KR100354834B1 - 철도 차량의 보기 대차 프레임용 앤티 롤 장치 - Google Patents

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KR100354834B1
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토마스 클롭퍼
유르겐 시몬
마띠아스 크위트니스키
스테판 슈베르트
디이터 파스트나흐트
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도이취 반 아게
탈보트 게엠베하 앤드 코포레이션. 케이지
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Abstract

본 발명은 레일 차량의 보기(1) 프레임(2)용 앤티-롤 장치에 관한 것이고, 상기 장치는 상기 차량의 차체가 측부로 롤링하여 적어도 하나의 보기 대차(1)에서 직접 머물거나 부 현가 장치에 의하여 거기에서 지지될 때 종방향 축 상에 작용하고, 상기 보기 대차는 프레임(2) 내측에서 서로 마주하여 위치되는 적어도 두 개의 트랙 휠(20)들에서 주 스프링(9)에 의하여 지지된다. 앤티-롤 장치는 프레임(2)에 연결된 토션바(10)와 두 개의 진동 레버(12,13)를 포함하며, 진동 레버들은 종방향 축으로부터 측면의 일정 거리에서 프레임(2)에 그리고 트랙 휠(20)상의 비회전 베어링 하우징(8)에 개별적으로 그리고 각각 연결된다.

Description

철도 차량의 보기 대차 프레임용 앤티 롤 장치{Anti-roll device for the bogie frame of a railway vehicle}
유럽 특허 출원 0 388 999 A2-D1은 “레일 차량상의 기계적인 지지 장치“를 개시하였다. 공지된 앤티-롤 장치는 (자동차) 차체와 보기 대차의 두 개의 휠 세트 사이에 직접 배열된다. 이러한 배열에서, 각 경우에 있어서의 두 개의 지지 레버들은 이것들의 상부 관절 지점들 상에서 상하로 현가된다(D1, 컬럼 2, 43 내지 49행 참조). 지지 레버들의 상하 배열의 이점에 의하여, 공지된 앤티-롤 장치의 운동은 차체와 휠 세트들 사이에서의 직접식 앤티-롤 지지와 동등하다. 이러한 배열에 있어서, 부 (스프링) 스테이지와 주 (스프링) 스테이지들은 연결된다(D1, 컬럼 3, 2 내지 8행 참조). 공지된 앤티-롤 장치는 링크로서 이해될 수 있으며, 이러한 링크 수단에 의하여, 적어도 한 쌍의 휠들은 특히 그것의 롤 행위에 관해서 휠 세트들중적어도 하나에 관계하여 그 위치를 변화시키고 발생되는 휠 부하의 경감을 고려하는 목적을 위하여 차체에 직접 연결된다(D1, 컬럼 4, 14 내지 21행 참조). 그러므로, 공지된 앤티-롤 장치는 차체와 휠 세트 사이에서 직접적으로 효과를 취하는 가요성 연결부를 형성한다. 공지된 앤티-롤 장치는 비틀림 스프링이다(D1, 컬럼 3, 21행 참조). 또한, 보기 대차에 사용되는 앤티-롤 장치는 종래의 휠 세트가 끼워지거나 개개의 휠들 또는 자유롭게 회전하는 휠들을 가지는지는 중요하지 않다(D1, 컬럼 3, 56행 내지 컬럼 4, 1행 참조).
앤티-롤 장치는 개개의 휠 런닝 기어들 및 단일축 런닝 기어들, 즉 단지 하나의 단일 휠을 가지는 런닝 기어를 위하여 그리고 또한 보기 대차를 위하여 준비된다. 런닝 기어라는 용어는 차량을 주행시키고 레일들 상에서 안내되는 레일 차량의 부품을 인용하도록 사용된다(안네포스, 피셔 : 런닝 기어, 트랜스프레스, 교통 관계용 VEB 출판, 베를린 1986, 8쪽, 서문). 보기 대차의 반조립체는
- 주 현가 장치 및
-적절하다면 좋은 자동차에서는 없을 수도 있는 부 현가 장치를 포함한다(위의 인용문, 챕터 3.2.2., 43쪽 참조). 주 현가 장치는 보기 대차 프레임과 휠 세트들 사이의 현가 장치를 인용하도록 사용된다(위의 인용문, 챕터 3.2.3., 48쪽 참조). 두 스테이지의 현가장치를 구비한 보기 대차의 경우에, 부 현가 장치는 보기 대차 프레임에 관계하여 차체를 완충하기 위한 두 번째 현가 스테이지로서 사용된다(위의 인용문, 챕터 3.2.6., 53쪽 참조). 두 개의 현가 스테이지들을 구비한 보기 대차의 경우에, 전체 현가 장치에 있어서 주 현가 장치의 공유율은 10 내지 30%이다(위의 인용문, 챕터 3.2.3., 48쪽 참조).
