KR100294385B1 - 수직형 지지 엑튜에이터를 구비한 철도 차량 - Google Patents

Abstract

철도차량은 차량몸체(1)와 하부에 위치한 러닝기어(5) 사이에 부착된 가변 수직 길이의 지지 엑튜에이터를 구비한다. 동작 지지 수단과 지지 엑튜에이터의 파손 혹은 과부하 후 안정되고 적절한 운행을 유지하기 위해 지지 엑튜에이터와 축을 공유하는 비상 스프링(12)이 제공되고, 상기 비상 스프링은 지지 엑튜에이터(9)의 행정이 설정값 이하로 떨어질 때만 유효하다.

Description

수직형 지지 엑튜에이터를 구비한 철도 차량{Rail vehicle with a vertical support actuator}

본 발명은 차량에 관한 것으로, 특히 지지 스프링으로 작용하며 차량몸체와 그 하부에 위치한 러닝기어의 프레임 사이에 부착된, 가변 수직 길이의 지지 엑튜에이터를 구비한 철도차량에 관한 것이다.

기계적으로 상호 평행하게 배열되거나 혹은 하부에 위치한 러닝기어(running gear)상의 차량몸체를 연속적으로 지지하도록 배열된 스프링 부재들의 설비는 철도차량과 관련하여 일반적으로 알려져 있다. 만약 스프링 부재들중의 하나가 파손된다면, 이와 연관된 두 번째 스프링 부재의 효과는 그대로 유지된다. 그러나 평행한 배열에 있어서, 이것은 연속적인 배열이 유효방향에 있어 크게 벗어나는 길이를 초래하는 반면, 지지힘이 심각할 정도로 감소되는 것을 포함한다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 지지 스프링으로 작용하며 차량몸체와 그 하부에 위치한 러닝기어의 프레임 사이에 부착된 가변 수직 길이의 지지 엑튜에이터를 구비한 철도차량과 관련하여 적절한 측정을 통해 철도차량을 제공하는 문제에 기초를 두고 있다.

이때 상기 지지 엑튜에이터를 구비한 철도차량내에서는, 단지 하나의 스프링부재가 콤팩트한 구조를 유지하는 동안 정상적으로 작동되는 조건하에서 유효하게 된다.

본 발명에 따라 철도 차량을 제조함에 있어서, 운전중인 지지 액튜에이터와 평행하게 동작하는 비상 스프링부재는 지지 액튜에이터가 그 자체의 활발한 기능을 많이 상실할 때에만 인가되어진다. 비상 스프링과 관계되어 조정되는 지지 액튜에이터의 단부에 연결되는 멈춤부재는 비상 스프링의 인접한 단부면과 접촉하게 하게 된다.

보통의 동작 조건에 있어서, 지지 엑튜에이터의 동작은 어떤식으로든 영향을받지 않는다. 이와는 반대로 만약, 지지 엑튜에이터가 파손될 경우, 비상 스프링은 차량 몸체의 전하중을 흡수하게 되는데, 이에 따라 낮은 레벨로 떨어지게 된다.

따라서 비상 스프링은 기계적인 압축력을 가하고 그것의 행정을 제한함에 의해 실질적인 몸체 하중과 일치되어질 수 있으며, 그리하여 정상적인 작동 행정이 이루어지기 위해 필요한 비상 스프링과 멈춤부재 사이의 클리어린스를 보장할 수 있게 된다.

액튜에이터는 특별히 탄력성과 관련하여 유체공기작용에 의해 제어되는 실린더이며, 작동조건에 따라 따라 힘 혹은 인장력이 적용되어 조절된다. 액튜에이터의 실린더 하우징은 바람직하게는 러닝기어 프레임에 견고하게 고정되는데, 상기 러닝기어 프레임의 상부에서 비상 스프링의 단부가 또한 안착된다. 액튜에이터의 피스톤 로드와 연관된 멈춤부재는 피스톤 로드에 바로 부착될 수 있다. 그러나 상기 멈춤부재는 한 개의 볼 조인트로 설계된 플렉시블 조인트를 경유하여 피스톤 로드의 자유단에 연결된다.

