KR100512304B1

KR100512304B1 - 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조

Info

Publication number: KR100512304B1
Application number: KR10-2003-0016153A
Authority: KR
Inventors: 문형석; 최성규; 유원희
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2005-09-06
Also published as: WO2004080779A1; CN1756684A; AU2003269541A1; KR20040081612A; CN100351126C

Abstract

본 발명은 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조에 관한 것으로, 철도차량의 차체를 회전가능하게 형성하여 차체의 경사장치를 형성하지 않아도 차체의 횡가속도를 감쇄시킬 수 있어 적은 제작비용과 적은 유지보수 비용으로도 승차감을 향상시키고 곡선부에서 차량의 속도를 높일 수 있는 차체바닥의 경사장치에 관한 것이다. 상기의 본 발명은 내부에는 좌석을 형성하고 양측면에는 창문과 출입문을 형성하며 하측외경에는 회전기어를 형성한 원통형상의 내부차체와, 상기 내부차체의 양단을 수용하여 회전하도록 내경을 원형으로 형성하되 상측으로는 판토그라프가 상단에 설치되는 상측지지대를 형성하고 하측으로는 상측내경으로 회전공이 형성되며 내부에는 공간부를 형성하고 하단으로는 대차가 설치되는 하측지지대를 형성한 외부차체와, 상기 외부차체의 하측지지대의 공간부에는 동력을 전달하는 회전모터를 설치하고 상기 회전모터와 치합되는 감속기어를 축설하여 상기 감속기어가 상기 내부차체의 하측 외경에 형성된 회전기어와 치합 형성되는 회전부와, 상기 회전부의 회전에의하여 내부차체가 외부차체의 내경에서 회전할 때에 가이드를 할 수 있도록 가이드레일과 가이드레일 가이드블럭을 내부차체의 하측외경과 외부차체의 차측지지대 내경에 상호 반대적으로 형성하는 가이드부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조{Railload car structure for tilting on curved rail of a high speed-railload cars}

본 발명은 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조에 관한 것으로, 철도차량의 차체를 회전가능하게 형성하여 차체의 경사장치를 형성하지 않아도 차체의 횡가속도를 감쇄시킬 수 있어 적은 제작비용과 적은 유지보수 비용으로도 승차감을 향상시키고 곡선부에서 차량의 속도를 높일 수 있는 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조에 관한 것이다.

일반적으로 차체경사장치는 베어링 가이드식과 링크식으로 나누어지며 곡선부 주행시 차체를 곡선의 안쪽으로 기울어지게 하는 기술로써 곡선부를 주행함으로써 발생하는 원심가속도(α_cen=Ｖ²/Ｒ)의 횡방향성분(α_cen COS(α+γ))을 중력가속도(ｇ)의 횡방향 성분(ｇ sin (α+γ))으로 감쇄시켜 결과적으로 승객이 느끼는 횡가속도를 저감시키는 기술이다.

철도차량에 이와같은 차체경사장치(틸팅)기술을 적용하면 승차감의 향상뿐만 아니라 곡선부 통과속도를 증가시킬 수 있게 되므로 운행시간이 단축되며, 곡선부 통과시의 가 감속 빈도도 줄어들어 그 만큼의 에너지 소비도 줄일 수 있게된다.

또한 차체경사장치는 곡선부에서 약30% 정도의 속도향상을 가능하게 해준다.

이와같은 곡선부의 속도제한은 궤도여건이나 차량의 성능에 따른 제한보다 승차감의 저하를 방지하기 위해 규정지어지는데 즉 곡선부 주행시 승객이 느끼는 횡가속도가 일정값(국내의 경우는 0.08g)을 초과하지 않도록 제한되어지며 틸팅의 원리에 따라 틸팅차량은 노선에 곡선부가 많을 수록 성능을 발휘하고 직선부에서는 작동을 하지 않는다.

상기와 같은 종래의 차체경사장치 중 링크식의 전형적인 일예가 도1에 도시되어 있다.

도 1에서 부재번호 1은 틸팅대차, 2는 차체, 3은 가선, 4는 틸팅판토그라프를 각각 가리킨다.

이에 도시된 바와같이 종래의 차체경사장치는 유압식 또는 전기식 틸팅 엑츄에이터를 가지는 틸팅대차(1)와 차체(2)의 틸팅시 가선(3)으로부터 전력을 받을 수 있는 틸팅판토그라프(4)로 형성되어 있다.

