KR100281452B1 - 충격 흡수 장치 - Google Patents

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KR100281452B1
KR100281452B1 KR1019940008536A KR19940008536A KR100281452B1 KR 100281452 B1 KR100281452 B1 KR 100281452B1 KR 1019940008536 A KR1019940008536 A KR 1019940008536A KR 19940008536 A KR19940008536 A KR 19940008536A KR 100281452 B1 KR100281452 B1 KR 100281452B1
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과르디올라 삐에르-앙리
까뜨르 방-따
메쯔게르 알베르뜨
단아비 마르방
끌레옹 루이-마리
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미셸 푸르니에
지이씨 알스톰 트랜스포트 에스에이
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Abstract

본 발명은 소정의 방향으로의 충격에 의해 발생된 에너지를 변형에 의해 흡수하는 적어도 하나의 기계적 부재(1)을 포함하는 충격 흡수 장치에 관한 것으로, 상기 부재가 얇은 판(4,5,6)으로 제조되고 충격 방향에 수직한 평면 내에 각각 이 공통 꼭지점을 갖는 2개의 삼각형(2,3)의 형태인 단면부를 갖는 것을 특징으로 하는 장치에 관한 것이다. 예컨대, 철도 차량 등에 적용 가능하다.

Description

충격 흡수 장치
제1도는 종축 방향의 단일 부재에 의해 제조된 본 발명의 충격 흡수 장치를 도시한 도면.
제2도는 본 발명에 의한 충격 흡수 장치의 다른 실시예를 도시한 도면.
제3도는 본 발명에 의한 충격 흡수 장치의 또다른 실시예를 도시한 도면.
제4도는 본 발명에 의한 충격 흡수 장치를 결합한 철도 차량 샤시의 일부를 도시한 도면.
제5도는 제4도의 선Ⅴ-Ⅴ를 따라 절개된 철도 차량 샤시의 단면도.
제6도는 제4도의 선Ⅵ-Ⅵ를 따라 절개된 철도 차량 샤시의 단면도.
제7도는 제4도의 선Ⅶ-Ⅶ를 따라 절개된 철도 차량 샤시의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,15 : 부재 2,3 : 삼각형
4,5,6,16,17 : 얇은 판 11 : 보강 부재
14 : 각인된 영역 25 : 샤시
27 : 충격 흡수 장치 31,32 : 측면 문턱
34 : 피봇 비임 35 : 크로스비임
36,37 : 바닥 바아 75 : 중앙 부재
76,76 : 측면 부재
본 발명은 충격 흡수 장치에 관한 것이다.
몇몇 선행 기술에 의한 충격 흡수 장치는 건조 마찰 또는 점성 마찰에 의한 에너지 소멸(dissipation)에 근거한 가역 변형 시스템의 형태이다. 철도 운송 수단에 있어서, 이 장치는 자동 커플링의 몸체 및 완충기(buffer)내에 결합되어 있다. 이들 시스템은 유니트당 대략 50kJ 정도로 유니트의 에너지 흡수 성능이 낮다는 단점이 있다.
다른 충격 흡수 장치는 열차, 특히 고속 열차의 구동력 유니트에 배치된 차단기(shield)이다. 이 차단기는 압축 변형된 벌집 형태의 것 또는 튜브이다. 이것은 열차에 부착된 대형 부재이며 샤시 내의 종축 방향 힘의 전달에 기여하지 못한다는 단점이 있다. 또한, 운전자 만을 보호하게 된다.
충돌시 승객의 안전은 현재 아주 중요한 문제이다. 열차의 속력이 증가함에 따라 사고가 발생했을 때 위험성이 증가한다. 최근의 빈번한 사고는 신호 체계(signaling)의 개선으로 모든 충돌 위험성이 제거되는 것이 아니라는 것을 보여주고 있다.
그러므로 현재의 장치보다 훨씬 효과적인 충격 흡수 장치가 요구되고 있다. 충격을 받을 때에 이 장치는 구동력 유니트가 트랙상에서 휘는 것을 방지하기 위하여 축의 길이 방향으로 찌그러 들어야(collapse) 한다. 또한 이것은 열차 액슬(axle)의 하중 한계를 충분히 만족할 만큼 가벼워야 한다. 더욱이, 이것은 공간 절약이 구동력 유니트 및 객차에 있어서 가장 중요하므로 크기가 작아야 한다.