상기와 같은 방식으로, 멈춤부재는 슬라이딩 어댑터의 플레이트에 견고히 부착되어질 수 있으며, 상기 슬라이딩 어댑터의 카운터 플레이트는 한 평면내에 자유롭게 안착될 수 있는 가운데, 차량몸체의 바닥에 고정되어 질 수 있다. 상기 슬라이딩 어댑터는 특히 하나의 볼 테이블로서 설계되어 질 수 있으며, 그것은 차량몸체의 바닥면에 평행하게 안착된다.

비상 스프링은 실린더형으로 설계되는 것이 바람직하며, 실린더 하우징과 동축이 되도록 한다. 또한 멈춤부재는 실린더형으로 직경과 일치되며, 따라서 액튜에이터의 어떠한 오동작이 있는 동안 비상 스프링의 인접한 단부면상에서의 경사지는 것 없이 정지상태에 이른다. 그리고 상기 멈춤부재는 실리더 하우징의 외측 표면을 클리어링하는 동안 비상 스프링을 압착할 수 있다.

기계적으로 미리 응력이 주어진 비상 스프링의 행정을 한정시키기 위해 다수의 구성부재로 이루어지는 하나의 한정 멈춤부재가 구비된다. 상기 한정 멈춤부재는 멈춤부재와 접하는 비상 스프링의 단부 전면으로 연장되어 나오되, 그 반대측 단부는 러닝 기어 프레임의 부착된다. 이러한 배열에 있어서, 비상 스프링이 지지 액튜에이터의 실리더 하우징에 의해 안내되고, 또한 비상 스프링의 외측 영역에 위치한 지지 멈춤부재의 실린더 하우징에 안내되는 것으로 인해 측면으로 뒤틀리는 현상은 방지된다.

도 1 은 본 발명의 기술에 따라 차량 몸체에 연결하는 수단을 가진 러닝기어의 개략적인 사시도,

도 2 는 본 발명에 따른 비상 스프링과 관련한 연결수단의 측면도,

도 3 은 상기 도 2 의 I - I 선에 따른 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 차량몸체 2 : 바닥 패널

4 : 러닝기어 9 : 지지 엑튜에이터

11 : 슬라이딩 조인트 12 : 비상 스프링

13 : 지지 멈춤부재 14 : 한계 멈춤부재

이러한 문제점은 본 발명에 따라서 해결되며, 본 발명은, 지지 스프링으로 작용하며 차량몸체와 그 하부에 위치한 러닝기어의 프레임 사이에 부착된 가변 수직 길이의 지지 엑튜에이터를 구비한 철도차량에 있어서, 비상 스프링(12)이 지지 엑튜에이터(9) 둘레로 축을 공유하는 형태로 배열되고, 비상 스프링(12)의 일측 단부와 지지 엑튜에이터(9)의 일측 단부는 러닝기어 프레임(5)상에 부착되고, 지지 멈춤부재(13)는 지지 엑튜에이터(9)의 타측 단부 영역내에 고정되고, 지지 멈춤부재(13)는 지지 엑튜에이터(9)가 동작중 적어도 크게 확장되는 동안 비상 스프링(12)의 인접 단부(12.1)와 이격되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 본 발명의 일실시예와 관련한 아래의 도면에 의해 보다 상세히 설명될 것이다.

상기 도면에서는, 철도 차량의 몸체(1), 특히 러닝기어가 위치해 있는 바닥 하부에 철도 차량 몸체(1)가 개략적으로 도시되어 있다.

러닝기어는 최소한 하나의 축 또는 두 개의 휠(3)로 구성된다. 이때 상기 도시된 실시예에서는 두 개의 평행축 혹은 4개의 휠(3)로 도시되어 있다.

상기 휠들(3)은 레일상에서 달리도록 설계된다. 러닝기어의 운동방향으로 연장되어 나오고, 최소한 한 개의 크로스부재(6)에 의해 상호 연결된 길이방향의 부재들(8)로 이루어지는 프레임(4)은 다수의 휠(3)들의 휠 베어링 부재상에서 주 스프링(7) 수단에 의해 지지된다. 그리하여 휠(3)에 대한 안정적인 커플링 정렬을 제공하게 된다.

