KR100345240B1

KR100345240B1 - 철도차량의 제동 시스템

Info

Publication number: KR100345240B1
Application number: KR1019990044096A
Authority: KR
Inventors: 남성원
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2002-07-25
Also published as: KR20010036897A

Abstract

본 발명은 철도차량용 제동 시스템에 관한 것으로,

본 발명의 목적은 스프링의 구성없이 벨로우즈로 구성된 한쌍의 실린더에 압력차이를 유발시켜 제륜자의 작동수단인 링크기구를 제동 또는 완해작동케하여 제륜자로의 전달압 손실을 최소화하며, 전,후차량의 완해지연을 방지토록함은 물론 제동효율또한 향상되도록 한 철도차량용 제동장치를 제공함에 있으며,

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적 수단으로는;

공기압축기와 연결된 주공기통이 기관차로 설치되고, 상기 주공기통의 출구로는 압력의 상승,하강을 조작할 수 있도록 제동밸브가 설치되는 제어부와,

각 차량의 보조공기통을 연결하는 제동관이 상기 제동밸브와 연결되어 일정압력이 충기되며, 각 보조공기통으로는 제동관의 압력변화에 따라 삼동작용을 행하는 제어밸브가 연결구성되는 작동부와,

한쌍의 밸로우즈형 실린더를 회동대에 의해 연결하되, 일측 실린더는 제어밸브와 연결하고, 타측 실린더는 상기 보조공기통과 제동밸브에 각,각 연결작동되는 막판기구가 연결설치되며, 상기 회동대 중앙부로는 제륜자의 작동매개체인 링크기구가 연결되는 제동부로 구성되는 철도차량의 제동시스템을 구현하므로서 달성된다.

Description

철도차량의 제동 시스템{brake system by train}

본 발명은 철도차량용 제동 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압력변화에 의해 유동되는 막판기구에 의해 공압의 개폐를 단속하여 벨로우즈로 구성된 한쌍의 실린더의 압력차이를 유발시켜, 제륜자의 작동수단인 링크기구를 제동 또는 완해작동케 하므로서 제륜자로의 전달압 손실을 최소화하며, 전,후차량의 완해지연을 방지토록 한 철도차량용 제동 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 철도차량을 제동하기 위한 제동 시스템(100)은 압축공기를 이용한 공기압제동장치가 적용되고 있는바, 이와같이 공기압에 의한 종래 제동 시스템(100)은 기관차(T)로 구성된 제동밸브(10)의 작동에 따라 각 차량간에 연결된 제동관(20)을 통하여 후부차량에 압력신호를 전달하는 구조를 갖는 것으로서,

이는 도 1에 도시된 바와같이 기관차(T)에 탑재된 공기압축기(30)와 각 차량

(Freight car)으로 부착되는 보조공기통(40)을 제동관에 의해 연결시켜, 제동관(20)과 보조공기통(40)에 일정한 공기압(5kg/cm²)을 충기토록하되, 상기 제동관(20)과 보조공기통(40)의 사이로는 일방향밸브를 설치하여 제동관(20)으로부터 보조공기통(40)으로만 공기가 유입되도록 구성되고,

각 차량의 보조공기통(40)으로는 상기 제동관(20)의 압력변화에 따라 삼동작용을 하는 제어밸브(50)와, 제륜자(60)의 링크기구와 연결되어 제륜자(60)를차륜(W)에 밀착시키는 제동실린더(70)가 연결되는 구조를 갖는 것이었다.

이에, 상기와 같은 구조의 철도차량용 제동장치에 의해 행하여지던 종래 제동 시스템(100)에 의한 열차의 제동시에는, 기관사가 기관차(T)내의 제동밸브(10)를 작동, 제동관(20)의 압력을 하강시키게 되면, 제동관(20)의 압력변화신호를 전달받는 제어밸브(50)는 보조공기통(40)의 압축공기를 제동실린더(70)로 이동케하여 제동실린더(70)와 연결된 링크기구를 작동시켜, 제륜자(60)를 차륜(W)에 밀착시키므로서 제동력을 얻게 되는 것이며,

제동력의 완해시에는 제동밸브(10)를 제어, 주공기통의 압축공기를 제동관(20)과 보조공기통(40)으로 보내 압력을 상승시키게 되면, 제동관(20)의 압력상승신호를 받은 제어밸브(50)의 작동으로 제동실린더(70)에서 작용하던 공기를 대기로 방출시키게 되고, 링크기구에 연결된 스프링(S)의 탄성복원력에 의해 차륜(W)에 밀착되었던 제륜자(60)를 원위치되도록하므로서 제동력이 완해되는 것이었다.