본 발명은 선행 기술에 의한 단점을 완화시키고, 효과, 중량 및 전체 크기에 관한 전술한 요구 조건을 만족하게 된다. 충돌시 흡수되어야 할 에너지의 양이 큰 철도 운송에 있어서 아주 효과적인 설비를 본 발명에 의하여 알 수 있게 된다. 그럼에도 불구하고 이것은 차량과 장애물 사이 또는 2개의 차량들[차(car), 기중기(lift) 등] 사이의 충격을 흡수하기 위하여 다른 분야에 사용될 수 있다.
이 제안된 장치의 효과는 충격 방향에 대한 이 장치의 횡단면의 특정 형상에 있다. 본 발명은 소정의 방향으로의 충격에 의해 발생한 에너지를 변형에 의해 흡수하는 적어도 하나의 기계적 부재를 포함하는 충격 흡수 장치에 구현되고 있으며, 상기 부재는 얇은 판으로 제조되고 각각이 공통 꼭지점을 갖는 적어도 2개의 삼각형 형태인 충격 방향에 수직한 평면의 단면부를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 부재는 2개의 삼각형들 사이 및 충격 방향에 수직한 평면 내에 배치된 강화 부재(strengthening member)를 구비할 수 있다.
상기 부재는 각인된(stamped) 영역을 가질 수 있다. 이들 영역은 변형의 시작 부분이 되고, 또한 변형을 발생시키는 데에 필요한 힘을 줄인다.
이 2개의 삼각형은 동일할 수 있으며 반대 방향으로 대면할 수 있다.
상기 부재는 2개의 삼각형들 사이에 있는 내부 모서리를 밀폐시키는 얇은 판을 포함할 수 있다. 이 부재는 강(steel)으로 제조될 수 있다.
이 부재의 단면부는 상이한 항복 응력을 갖는 부분을 구비할 수 있다.
이 부재는 굴곡된 얇은 판으로 제조될 수 있고 상기 단면부를 형성하기 위하여 함께 용접될 수 있다. 이럼으로써 쉽게 제조할 수 있다는 장점이 있게 된다.
또한, 본 발명은, 전술한 바와 같이 차량의 골조(ftamework) 내에 이 골조의 변형되지 않는 부분 사이에 위치한 적어도 하나의 충격 흡수 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량을 구현하고 있다.
이 충격 흡수 장치는 차량의 샤시 내로 효과적으로 삽입된다.
이 샤시가 측면 문턱(sill) 및 바닥 바아(bar)를 포함하고 있으므로, 이 장치는 이 샤시의 측면 문턱 및 바닥 바아를 대체한 부재를 포함할 수 있다.
이 샤시는 차량의 전방에 충격 흡수 장치를 포함할 수 있고, 이 장치는 차량의 축 위에 있는 중앙 부재와 차량의 전방을 향해 V자 형태로 돌출되도록 배치된 2개의 측면 부재를 포함하고 있다.
이들 측면 부재는 단일 대각선부를 갖는 중공 사각형 단면부를 구비할 수 있다.
만약 이 차량이 인접한 보기차(bogie)에 대응하는 후방 크로스비임과 피봇비임을 갖는 철도 차량이라면, 이 장치는 후방 크로스비임과 상기 피봇 비임 사이의 샤시 내로 삽입될 수 있다.
본 발명은 보다 상세히 설명될 것이고, 본 발명의 다른 특징 및 상세부는 첨부 도면을 참고로 하여 비제한적 예제에 의해 제시된 후속의 상세한 설명으로부터 알 수 있게 될 것이다.
제1도에 도시된 충격 흡수 장치는 충격 방향(Oz)으로 정렬된 종축 방향의 단일 부재(1)을 포함하고 있다. 이 부재의 단면부는 충격 방향에 수직한 평면(xOy)에 위치하고, 공통의 꼭지점을 갖는 2개의 삼각형(2,3)의 형태이다. 이 삼각형(2,3)의 측면은 부재(1)의 금속 벽이다. 이 부재의 측면은 직선이거나 다소 곡선이 될 수 있다. 이 삼각형의 꼭지점은 도면에 도시된 바와 같이 선택적으로 라운드질 수 있다.
부재(1)은 얇은 판으로 제조된다. 제1도의 경우에, 이 부재는 용접 비이드(7,8,9,10)으로 용접된 3개의 판(4,5,6)으로 구성되어 있다. 판(4,6)은 삼각형(2,3)의 2개의 코너를 형성하도록 굴곡되어 있다.