운동방향으로 나란히 정렬된 두 개의 휠들 사이에서 거의 중간 정도에서 각 길이방향 부재(5)는 이러한 길이방향 부재(5)에 의해 형성되는 면의 우측 각에서 연결수단(9,10,11)을 지지한다. 이때 상기에서 바닥 패널(2)을 가진 차량 몸체(1)는 러닝기어상에서 지지된다.

연결수단은 액튜에이터(9), 임의 방향으로 경사질 수 있는 플렉시블 조인트(10) 그리고 슬라이딩 조인트(11)로 구성된다. 이러한 모든 구성부재들은 액튜에이터(9)의 방향으로 연속적이고 기계적으로 정렬된다. 특히 수압 실린더로 설계되어질 수 있는 액튜에이터(9)는 두 개의 조절부재(9.1)과 (9.2)로 구성되며, 상기 두 조절부재는 상호간에 축방향 조정이 선형적으로 이루어질 수 있다. 플렉시블 조인트(10)는 유니버설 조인트 혹은 볼 조인트, 고무-탄성 조인트 혹은 그 밖의 스프링 바, 예컨데 한 평면안에서 모든 방향으로 한정된 폭을 가진 회전 운동(swivel movements)을 위해 스프링 바로 설계될 수 있다. 슬라이딩 조인트(11)는 차량 몸체(1)의 바닥 패널(2)에 대해 평행하게 놓인 한 평면 안에서 병진하는 자유도를 가진다. 한 평면 안에서 이러한 슬라이딩 조인트의 방향성 운동은 미리 셋팅한 값에 한정된다. 연결수단을 이루는 각 개별부재(9,10,11)를 배치시킴에 의해 액튜에이터는 보기(4)와 장치 몸체(1) 사이의 간격차이를 보상해주게 되고, 플렉시블 조인트(10)는 무방향으로의 경사 움직임을 보상해주며, 슬라이딩 조인트(11)는 액튜에이터(9)의 조정 혹은 축(15) 방향에 대한 우측 각도에서의 움직임을 보상해주게 된다.

만약 두 개의 단부에 위치한 부재들이 한편으로는 러닝기어(4)에 고정되고, 다른 한편으로는 차량 몸체(1)에 고정된다면, 구성부재(9,10,11)가 조립되어 있는 연속성은 상기한 원리에 영향을 주지 못한다.

도시된 실시예에서는, 예를 들어 수직축(15)을 갖는 수압 액튜에이터(9)의 실린더형 하우징(9.1)은 길이방향 부재(5)에 견고히 부착된다. 액튜에이터(9)의 다른 조절 부재(9.2)는 실린더 피스톤의 푸쉬로드이다. 상기 푸쉬로드는 축(15)를 따른 선형운동을 위한 조절부재(9.1)내로 가이드된다. 조절부재(9.2)의 자유단(free end)은 플렉시블 조인트(10)의 첫 번째 회전 요소에 견고하게 고정되고, 한편 두 번째 회전 부재(10.2)는 슬라이딩 조인트(11)의 주 슬라이딩 부재(11.1)에 견고히 고정된다. 볼 조인트로 설계되는 플렉시블 조인트(10)는 길이방향의 부재(5)에 의해 형성되는 평면과 바닥 패널(2)에 사이에서 경사 운동만을 허용한다.

차량 성분들(1,3,4) 사이의 측방향 운동 혹은 두 개의 평면으로부터 초래되는 측방향으로의 변위를 보상하기 위해, 슬라이딩 조인트(11)가 구비되되, 그것의 주 슬라이딩 부재(11.1)는 플렉시블 조인트(10)의 두 번째 회전부재(10.2)에 고정되며, 또한 두 번째 슬라이딩 부재(11.2)는 차량몸체(1)의 바닥 패널(2)에 고정된다.

