀
R : 리벳
이하 본 발명에 따르는 철도 차량용 소결합금재 제동라이닝에 대하여 첨부 도면과 함께 상세하게 설명하기로 한다.
도 1의 (a)도는 본 발명에 따르는 철도 차량용 소결합금재 제동라이닝의 사시도이고, 도 1의 (b)도는 그 단면도인데, 도 1에 도시되어 있듯이 본 발명에 따르는 철도 차량용 소결합금재 라이닝을 제동마찰 기능을 수행하는 스터드(1)와 스터드를 지지하는 지지부(2)로 구성되는데, 상기 스터드(1)는 도 1에 도시되어 있듯이 봉상체를 하고 있으며 내부에 소결합금재로된 마찰재(11)와 이 마찰재(11)의 외측면을 둥글게 둘러싸고 있는 마찰재 보호관(12)으로 구성되어 있고, 상기 스터드(1)를 지지하는 지지부(2)는 도 1에 도시되어 있듯이 하단에 판상의 기저판(21)과 상부측에 스터드(1)를 끼우면서 고정시키는 스터드 지지판(22) 그리고 상기 지지판(21)과 스터드지지판(22)사이에 설치되는 꼭지가 없는 원뿔형 강판재로된 스프링(S)으로 구성된다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 철도 차량용 소결합금재 라이닝의 조립상태를 살펴보면 제 1도의 (v)도에 도시되어 있듯이 기저판(21)위에 스프링(S)이 놓이고 그 위에 스터드(1)하단부가 스터드지지판(22)에 끼워지면서 스터드 고정핀(P)에 의하여 스터드(1)가 지지부(2)의 기저판(21)과 스터드 지지판(22)에 설치고정되며 지지부(2)의 기저판(21)과 스터드 지지판(22)은 리벳(R)으로 조립고정되는 것이다.
상기 스터드(1)를 구성하는 마찰재(11)와 마찰재 보호관(2)을 구성하는 각 성분의 바람직한 하나의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
상기 마찰재(11)는 여러금속 및 비금속 성분의 혼합 분말을 일정온도에서 소결시킨 소결합금재인 것으로, 기지금속에 마찰조절재 그리고 윤활재가 첨가 혼합된 것인데 기지금속은 청동(CuSn)계 합금분말에 소량의 구리 (Cu)분말과 주석(Sn)분말을 혼합시키고, 마찰조절제는 철(Fe), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 및 산화규소(SiO2)와 탄화붕소(B4C)분말을 적당량 첨가 혼합한 것이며, 윤활재로서 납(Pb), 흑연(Cn), 이황화몰리브덴(MoS2)분말을 혼합한 것인데, 기지금속분말에 이들 마찰조절재 분말 및 윤활재 분말을 적당량 첨가하여 각 성분금속분말을 균일하게 혼합시키어 마찰재 보호관(12)에 다져넣어 소결로(燒結爐)에서 소결시키면 도 1에 도시된 것과 같은 스터드(1)가 형성되는 것이다.
그리고 상기 마찰재 보호관(12)은 Cu-Sn합금으로 된 청동계 합금으로 된 청동계 합금으로 된 금속관이다.
이상 서술한 바와 같은 본 발명에 따른 소결합금재 라이닝에 있어서 스터드(1)의 마찰재(11)를 구성하는 각 성분별 특징과 그 역할을 살펴보면 마찰재(11)를 소결합금재 특히 Cu-Sn계 합금을 기지금속으로 하는 이유는 Cu-Sn계 합금분말을 소결시켜 마찰재(11)로 사용할 경우 제동마찰시 제동디스크에 마찰저항을 충분히 부여 하면서도 적당한 내마모성과 강도유지가 되기 때문인 것이다.
그리고 소량의 순수구리(Cu)와 주석(Sn)을 첨가하는 이유는 구리와 주석은 융점이 낮은 금속이므로 소결시 먼저 용융되어 기지금속분말의 소결을 촉진시킬 뿐 아니라, 기지금속내에서 금속간화합물이나, 합금화 효과가 기대되어 기지의 강성(强性)이 증대되고 마찰재(11)와 마찰재 보호관(12)의 경계부위에 합금화등으로 그 결합력을 증대하기 때문이다.