이 얇은 판에 사용된 재료는 이 장치가 흡수하고자 하는 에너지 양에 따라 결정된다. 강(steel)은 많은 양의 에너지를 흡수할 수 있다.
이 부재(1)은 충분한 에너지를 갖는 충격이 생기는 경우에 충격 방향으로 칸서티나(concertina) 형태로 찌그러지도록 얇은 판으로 제조되어 있다. 충격 시험으로부터 이러한 구조가 2중적 효과로 거동하는 것이 알려져 있다. 첫째, 드문 경우로서 원래 길이의 대략 70%로 찌그러든다. 둘째, 임의의 일반화된 부재의 좌굴(buckling)이 없이 찌그러지고, 방향 변화없이 찌그러진다.
이 얇은 판의 두께는 이 부재의 외부 치수에 의해 결정된다. 이 부재는 이 얇은 판의 국부적 좌굴로 인한 충격을 받자마자 칸서티나 형태로 찌그러질 수 있어야 한다. 계산 및 시험은 흡수되어야 할 소정량의 에너지에 대한 외부 치수의 함수로 두께를 최적화시킬 수 있다.
대칭성으로 인하여, 대향 방향으로 대면하고 있는 2개의 동일한 삼각형을 포함하는 이 부재의 단면부에 대한 최적의 결과가 얻어진다. 다시 말하면, 이 단면부는 2개의 대향 측면이 밀폐된 X자 형태이다.
실제 사용 목적으로 또는 충격 시험 목적으로, 단부(12,13)은 개별 브라켓에 용접되고, 이 부재들은 변형으로 인한 충격과 연관된 에너지를 흡수하여야 한다. 이 부재는 거의 원래의 외곽 형상 내에서 칸서티나 형태로 찌그러진다.
국부 보강 부재(11)은 충격 방향에 수직한 평면에 2개의 삼각형(2,3)들 사이에 제공될 수 있다. 이것들은 용접에 의해 효과적으로 부착되고 부재(1)의 비틀림 안정성을 향상시킨다.
제2도에 도시된 실시예에서, 판(4,5,6)은 영역(14)와 같이 국부적 면적으로 각인(stamp)되어 있다. 이 각인된 영역의 형태 및 위치는 계산 및 시험에 의해서 결정될 수 있다.
제3도에 도시된 장치(15)는 전술한 장치보다 더 큰 에너지를 갖는 충격을 흡수할 수 있다. 기본적인 구조는 제1도의 구조와 동일하며 동일한 요소는 동일한 도면 부호로 지정되어 있다. 삼각형(2,3) 사이의 코너는, 개별 용접 비이드(18,19,20,21)에 의해 이 부재의 잔여부에 용접된 얇은 판(16,17)에 의해 밀폐되어 있다.
축 방향(Oz)으로의 찌그러짐이 전술한 바와 같이 발생한다면, 판(16,17)은 주름지게 되고, 이 부재의 외곽 형상은 거의 동일하게 유지되게 된다.
충격 흡수 장치는 상대적으로 큰 면적에 가해지는 충격을 흡수하기 위하여 부재(1,15)와 같은 다수의 부재를 평행하게 결합시킬 수 있다. 이러한 종류의 장치는 사고시에 발생하는 과다한 충격을 흡수하기 위하여 철도 차량에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 사고시 보호 목적으로 “융합(fuse)” 면적을 형성하기 위하여 이 장치를 철도 차량의 샤시 내로 결합시키는 것이 특히 효과적이다.
제4도는 본 발명에 부합하는 2개의 충격 흡수 장치(26,27)을 포함하는 철도 차량 샤시(25)를 도시하고 있다. 이 샤시는 2개의 측면 문턱(sill,31,32)를 포함하고 있으며, 이 문턱들 사이에 2개의 피봇 비임, 즉 전방 피봇 비임(33) 및 후방 피봇 비임(34)가 보기차에 장착되도록 설계되어 있다. 후방에는, 측면 문턱(31,32)가 후방 크로스비임(35)에 의해 연결되어 있다. 전방에는, 측면 문턱(31,32)와 전방 피봇 비임(33)이 충격 흡수 장치(27)을 포함하는 전방부에 의해 연장되고 있다.
바닥 바아(36,37)은 피봇 비임(33,34)를 내부 연결시킨다. 이것들은 다른 바닥 바아들, 즉 피봇 비임(33)으로부터 전방 돌출한 바닥 바아(40,41)을 잇게 된다.