이러한 형태의 구성으로, 액튜에이터(9)는 두 번째 서스팬션으로 작용하는 스프링부재를 대신할 수 있다. 이러한 목적으로 그것은 특히 공기압에 의해 작용하는 실린로 설계되고, 그리하여 차량 몸체와 보기 프레임의 사이에서의 수직거리의 변화를 보상해 줄 뿐 아니라, 그것은 또한 헬리컬 스프링, 에어 스프링 등의 탄성 특성을 제공할 수 있다. 스프링 특성은 필요에 다라 조절될 수 있다. 축방향과 가로지는 방향의 힘을 지지하기 위한 차량몸체와 보기 사이의 커플링은 종래의 특성일 수 있다. 예컨데, 링크, 피봇 혹은 렘니스케이트 커플링(lemniscate coupling) 부재에 의해, 혹은 탄성 퍼퍼(elastic puffer) 혹은 스프링 부재에 의해서 상기 커플링은 종래의 특성일 수 있다.

물론, 연결수단(9,10,11)은 차량몸체(1)과 러닝기어(4) 사이에 선택적으로 가운데가 볼록하게 할 수 있다.

지지 액튜에이터(9)의 실패를 수반하는 이러한 형태의 철도차량을 안정적이고 안전하게 작동시키기 위해 수동 비상 스프링지지 액튜에이터(9)와 공축을 갖는 수동 비상 스프링(12)이 구비된다.

지지 액튜에이터(9)의 실린더 하우징(9.1)에서와 같은 방식으로 비상스프링(12)의 축방향 단부는 러닝기어(4)의 길이방향부재(5)상에 놓인다. 차량몸체(1)과 접하는 비상 스프링(12)의 반대측 단부(12.1)는 축방향으로 간격이 있는 반대측의 지지 액튜에이터(9)와 축을 공유하는 멈춤부재(13), 비상 스프링(12)과 같은 직경을 갖는 링 단부면(13.1)으로 배열된다. 링 멈춤부재(13)의 타측 단부는 슬라이딩 조인트(11)의 주 슬라이딩부재(11.1)에 견고히 고정된다. 상기 주 슬라이딩 부재(11.1)가 지지 액튜에이터의 길이방향의 축(15)에 대해 측면으로 움직이지 않으므로 비상 스프링(12)과의 축방향 일치성은 항상 유지된다.

비상 스프링(12)의 상측 단부(12.1)와 환형지지 멈춤부재(13)의 인접한 자유 링 단부면과의 사이에서 축방향의 자유거리는 계산되어 보통의 작동조건으로 지지 액튜에이터의 행정하에서 지지 멈춤부재(13)와 비상 스프링(12)의 사이에서 접촉이 없음을 확신시켜준다. 그러나 매우 큰 부하가 인가되거나 지지 액튜에이터의 파손이 발생했을 경우, 이로 인해 지지 멈춤부재(13)가 지지 액튜에이터(9)의 안내하에 비상 스프링(12)의 자유단을 향해 축방향으로 떨어지게 된다. 비상 스프링은 정상적인 작동이 이루어지는 가운데 러닝기어(4)와 차량몸체(1)의 사이에서 생성되는 정적 및 동적 힘을 흡수하도록 설계된다. 또한 액튜에이터(9)의 행정은 이러한 조건에서는 하한치로 감소도지 않는다. 차량몸체(1)가 단지 낮아졌을 때, 서스펜션의 정렬움직임이 유지된다. 환형지지 멈춤부재(13)의 내측직경은 실린더 하우징(9.1)의 외경보다 더 큰데, 이는 과다움직임에 의해 서스펜선 움직임을 가장 적절하게 사용하기 위함이다. 비상 스프링(12)에 대해 개방된 지지 멈춤부재는 축방향으로 실린더(9)의 용기에 중첩된다.

비상 스프링(12)의 축방향 치수를 최소로 유지하기 위해 비상 스프링(12)은 기계적으로 축방향으로 사전 응력을 받게된다. 이것을 이루기 위해 지지 멈춤부재(13)와 접하는 비상 스프링의 단부(12.1)는 러닝기어 프레임(5)에 고정된 최소한 하나의 제한 멈춤부재(14)에 대해 놓여진다. 멈춤부재(14)는 두 개의 파트로 이루어지고 비상 스프링(12)의 외측 표면영역안에서 길이방향 부재(5)에 고정된 하프 셀(half shells)상에 위치한다. 링 표면 영역의 형태에 있어서, 멈춤부재(14)는 비상 스프링(12)에서의 상측 자유단(12.1)의 외측 에지부를 수평으로 커버한다.