그러나, 보기 대차로서 구체화된 런닝 기어들에 추가하여, 주 및 부 현가 장치들을 가지는 종축 런닝 기어들과 같은 현대식 런닝 기어들이 이미 있다. 이러한 종류의 런닝 기어는 예를 들어 PCT 특허 출원 WO 95/29085 -D2-에 개시되었다. 공지된 종축 런닝 기어는 주 현가 장치 및 부 현가 장치 모두를 가진다(D2, 요약서, 문장 2 참조).
아울러, 프랑스 특허 출원 2 434 739 -D3-는 차체와 런닝 기어 사이에서 작용하는 앤티-롤 장치를 개시하였다. D3로부터 공지된 앤티-롤 장치는 압력 매체가 공급될 수 있으며 런닝 기어의 프레임과 차체 사이에서 선회되도록 연결되는 한 쌍의 실린더들을 포함한다(D3, 도 11 참조). 대각으로 연결되는 도관 연결부들이 작동 실린더들 사이에 있다. 작동 유체가 비압축성인 것을 가정하면, 이러한 것은 상대적으로 강성인 앤티-롤 장치를 제공한다.
예를 들어 첫 번째 공지의 앤티-롤 장치는 예를 들어 휠들에서 작용하는 트랙 레벨 동요가 부 현가 장치에 의한 에너지 흡수없이 차체로 직접 도입되고 런닝 특성상에서의 불리한 효과 및 차체에서의 소음 현상을 가진다는 결점을 가진다. 두 번째 공지의 앤티-롤 장치는 주 현가 장치가 특히 강성이므로 굽힘이 시작할지라도 필요한 지지 토오크가 만들어지는 것을 허용하면 한 쌍의 휠들과 차체 사이에서의 적절한 지지만을 제공한다. 그러나, 주 스프링의 설계 강성이 크면 클수록, 휠들에서의 트랙 레벨 동요가 런닝 기어의 프레임에 보다 많이 전달된다. 이러한 것은 차례로 프레임의 부품들에 보다 큰 응력이 따르며, 이에 근거하여 차체 자체에 보다낮은 진동 승차감이 따른다.
그러므로, 공지의 앤티-롤 장치는 차체와 휠들 사이(D1 참조)의 효과나 차체와 런닝 기어 사이의 효과(D3 참조)를 취한다. 이것들은 각각 200㎞/h이상의 속도 범위에 대처해야만 할 수 있는 고속 레일 차량에 매우 부적합한 차체와 런닝 기어 사이의 연결을 나타낸다. 대조적으로, 이러한 경우에, 고속 주행 휠이 트랙에 의해 야기되며 휠에서 작용하는 모든 불규칙성 및 다른 동요들에 적응할 뿐만 아니라 가능하게 하는 연결부를 가지는 것이 중요하다. 그러므로, 종래의 기술들은 차체와 이것의 종방향 중심선 주위에서 롤링할 때 런닝 기어들과 휠들 사이에서의 효과를 취하는 연결부를 개시하지 않았다.
본 발명은 철도 차량의 런닝 기어 프레임용 앤티 롤 장치에 관한 것이고, 이 장치는 그 길이 방향 주위에서의 차체의 측면 롤링 동안 효과가 생기며, 차체는 런닝 기어의 부 현가 장치에 직접 또는 지지 상태로 놓여 있으며, 각 경우에 있어서 부 현가 장치는 런닝 기어 내에서 서로 마주하여 위치되는 적어도 두 개의 트랙 휠들상에서 하나의 주 스프링을 통하여 지지된다.