샤시(25)의 후방에는, 충격 흡수 장치(26)이 후방 크로스비임(35)와 측면 문턱(31,32)의 단부와 피봇 비임(34)의 사이에서 배치되어 있다. 이 장치(26)은 다수의 부재를 포함하고 있다. 외부 부재(42,43)은 측면 문턱(31,32) 내로 삽입되어 있다. 내부 부재(44,45)는 부재(38,39)를 후방 크로스비임(35)까지 연장시킨다.
과다한 충격시 효과적으로 찌그러지는 에너지 흡수 부재의 경우에, 이 샤시의 다른 요소 부분은 부재(42,43,44,45)보다 훨씬 덜 변형되어야 한다. 이 샤시 골조의 국부 보강은 이렇게 달성될 수 있게 된다.
통상적으로 피봇 비임 주위의 공간이 밀집되기 때문에, 이 장치(26)의 길이는 정교하게 작게 유지되고 있다. 이 부재(42,43)은 부재(44,45)보다 더 길다(제3도 참조).
후방 크로스비임(35)를 향한 방향으로 확장된 강화부(46,47)을 통해 부재(44,45)가 후방 크로스비임(35)에 용접되어 있다. 이 강화부(46,47)은 부재(44,45)에 기저부를 제공하고 있다. 이 부재(44)는 부재(44,38)의 사이에서 부재(44)에 기저부를 제공하는 부재(38)에 용접되어 있다. 동일한 용접 작업이 부재(45,39)의 결합에 적용되고 있다. 중간 크로스비임(48)은 부재(44,45)의 근처에 있는 부재(38,39)의 사이에서 용접되어 있다.
부재(42,43)은 측면 문턱들(31,32) 사이에서 이들 부재에 기저부를 제공하는 측면 문턱에 용접되어 있다. 이 측면 문턱들은 이것이 보강부(49)에 의해 부재(42,43)에 결합되는 위치에서 보강되고 있다. 이들 보강부와 피봇 비임(34) 및 후방 크로스비임(35)의 인접부는 측면 문턱들을 강화시켜서, 인접부의 부분이 충격 흡수 장치에 비해 덜 변형되도록 하게 한다.
제5도는 제4도에 도시된 단면 평면(Ⅴ-Ⅴ)의 좌측부 만을 도시하며, 우측부는 좌측부와 대칭이다. 축(51)은 차량의 수직 중앙축이다. 부재(42,44)는 단면으로 도시되어 있다. 부재(42)는 제1도에 도시된 형태의 것이다. 이것은 필요에 의해 굴곡되고 상호 용접된 다수의 얇은 판(52,53,54)로써 구성되어 있다. 이 측면 판에 결합시키기 위하여, 하부에서 판(52)의 연장부에 용접된 돌기(56)을 부가시키는 것이 필요하게 된다. 이럼으로써 이 시스템에는 원치 않는 어떠한 영향도 미치지 않게 된다.
부재(44)는 제3도에 도시된 형태의 것이다. 이것은 필요에 의해 굴국되고 상호 용접된 다수의 얇은 판(61,62,63,64,65)로 구성되어 있다. 그러므로, 이 부재(44)는 샤시의 바닥 바아와 동일한 외부 형태를 갖는다.
부재(42,44)의 단면부 내의 응력 집중은 비균일하고, 상이한 등급의 재료를 사용함으로써 상이한 응력을 보상하는 것이 가능하다. 예컨대, 샤시가 높은 항복 응력을 갖느 강(E490D 등급)으로 제조되었을 때, 판(52,53,61,62,65)는 E24등급의 강으로, 판(63,64)는 E36 등급의 강으로, 그리고 판(55,56)은 E490D 등급의 강으로 제조될 수 있다.
이 판들은, 부재(42)의 경우에 두께가 14㎜, 높이(h)가 195㎜, 폭(ℓ)이 110㎜로 될 수 있고, 부재(44)의 경우에는 높이(h’)가 130㎜, 폭(ℓ)이 220㎜로 제조될 수 있다.
제6도는 제4도의 단면 평면(Ⅵ-Ⅵ)의 좌측부 만을 도시하고 있으며, 우측부는 좌측부와 대칭이다. 축(71)은 차량의 수직 중앙축이다. 측면 문턱(31)과 부재(38)은 단면으로 도시되어 있다. 이 측면 문턱(31)은 굴곡된 판(71)로 제조되어 있다.