여기서, 상기 제어밸브(50)는 도 2의 a,b에 도시된 바와같이 제동 및 완해작용을 행하는 것인데, 제동시에는 도2a와 같이 제동관(20)의 압력강하가 발생되어 제어밸브(50)내의 피스톤이 보조공기통(40)의 압력에 의해 좌측으로 이동하게되고, 이와 동시에 보조공기통(40)에서 유입된 압축공기가 도 3에 도시된 제동실린더(70)로 유입되어 제동실린더(70)를 우측으로 이동시키므로서 링크장치를 제륜자밀착위치로 작동시키게 되는 것이고,

완해시에는 제동관(20)의 압력상승에 의해 제어밸브(50)의 피스톤이 우측으로 이동하게되어 제동실린더(70)내에서 작용하던 공기를 대기로 방출함과 동시에 링크기구에 연결된 스프링(S')의 탄성복원력으로 제동실린더(70)의 피스톤이 좌측으로 이동, 제륜자(60)를 차륜(W)으로부터 분리하게 되는 것이었다.

하지만, 상기와 같은 구조를 갖는 종래 철도차량용 제동 시스템(100)은 제어밸브(50)의 작용으로 보조공기통(40)에서 유입된 압축공기가 제동실린더(70)의 피스톤을 밀어 링크기구의 이동으로 제륜자(60)로 하여금 차륜(W)을 밀착제동토록함에 있어, 피스톤에 연결된 링크기구를 이동시키기 위해서는 우선적으로 스프링(S,S')의 반력을 해제해야하므로 스프링(S,S')의 반력만큼 압축공기에 의한 제륜자(60)의 압부력이 감소되는 문제점을 갖는 것인데,

이는 다음과 같은 식에서 확인할 수 있다.

p : 제동실린더 압력, A = 피스톤 단면적, Ｋ = 스프링 상수,= 스프링 인장길이

또한, 슬라이딩식으로 구성되는 제동실린더(70)의 피스톤 부위에서 공기압의 누설이 발생됨에 따라 제동효율이 저하되는 문제점이 발생되었다.

한편, 다양한 기후조건을 갖는 우리나라의 경우에는 그만큼 스프링(S,S')의 내구성이 저하되므로, 이에따른 스프링복원력의 감소로 인해 완해 불량의 원인으로 작용하는 것이었으며, 특히, 완해 작용시 전달신호인 제동관(20)의 압력변동이 제어밸브(50)를 통하여 전달되므로 열차가 수십량씩 연결형성될 경우에는 전,후 차량간의 완해시간지연 등의 문제점이 발생되는 단점을 갖는 것이었다.

따라서, 본 발명은 전술한 종래 철도차량용 제동 시스템이 갖는 제반적인 문제점을 해결하고자 창안된 것으로,

본 발명의 목적은 스프링의 구성없이 벨로우즈로 구성된 한쌍의 실린더에 압력차이를 유발시켜 제륜자의 작동수단인 링크기구를 제동 또는 완해작동케하여 제륜자로의 전달압 손실을 최소화하며, 전,후차량의 완해지연을 방지토록함은 물론 제동효율또한 향상되도록 한 철도차량용 제동장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단으로는;

도 1은 종래 철도차량의 제동시스템을 보인 구성도

도 2a는 종래 철도차량 제동시스템에 있어, 제어밸브에 의한 제동작용상태를 보인 단면도

도 2b는 종래 철도차량 제동시스템에 있어, 제어밸브에 의한 완해작용상태를 보인 단면도

도 3은 종래 제동시스템의 제륜자 링크기구 구성도

도 4는 본 발명에 따른 제동시스템의 전체 구성도

도 5a,b는 본 발명에 따른 제동시스템에 의한 제동,완해상태를 보인 부분확대 사용상태도

<도면주요부위에 대한 부호의 설명>

1 : 제동시스템 2 : 제어부 3 : 작동부

4 : 제동부 21 : 공기압축기 22 : 주 공기통

23 : 제동밸브 31 : 보조공기통 32 : 제동관

33 : 제어밸브 41,41' : 실린더 42 : 회동대

43 : 제륜자 44 : 막판기구 331,331' : 입력관

332 : 출력관 333 : 피스톤 334 : 개폐구

411,411': 유입관 431 : 링크기구 441 : 작동실

442 : 막판 443 : 작동압유입밸브 444 : 작동압배출밸브

W : 차륜 T : 기관차 T' : 차량

이하, 본 발명에 따른 철도차량용 제동장치의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 제동시스템의 전체 구성도이고, 도 5a,b는 본 발명에 따른 제동시스템에 의한 제동상태를 보인 부분확대 사용상태도로서, 그 구성상태를 살펴보면;

기관차에 설치되는 제어부(2)와, 각 차량으로 구성되는 작동부(3)와, 차량의 차륜으로 설치되는 제동부(4)로 구성된다.