그리고 마찰조절재로 기지금속보다 경(硬)한 금속인 철(Fe), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo)과 세라믹류인 산화규소(SiO2) 그리고 탄화붕소(B4C)를 사용하는데 이들 마찰조절재는 기지(MATRIX)내에 산재하여 마찰재(11)의 마찰계수 및 내마모성을 향상시키는데, 특히, 철, 니켈, 몰리브덴은 소결시 산화되어 마찰재(11)내에 산화물로 존재할 때 그 효과가 기대되는 것이다.
상기 윤활재는 납(Pb), 흑연(Gr), 이황화몰리브덴(MoS2) 이 사용되는데, 납(pb)은 저융점 금속으로 기지금속과 용해도가 없고, 마찰시 마찰열에 의해 녹아 마찰재(11)의 마찰면에 피막을 형성하여 마찰재(11)의 성분이 제동디스크에 전이(轉移)되는 것을 감소시키고 마찰면이 국부적으로 온도 상승이 되는 것을 방지하는 기능을 하며(납의 용융시 잠열로 마찰열을 일부 흡수), 특히 흑연(Gr)과 황화 몰리브덴(MoS2)은 층상구조를 갖고 있기에 윤활 특성이 좋고 상호 보완작용을 하는데, 흑연의 경우 공기중에서 하중이나 마찰속도가 증가 함에 따라 마찰계수가 증가하는 반면 이황화몰리브덴은 감소하고, 흑연은 상온 또는 500℃ 부근에서 매우 양호한 윤활특성을 갖는 반면 이황화몰리브덴은 400℃에서 윤활특성이 양호하다.
이와 같은 윤활재는 마찰재(11)가 제동디스크를 마찰제동할 때 마찰재(11)와 제동 디스크사이에 융착과 미끄럼 현상을 억제하는 기능을 갖는 것이다.
그리고 본 발명에 따른 철도 차량용 소결합금재 라이닝의 스터드(1)를 구성하는 마찰재(11) 및 마찰재 보호관(12)을 형성함에 있어 청동계 소결금속만을 기지 금속으로 하는 것을 한정하는 것이 아니고 기타 적절한 융점 및 소결특성을 갖는 합금분말 또는 합금 및 이에 따른 적절한 조성을 갖는 마찰조절재 및 윤활재를 첨가하여 사용하는 것을 본 발명의 권리범위에서 제외 하는 것은 아니다.
이상과 같은 구성 및 작용을 갖는 본 발명에 따르는 철도 차량용 소결합금재 라이닝은 마찰재를 소결합금재로 함에 따라 라이닝과 디스크 접촉시 마멸재에 의한 분진발생이 없어 공해를 유발시키지 않을뿐 아니라 라이닝과 접촉하는 디스크의 열부하를 감소시켜 디스크의 수명연장 효과를 가져오고 마찰재가 소결합금재이므로 광범위한 속도영역에서 마찰재의 마찰계수의 변화가 작아 안정된 철도 차량 제동 효과가 기대되는 것이다.
Claims (4)
- 철도 차량용 제동라이닝의 마찰재를 형성함에 있어 합금분말을 기지금속성분으로 하고 합금의 각 조성 금속원소의 순금속의 분말을 첨가하고 마찰조절재 및 윤활재를 첨가 혼합하여 기지금속과 동일 성분으로 된 관상의 마찰재 보호관에 충진하며 소결시킨 철도 챠량용 소결합금재 제동라이닝.
- 제1항에 있어서 기지금속의 성분은 청동(Cu-Su)계 합금분말을 사용하고, 마찰재 보호관은 청동계 합금으로 된 철도 차량용 소결합금재 제동 라이닝.
- 제1항에 있어서 마찰조절재는 철(Fe), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo)등 기지금속보다 경질의 단원소 금속분말과 산화규소(SiO2), 탄화붕소(B4C)등 세라믹류 분말의 혼합분말을 사용하는 철도 차량용 소결합금재 제동라이닝.
- 제1항에 있어서 윤활재는 납, 흑연, 이황화몰리브덴 (MoS2)의 혼합분말을 사용하는 철도 차량용 소결합금재 제동라이닝.
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