도 1은 보기 대차의 평면도,
도 2는 선 Ⅱ-Ⅱ에 따른 보기 대차의 단면도,
도 3은 보기 대차의 정면도,
도 4는 보기 대차의 사시도, 및
도 5는 유압 앤티-롤 장치를 도시한 도면이며,
각 도면은 축소 도시되었다.
그러므로, 본 발명의 목적은 200㎞/h 이상의 속도 범위에서조차도 최대 승차감을 제공하고 탈선에 대해서도 최대 안전성을 제공하며 그 부품들이 마모가 적게 되는 동시에 또한 저렴한 레일 차량용 런닝 기어를 제공하는데 있다.
청구범위 제 1 항에 따라서 이러한 목적을 달성하도록, 본 발명은, 런닝 기어 프레임에 나란하게 연결되고 푸시 로드를 구비한 두 개의 진동 레버들을 가지는 탄성 토션바를 포함하며, 각각의 진동 레버들은 런닝 기어의 프레임과 레일 차량의 종방향 축으로부터 측면으로 일정 거리 떨어져 있는 트랙 휠들의 비회전 베어링 하우징에 선회되도록 연결되는 기계적인 앤티-롤 장치를 개시한다. 이러한 것은 주 현가 장치의 강성을 추가적으로 감소시키는 것을 가능하게 한다. 이러한 장치에 있어서, 주 현가 장치에 의하여 런닝 기어 프레임으로 전달되는 동적인 힘은 보다 작으며, 그러므로 이것들로부터 가속이 따른다. 동시에, 특히 굽힘에서 고속으로 발생하는 것으로서 고속의 횡가속동안 차체의 롤링 및 휠들 상에서의 가속화된 편하중 경감이 한정되고; 한편, 현가 장치의 굽힘이 방해되지 않는다. 그러나, 차체에서의 소음 전개가 또한 감소된다.
D3으로부터 공지된 바와 같이, 이러한 종류의 앤티-롤 장치는 압력 매체가 공급되고 회로를 형성하는 시스템을 포함할 수 있으며, 시스템의 단부들은 작동 실린더들로서 설계된다. 하나의 경우에, 이 시스템은 압축 공기가 공급될 수 있지만, 다른 경우에, 유압 유체가 공급될 수 있다. 특히, 유압 유체를 사용할 때, 축압기가 추가적으로 회로에 삽입되도록 준비된다. 이러한 종류의 축압기는 예를 들어 다이아프램에 의하여 두 개의 공간으로 분할되는 밀폐 용기를 포함하며, 하나의 공간은 유압 유체가 채워지고, 다른 공간은 유압 유체가 공급된다. 압력이 증가될 때, 본질적으로 비압축성인 유체는 가스 쿠션을 압축한다. 가스 쿠션의 사전 압축에 따라서, 이러한 것은 앤티-롤 장치의 소정의 강성을 준다.
차량의 종방향 축에 대해 횡으로 배열되는 토션바는 레일 차량의 종방향 축 주위에서 회전 가능한 방식으로 런닝 기어의 프레임에 또는 프레임 상에 장착되며, 토션바에 회전되도록 고정되는 방식으로 연결되는 적어도 하나의 진동 레버의 수단에 의하여 토션바의 종방향 축으로부터 측면으로 떨어져있는 트랙 휠들의 베어링 하우징들중 하나에 그 양쪽 단부들이 선회되도록 연결됨으로써, 극히 간단하고 유익한 구성이 앤티-롤 장치를 설계하는 것에 의하여 알 수 있었다. 베어링 하우징은 휠 베어링 하우징 자체일 수 있으며, 이것은 또한 대부분의 예시적인 실시예에서바람직한 선택이다. 그러나, 이것은 예를 들어 기어 케이스, 주 스프링의 하우징, 방사상의 접지 접촉 등과 같은 트랙 휠 또는 휠 세트일 수 있다. 토션바는 또한 직각이 아닌 다른 각도로 레일 차량의 종방향 축으로 연장할 수 있으며, 심지어 환경 또는 공간적인 조건들이 이러한 것을 요구하면 편심 설계의 것일 수 있다.