여기서, 상기 제어부(2)는 통상의 공기압제동장치에서와 같이 작동 공기압을 발생시키는 공기압축기(21)와, 이 공기압축기(21)에서 고압으로 압축된 공기를 저장하는 주공기통(22)과, 상기 주공기통(22)의 출구측으로 설치되어 압축공기를 공급,차단하는 제동밸브(23)로 구성되는 것이다.

또한, 상기 작동부(3)는 도 4 내지 도 5a,b에 도시된 바와같이 각 차량으로 설치되는 보조공기통(31)과, 이러한 보조공기통(31)으로 전술한 제어부(2)에서 발생되는 압축공기를 공급하는 제동관(32)과, 상기 보조공기통(31)과 제동관(32)에 연결되어 삼동작용을 행하게 되는 제어밸브(33)로서 구성되는 것이다.

이때, 상기 보조공기통(31)과 제동관(32)에는 일정압력으로 충기된 상태이며, 상기 제어밸브(33)는 종래 제동시스템에서와 같이 전술한 제동밸브(23)의 조작에 따른 제동관(32)내의 압력변환신호에 의해 삼동으로 작용하는 것인데,

이와같은 제어밸브(33)는 도 5a,b에 도시된 바와같이 한쌍의 입력관(331,331')과 단수개 출력관(332)이 구비되며, 내부로는 각입력관(331,331')의 개폐를 단속하는 피스톤(333)과, 이 피스톤(333)의 작동에 의해 출력관(332)을 개폐하는 개폐구(334)가 내설되므로서 구성되는 것이며, 전술한 제동관(32)과 보조공기통(31)의 사이로는 일방향밸브(V)를 설치하여 제동관(32)으로부터 보조공기통(31)으로만 공기가 유입되도록함이 바람직하다.

한편, 상기 제동부(4)는 도 4 및 도 5a,b에서와 같이 벨로우즈형태를 취하며 회동대(42)에 의해 상호 연결되는 한쌍의 실린더(41,41')와, 링크기구(431)에 의해 작동되는 제륜자(43)로 구성되며, 각 차량에 설치되는 것인데,

여기서, 상기 한쌍의 실린더(41,41')는 유입관(411,411')이 형성되는 일측이 고정되고, 밀폐된 타측은 회동대(42)에 의해 수평연결되는 구조를 갖는 것이며, 이러한, 일측 실린더(41)의 유입관(411)은 전술한 제어밸브(33)의 출력관(332)과 관연결되고, 타측 실린더(41')의 유입관(411')은 막판기구(44)와 관연결되는 것이다.

이때, 상기 막판기구(44)는 도 5에 도시된 바와같이 보조공기통(31)과 제동관(32)과 연결되는 작동실(441)이 막판(442)에 의해 구획되어지되, 이러한 막판(442)이 압력차이에 의해 상,하 회동운동을 행함에 따라 작동압의 유입을 단속하는 작동압유입밸브(443)와 작동압의 대기배출을 단속하는 작동압배출밸브(444)가 작동되도록 한 구조를 갖는 것이다.

또한, 링크기구(431)를 갖는 상기 제륜자(43)는 도 4에서와 같이 상기 회동대(42)의 중앙부로 링크기구(431)의 일측 끝단을 연결하므로서 설치되는 것인데,

이와같은 제륜자(43)는 제동할 차륜(W)의 외둘레 근접위치로 설치되어 회동대(42)의 회동작용에 의한 링크기구(431)의 작동에 의해 차륜(W)을 제동하게 되는것이다.

따라서, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 제동시스템(1)의 전체적인 연결관계와 이에 따른 각 구성요소간의 상호작용상태에 대하여 살펴보면;

이는 도 4에 도시된 바와같이 기관차(T)에 탑재된 공기압축기(21)와 각 차량(T')으로 설치되는 보조공기통(31)이 제동관(32)에 의해 연결되므로, 제동관(32)과 보조공기통(31)에 일정한 공기압(5kg/cm²바람직함.)이 충기된 상태에서, 기관사가 기관차내의 제동밸브(23)를 작동시켜, 제동관(32)의 압력을 하강시키게 되면,

도 5a에 도시된 바와같이 제동관(32)의 압력변화신호를 전달받는 제어밸브(33)는 보조공기통(31)의 압축공기를 일측 실린더(411)로 공급하여 일측실린더(411)를 신장시키게 되고,