부재(38)은 판(69,70,72,73,74)를 상호 용접함으로써 제조된다.
샤시의 전방에서(제4도 참조), 충격 흡수 장치(27)은 차량의 중앙 종축 방향을 따라 배치된 중앙 부재(75)와 전방을 향하는 V자형으로 배치된 2개의 측면 부재(76,77)을 포함하고 있다. 이 장치는, 임의의 충격을 받도록 설계된 전방 단부 판(78)과 크로스비임(79) 및 전방 피봇 비임(33) 사이의 힘을 전달하는 기계적 장치 구조에 의해 샤시의 잔여부에 결합된 크로스비임(79)의 사이에 위치하고 있다. 이 강체 구조체는 바닥 바아(40,41), 크로스비임(80,81,82) 및 거더(girder,83,84,85,86,87,88)을 포함하고 있다.
제7도는 부재(75,76,77)을 단면으로 도시하고 있다. 부재(75)는 제3도에 도시된 형태의 것이다. 이것은 상호 용접된 다수의 판(89,90,91,92,93,67,68)로 형성되어 있다.
부재(76,77)은 본 발명의 특징인 X자형 구조를 갖지 않는다. 이 부재(76)은 필요에 의해 굴곡되고 상호 용접된 다수의 얇은 판(94,95,96)으로 구성되어 있다. 판(94)는 부재(76)의 단면부의 사각형의 대각선부를 형성한다. 이 대각선부는 상부의 좌측 코너로부터 하부의 우측 코너로 연장된다.
부재(77)은 필요에 의해 굴곡되고 상호 용접된 다수의 얇은 판(97,98,99)로 구성되어 있다. 이 판(97)은 부재(77)의 단면부의 사각형의 대각선부를 형성한다. 이 대각선부는 상부의 우측 코너로부터 하부의 좌측 코너로 연장된다.
성형(forming) 및 인발(drawing)에 의해 충격 흡수 장치를 제조하는 것도 또한 본 발명의 범위 내에 있게 된다.

Claims (14)

  1. 소정의 방향으로의 충격에 의해 발생된 에너지를 변형에 의해 흡수하는 적어도 하나의 기계적 부재(1 또는 15)을 포함하는 충격 흡수 장치에 있어서, 상기 부재가 충격 방향에 수직한 평면 내에 각각이 공통 꼭지점을 갖는 적어도 2개의 삼각형(2,3)의 형태인 단면부를 갖는 얇은 판(4,5,6)으로 제조되는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부재가 충격 방향에 수직한 평면 내에서 2개의 삼각형 사이에 배치된 보강 부재(11)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 부재가 각인된 영역(14)들을 갖는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 2개의 삼각형(2,3)이 동일하며 대향 방향으로 대면하고 있는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 부재(15)가 2개의 삼각형(2,3) 사이의 내부 코너를 밀폐하는 얇은 판(16,17)을 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 부재가 강재로 제조된 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 단면부가 상이한 항복 응력들을 갖는 부분들을 구비한 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
  8. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 부재가 상기 단면부를 형성하기 위하여 굴곡되고 상호 용접된 얇은 판들로 제조된 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
  9. 차량의 골조의 비변형부(undeformable parts) 사이에 위치한 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 의한 적어도 하나의 충격 흡수 장치를 골조 내에 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  10. 제9항에 있어서, 이 장치가 차량의 샤시(25) 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 차량.
  11. 제10항에 있어서, 이 샤시(25)의 측면 문턱(31,32)와 바닥 바아(36,37)을 포함하고, 이 장치는 샤시의 바닥 바아 및 측면 문턱을 대체하기 위한 부재(38,39,42,43,44,45)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  12. 제9항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 샤시(25)는 이 차량의 전방에 충격 흡수 장치(27)을 포함하고 있으며, 이 장치는 차량 축상에 중앙 부재(75)와 차량의 전방을 향해 독출한 V자형을 형성하기 위해 배치된 2개의 측면 부재(76,77)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  13. 제12항에 있어서, 이 측면 부재(76,77)이 하나의 대각선부를 갖는 중공의 사각형 횡단면을 구비한 것을 특징으로 하는 차량.
  14. 제10항에 있어서, 후방 크로스비임(35)와 피봇 비임(34)를 갖는 철도 차량이 인접한 보기차에 대응되도록 이 장치가 이 후방 크로스비임과 상기 피봇 비임의 사이의 샤시 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 차량.
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