압력 유체가 공급될 수 있는 시스템으로서 앤티-롤 장치의 구성 및 비굽힘 상태에서 앤티-롤 장치가 어떠한 부하도 받지 않는 토션바로서 설계되는 것에 대한 공통점은 런닝 기어가 주 현가 장치를 통하여 홀로 트랙에 지지되는 것이다. 이러한 것은 런닝 기어의 프레이의 다이빙 및 피칭에 적용한다. 그러므로, 비교적 연성인 주 현가 장치는 트랙 휠들이 간단한 방법으로 트랙의 비균형성 및 불규칙성이 따르게 한다. 동시에, 트랙 휠들에 의하여 런닝 기어에 전달되는 힘은 작다.
또 다른 유익한 구성은 진동 레버의 자유단 및 트랙 휠의 상기 베어링 하우징들중 하나에 관절 방식으로 연결되는 푸시 로드를 토션바의 진동 레버들의 각각에 배분하는 것이다. 토션바의 두 단부들은 일반적으로 레일 차량의 종방향 축으로부터 동일한 측면 거리에 있게 된다. 그러나, 공간적인 이유 때문에, 거리를 다르게 하는 것이 필요하게 될 수도 있다. 이러한 경우에, 적절하다면 거리에 있어서의 차이점은 확장된 진동 레버에 의하여 보상될 수 있다. 압력 유체가 공급될 수 있는 작동 실린더들을 사용할 때, 이러한 보상은 상이한 실린더 지름의 수단에 의해 이루어질 수 있다.
토션바의 각 단부와 레일 차량의 종방향 중심선 사이의 측면 거리는 레일 차량의 각 게이지의 0.1 내지 1.5배여야 한다. 끝으로, 특히 고속으로 주행하는 속성은 가능한 낮은 각 주 스프링의 스프링 강성을 유지하는 것이 바람직하다는 것을 판정되었다. 가능한 많은 점들이 종속항들로부터 명백하게 될 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
런닝 기어는 H 형상의 프레임(2)을 구비한 보기 대차(1)를 포함한다. 차체(3)는 부 현가 장치를 경유하여 보기 프레임(2) 상에 지지된다. 부 현가 장치는 두 개의 코일 스프링(4,5)을 포함한다. 하나의 휠 세트(6,7)들은 각각 보기 프레임(2)의 각 단부에 있는 베어링 하우징(8)에 회전 가능하게 장착된다. 베어링 하우징(8)들은 회전하지 않으며, 보기 프레임(2)은 주 스프링(9)을 경유하여 베어링 하우징(8)들의 각각에 지지된다. 고려중인 간단화된 예에서, 역시 주 스프링(9)들은 코일 스프링들을 포함하고, 이것들은 각각 대략 동일한 스프링 강성을 가진다.
도 1내지 도 4에 따라서, 토션바(10)는 보기 프레임(2)의 각 단부에 제공되며, 이러한 토션바는 각각의 휠 세트(6 또는 7)와 평행하게 보기 프레임을 횡으로 가로질러 연장한다. 이것의 외측 단부에서, 토션바(10)는 보기 프레임(2)에 고정되는 마운트(11)들에 가동 가능하게 장착된다. 이에 인접하여 제공되는, 즉 마운트(11)로부터 짧은 거리에 있는 각각의 진동 레버(12,13)들은 토션바(10)에 있으며, 각 진동 레버들은 토션바(10)에 회전할 수 있도록 고정되는 방식으로 연결된다. 푸시 로드(14)는 또한 진동 레버(12 및 13)에 관절 방식으로 연결된다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 진동 레버(12,13)들은 런닝 기어 및 차체(3)의 종방향 중심선(Ⅱ-Ⅱ)으로부터 일정 거리(15)에 위치된다. 고려중인 예에서, 두 거리(15)는 동일하다. 이들 거리(15)는 휠 세트(6,7) 간 측정거리(16)의 0.1배 내지 0.5배 범위에 있다.
두 토션바(10)의 종방향 축(17)은 토션바들이 베어링 하우징(8)에 고정되는 위치로부터 각각 측면 거리(18)에 있다. 이 거리(18)는 진동 레버(12,13)에 의하여 연결된다.