이와 동시에, 제동관(32)의 압력변환신호를 전달받은 막판기구(44)의 작동실(441)에서는 막판(442)의 상,하간에 압력차이(보조공기통의 압력이 제동관내 압력보다 높아짐)가 발생되어 막판(442)이 하강하므로 작동압유입밸브(443)는 닫힌 위치에 놓이게 되어 보조공기통(31)에서 공급되는 작동압이 타측실린더(411')로 유입되는 것을 차단하게 되며, 작동압배출밸브(444)는 하강하는 막판(442)에 의해 압축되어 개방된 위치에 놓이게 되므로 타측실린더(411') 내부에 있던 공기는 대기배출되므로 수축되는 것인데,

이와같이 타측 실린더(411')에 있던 공기가 대기로 방출됨에 따라 일측 실린더(41)로 유입된 보조공기통(31)의 압축공기는 손실없이 링크기구(431)에 전달되어 제륜자(43)의 압부력으로 작용하게 되므로 철도차량의 제동이 이루어지는 것이다.

한편, 제동력을 완해하기 위해 제동밸브(23)를 작동시켜, 제동관(32)의 압력을 상승시키게 되면,

도 5 b에 도시된 바와같이 제동관(32)의 압력변화신호를 전달받는 제어밸브(33)는 일측 실린더(41)로 공급되는 보조공기통(31)의 압축공기를 차단함과 동시에 일측실린더(41)내 공기를 외부로 방출시키게 되어 일측실린더(411)는 수축하게되고,

이와 동시에, 제동관(32)의 압력변환신호를 전달받은 막판기구(44)의 작동실(441)에서는 막판(442)의 상,하간에 압력차이가 없어지게 되어 막판(442)이 원위치로 복원됨에 따라 작동압유입밸브(443)는 열린 위치에 놓이게 되므로 보조공기통(31)에서 공급되는 작동압이 타측실린더(41')로 유입되어 타측실린더가 신장하게되며, 작동압배출밸브(444)는 스프링복원력에 의해 닫힌위치에 놓이게 되어 공기의 대기배출을 차단하게 되는 것인데,

이와같이 막판기구에 의해 제동관의 압력변동을 신속히 전달받아 타측 실린더(41')로 보조공기통의 작동압을 신속히 유입시켜 제동력의 완해작용이 이루어지도록하므로서, 각 차량의 완해지연을 최소화할 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 제동시스템은 제동실린더 및 링크기구로 설치되었던 스프링의 구성을 배제한 구조로서, 그만큼 제륜자(43)의 압부력 손실을 방지할 수 있는 것이며, 완해 작용시 제동관(32)의 압력변화가 막판기구(44)에 의해 신속하게밸로우즈형 실린더(41,41')에 전달되므로 장대 편성되는 열차의 완해지연을 최소화할 수 있는 것이다.

또한, 이와같은 제동시스템(1)은 철도차량뿐만아니라 항공기, 때형차량 및 산업기기의 제동장치로 적용할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 철도차량용 제동시스템은 제동실린더로서 한쌍의 벨로우즈형 실린더가 적용되고, 이러한 실린더의 작동수단으로서 막판기구를 설치하여, 제동관의 압력변화에 따른 실린더의 수평회동운동에 의해 제륜자의 작동수단인 링크기구를 제동 또는 완해작동케하므로서 스프링에 의한 제륜자 압부력 손실을 최소화하여 제동효율을 향상시킨 것이며, 전,후차량의 완해지연을 최소화하여 완해지연에 따른 문제점(제륜자의 마모 및 철도차량 운영효율 저하 등)을 해결한 것으로, 생산자 및 사용자에게 매우 괄목할 만한 발명인 것이다.

Claims

공기압축기(21)와 연결된 주공기통(22)이 기관차(T)로 설치되고, 상기 주공기통(22)의 출구로는 압력의 상승,하강을 조작할 수 있도록 제동밸브(23)가 설치되는 제어부(2)와,

각 차량(T')의 보조공기통(31)을 연결하는 제동관(32)이 상기 제동밸브(23)와 연결되어 일정압력이 충기되며, 각 보조공기통(31)으로는 제동관(32)의 압력변화에 따라 삼동작용을 행하는 제어밸브(33)가 연결구성되는 작동부(3)와,

한쌍의 밸로우즈형 실린더(41,41')를 회동대(42)에 의해 연결하되, 일측 실린더(41)는 제어밸브(33)와 연결하고, 타측 실린더(41')는 상기 보조공기통(31)과 제동밸브(23)에 각,각 연결작동되는 막판기구(44)가 연결설치되며, 상기 회동대(42) 중앙부로는 제륜자(43)의 작동매개체인 링크기구(431)가 연결되는 제동부(4)로 형성되며, 상기 제동관(32)의 압력변화에 따른 각 실린더(41,41')의 수평회동운동으로 링크기구(431)를 작동시켜, 차량을 제동, 완해함을 특징으로 하는 철도차량의 제동시스템