원주방향으로는, 두 개의 한계 멈춤부재(14) 사이에 하나의 자유영역이 있고, 상기 자유영역에는 지지 멈춤부재(13)가 비상 스프링(12)의 전체 반경에 걸쳐 정반대로 안착될 수 있다. 러닝기어(4)상의 비상 스프링(12)의 부착지점과 한계 멈춤부재(14) 사이의 클리어런스는 이완된 비상 스프링의 축방향 크기보다 더 작다. 길이방향 부재(5)와 한계 멈춤부재(14) 사이의 거리를 선택함으로써 비상 스프링(12)의 사전응력인가 작동 조건들을 제공하는 것에 일치될 수 있다.

본 발명에 따라서, 차량몸체와 하부에 위치한 러닝기어 사이에 부착된 가변 수직 길이의 지지 엑튜에이터를 구비한 철도차량은, 지지 엑튜에이터와 축을 공유하는 비상 스프링이 제공되어 동작 지지 수단과 지지 엑튜에이터의 파손 혹은 과부하 후 안정되고 적절한 운행을 유지할 수있다.

Claims (6)

1. 지지 스프링으로 작용하며 차량몸체와 그 하부에 위치한 러닝기어의 프레임 사이에 부착된 가변 수직 길이의 지지 엑튜에이터를 구비한 철도차량에 있어서,

   비상 스프링(12)이 지지 엑튜에이터(9) 둘레로 축을 공유하는 형태로 배열되고, 비상 스프링(12)의 일측 단부와 지지 엑튜에이터(9)의 일측 단부는 러닝기어 프레임(5)상에 부착되고, 지지 멈춤부재(13)는 지지 엑튜에이터(9)의 타측 단부 영역내에 고정되고, 지지 멈춤부재(13)는 지지 엑튜에이터(9)가 동작중 적어도 크게 확장되는 동안 비상 스프링(12)의 인접 단부(12.1)와 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 엑튜에이터(9)는 유체공기 작용으로 조절되는 실린더이고, 상기 엑튜에이터의 실린더 하우징(9.1)은 러닝기어 프레임(5)상에 견고히 부착되며, 멈춤부재(13)는 볼 조인트(10)을 경유하여 실린더의 피스톤 로드(9.2)의 자유단상에 부착되고, 비상 스프링(12)은 실린더 하우징(9.1) 둘레로 축을 공유하는 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 철도 차량.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 지지 멈춤부재(13)는 피스톤 로드(9.2)와 축을 공유하는 실린더 소울더를 가지며, 그 멈춤부재의 내경은 실린더 하우징의 외경보다 더 크고 비상 스프링(12)을 향하여 개방되며, 비상 스프링(12)의 인접단부(12.1)의 축방향으로 연장하여 형성되는 것을 특징으로 하는 철도 차량.
4. 상기 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 비상 스프링(12)은 축방향으로 기계적인 사전 응력이 인가되는 것을 특징으로 하는 철도 차량.
5. 제 4 항에 있어서,

   멈춤부재(13)와 인접해 있는 비상 스프링(12)의 단부(12.1)는 러닝기어 프레임(5)에 고정된 적어도 하나의 한계 멈춤부재(14)에 대해서 정지하는 것을 특징으로 하는 철도 차량.
6. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 지지 멈춤부재(13)는 슬라이딩 어댑터(11)의 일측 플레이트(11.1)에 견고하게 부착되어 있는 동시에 볼 조인트로 설계되는 플렉시블 조인트(10)에 의해 엑튜에이터(9)에 연결되며, 상대적으로 평행하게 움직일 수 있는 타측 플레이트(11.2)는 차량몸체(1)의 하부측에 견고히 부착되는 것을 특징으로 하는 철도 차량.