레일 차량의 정상적인 주행 동안, 즉, 차체(3)가 종방향 중심선(Ⅱ-Ⅱ)에 관계하여 한 쪽 또는 다른 쪽으로 틸팅하지 않을 때, 토션바(1)는 부하를 받지 않는다. 그러나, 차체(3)가 한 쪽 또는 다른 쪽으로 틸팅, 즉 롤링 하자마자, 토션바(10)는 하나의 진동 레버(12)가 떠오르고 다른 쪽 진동 레버(13)가 이것의 휴지 위치로부터 반대 방향으로 동일한 양만큼 회전하는 것으로 두 단부로부터의 부하를 받으며, 이는 물론 보기 대차(1)의 프레임(2)이 차체(3)의 특정의 롤링 운동을 따르기 때문이다. 진동 레버(12,13)의 반대적인 회전 운동의 이점에 의하여,토션바(10)는 차체(3)의 롤링 운동에 대해 반대로 작용한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 예시적인 실시예에서, 런닝 기어는 휠 세트(7,8)들이 내측에 장착되는 것이다. 그러나, 본 발명의 범위 내에 있는 한편, 휠 세트들이 휠 디스크(20)들의 외측에 위치된 축 스터브들 자체에 공지된 방식으로 장착되는 런닝 기어들의 가능성이 또한 있다. 그러나, 특히 개개의 휠들을 구비한 런닝 기어의 경우에, 공통의 축(19)과 정렬하지 않는 휠(20)들을 도모하는 것이 가능하다. 여기에서, 그 곳이 측면 변위되는 것이 완전히 가능하다. 이러한 경우에, 역시, 본 발명에 따른 앤티-롤 장치는 거리(8)들 사이의 차이가 진동 레버(12 또는 13)의 길이에 있어서의 차이에 의하여 보상되는 것이 가능하다는 효과를 취한다. 그 결과로서, 적절하다면, 적절한 차이가 거리(15)들 사이에서 선택되게 된다.
도 5에 도시된 예시적인 예에서, 작동 실린더로서의 각각의 유압 실린더(21,22)들은 보기 프레임(2)과 비회전 베어링 하우징(8) 사이에 배열된다. 피스톤(23)은 각 유압 실린더(21,22)에서 길이 방향으로 변위 가능한 방식으로 장착되며, 각각 보기 프레임(2)과 베어링 하우징(8)에 관절 방식으로 연결되는 두 개의 피스톤 로드(24,25)를 가진다. 유압 실린더(21,22)들의 서로 마주한 환형 챔버(28,29)들은 라인(30,31)들에 의해 대각으로 서로 연결된다. 두 개의 라인(30,31)들은 지선(32,33)들에 의하여 공통의 압력 매체 공급원(34)으로부터 공급된다. 가장 간단한 경우에 있어서, 압력 매체 공급원(34)은 유압 오일용 저장소(53), 펌프(36), 감압 밸브(37), 두 개의 체크 밸브(38), 두 개의 축압기(39) 및 연결 라인(40)들을 포함한다. 각각의 축압기(39)들은 가스 쿠션(42)으로부터 유압 오일을 분리하는 다이아프램(41)을 가진다. 가스 쿠션(42)은 압축되며, 즉 과잉 압력하에서 압축된다.
압축된 압력 매체가 공급될 수 있는 상기된 시스템(21 내지 34)의 작동 모드는 당업자에게 친숙한 것이다. 압력 매체로서 공기 또는 가스가 공급되는 공압 제어 시스템은 유사한 구조를 가지며 유사한 방식으로 작동하며, 이것은 본 명세서에서 특별히 설명되지 않는다.
본 경우에 있어서, 이것의 종방향 중심선(Ⅱ-Ⅱ)을 중심으로 한 차체(3)의 롤링은 서로 마주한 두 개의 유압 실린더(21,22)에서의 두 개의 환형 챔버(28,29)의 크기에 있어서의 감소가 따른다. 이 공정에서, 두 개의 축압기(39)들중 하나의 압력이 동시에 증가하는 한편, 다른 축압기(39)에서의 압력이 강하한다. 그러므로, 각 경우에 있어서, 압력 및 용적 보상은 두 개의 축압기(39)의 수단에 의하여 발생하고, 축압기의 가스 공간(42)들은 적절하게 압축된다. 가스 공간(42)들의 압축화는 앤티-롤 장치의 강성을 결정한다. 발생하는 어떠한 누유도 압력 매체 공급원(34)에 의하여 보상되고, 압력 매체 공급원의 부품에 대해 차체(3) 또는 보기 프레임(2)에 배열될 수 있다.
도면 부호 리스트
1 보기 대차 또는 런닝 기어
2 H 형상의 보기 프레임
3 차체
4 코일 스프링
5 코일 스프링
6 휠 세트
7 휠 세트
8 베어링 하우징
9 주 스프링
10 토션바
11 마운트
12 진동 레버
13 진동 레버
14 푸시 로드
15 거리
16 게이지
17 종방향 축
18 거리
19 종방향 축, 휠 세트
20 트랙 휠
21 유압 실린더
22 유압 실린더
23 피스톤
24 피스톤 로드
25 피스톤 로드
26 단부
27 단부
28 환형 챔버
29 환형 챔버
30 라인
31 라인
32 지선
33 지선
34 압력 매체 공급원
35 저장소
36 펌프
37 감압 밸브
38 체크 밸브
39 축압기
40 연결 라인들
41 다이아프램
42 가스 쿠션

Claims (9)

  1. 그 길이 방향 주위에서의 차체의 측면 롤링 동안 효과가 생기며, 차체는 런닝 기어의 부 현가 장치에 직접 또는 지지상태로 놓여 있으며, 각 경우에 있어서 부 현가 장치가 런닝 기어 내에서 서로 마주하여 위치되는 적어도 두 개의 트랙 휠들상에서 하나의 주 스프링을 통하여 지지되는 철도 차량의 런닝 기어 프레임용 앤티 롤 장치에 있어서, 런닝 기어(1)에 연결되며 두 개의 단부(진동 레버(12, 13), 푸시 로드(14))들을 가지며, 단부들의 각각은 종방향 축(Ⅱ-Ⅱ)으로부터 일정측면 거리(15) 떨어져 있는 트랙 휠(2)들의 비회전 베어링 하우징(8)과 프레임(2)에 선회되도록 연결되는 앤티-롤 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 압력 매체가 공급될 수 있으며 단부들이 프레임(2)과 트랙 휠(2)들의 비회전 베어링 하우징(8) 사이에서 선회되도록 연결되는 작동 실린더들로서 설계되는 시스템(34 내지 42)을 포함하는 앤티-롤 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 시스템은 압축 공기가 공급될 수 있는 앤티-롤 장치
  4. 제 2 항에 있어서, 시스템(34 내지 42)은 압축 유체가 공급될 수 있는 앤티-롤 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 압력 매체가 공급되는 적어도 하나의 축압기(39)가 상기 시스템(34 내지 42)에 제공되는 앤티-롤 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 토션바(10)는,
    레일 차량의 종방향 축(Ⅱ-Ⅱ)에 대해 횡으로 배열되며,
    그 양쪽 단부들이 종방향 축(17)을 중심으로 회전될 수 있는 방식으로 런닝 기어(1)의 프레임(2)에 또는 프레임상 에 장착되며,
    각 경우에 있어서 토션바(10)에 회전할 수 있도록 고정되는 방식으로 연결되는 적어도 하나의 진동 레버(12,13)의 수단에 의하여 토션바(10)의 종방향 축(17)으로부터 일정 거리(18)에서 베어링 하우징(8)에 선회되도록 연결되는 앤티-롤 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 적어도 하나의 진동 레버(12,13)는 진동 레버(12,13)의 자유단 및 베어링 하우징(8) 모두에 관절 방식으로 연결되는 푸시 로드(14)를 배분하는 앤티-롤 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 토션바(10)의 두 단부들은 각각 레일 차량의 종방향 축(Ⅱ-Ⅱ)으로부터 동일하거나 또는 상이한 측면 거리(15)에 있는 앤티-롤 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 측면 거리(15)는 레일 차량의 각 게이지(16)의 0.1 내지1배인 앤티-롤 장치.
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