그러나 상기와 같은 차체경사장치의 링크식은 곡선부에서 차체를 회전시켜 승객이 받는 횡가속도를 중력가속도로 감쇄시켜 승차감을 향상시키고 차량의 속도를 향상시킬 수 있으나 링크식은 틸팅비임에 부착된 전동판을 전후 방향으로 안내하는 직선운동베어링의 일종인 캠플로어(camflower)와의 사이에 조립시에 필요한 간격이 있으며, 전동판의 전후방향 이동시 발생하는 프레팅 코로션 즉 프레팅부식(fretting corrosion)에 의해 전동판이 국부적으로 홈형상으로 마모되어 경사시 저항이 증대되므로 차체의 경사장치로는 성능이 떨어지며 또한 베어링 가이드식은 차체의 경사중심을 내릴 필요가 있지만 베어링식 경사장치에는 전동판의 곡률이 커져 베어링과의 접촉면압이 증대하여 전동면이 홈형상으로 마모하여 전동저항이 커진다.

또한 링크식이나 베어링가이드식 모두다 차체 틸팅시 대차와 판토그라프의 상호 조화롭게 작동하는 것이 중요하여 차체경사장치는 틸팅대차와 틸팅판토그라프가 필요하나 조화롭게 작동하는 기술이 고도의 기술이고 고가의 제작비용이 소요되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 제반 문제점을 감안하여 안출한 것으로 철도차량의 차체를 원통형상으로 형성하여 외부차체의 내부에서 회전 가능하게 형성하므로써 틸팅대차와 틸팅판토그라프를 구비하지 않아도 차체의 횡가속도를 감쇄시킬 수 있어 적은 제작비용과 적은 유지보수 비용으로도 승차감을 향상시키고 곡선부에서 차량의 속도를 높일 수 있는 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부에는 좌석을 형성하고 양측면에는 창문과 출입문을 형성한 중앙은 사각통체로 형성하고 그 사각통체의 양단은 원통형상으로 형성한 내부차체와, 상기 내부차체의 양단을 수용하여 회전하도록 내경을 원형으로 형성하되 상측으로는 판토그라프가 상단에 설치되는 상측지지대를 형성하고 하측으로는 상측내경으로 회전공이 형성되며 내부에는 공간부를 형성하고 하단으로는 대차가 설치되는 하측지지대를 형성한 외부차체와, 상기 외부차체의 하측지지대의 공간부에는 내부차체를 회전시킬 수 있게 동력을 전달할 수 있도록 상기 내부차체의 하측 외경에 일단이 고정 형성된 회전부와, 상기 회전부의 회전에 의하여 내부차체가 외부차체의 내경에서 회전할 때에 가이드를 할 수 있는 가이드부로 구성되는 것을 특징으로 하는 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조를 제공한다.

이와같은 상기 회전부를 유압실린더로 형성하되 상기 유압실린더의 일단은 외부차체의 회전공을 통하여 내부차체의 일측에 축설하고 타단은 외부차체의 공간부에 축설할 수 도 있으며 외부차체의 하측지지대의 공간부에는 동력을 전달하는 회전모터를 설치하고 상기 회전모터와 치합되는 감속기어를 축설하며 상기 감속기어가 외부차체의 회전공을 통하여 상기 내부차체의 하측 외경에 치합되도록 내부차체의 하측 외경에 회전기어를 형성한 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조를 제공한다.

한편 상기 가이드부는 가이드레일과 가이드레일 가이드블럭으로 형성하되 상기 가이드부의 가이드레일과 가이드레일 가이드블럭은 내부차체의 하측외경과 외부차체의 하측지지대 내경에 상호 반대적으로 형성되는 것을 특징으로하는 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조를 제공한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 2는 본 발명에 따른 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조를 나타낸 단면도이고 도 3은 본 발명에 따른 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조를 나타낸 분해사시도이며 도 4는 본 발명에 따른 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조에서 차체의 다른 실시예를 나타낸 분해사시도이다.

이에 도시된 바와같이 본 발명의 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조는 내부차체(10) 내부 중앙으로 통로(11)가 형성된 바닥판(12)의 양측으로 좌석(13)을 형성하고 내부차체(10)의 양측면으로는 창문(14)과 출입문(15)을 형성하며 하측 외경에는 회전기어(16)를 형성한다.

상기와 같은 내부차체(10)는 다른 형태로 도 6에 도시된 바와같이 내부에는 좌석(13)을 형성하고 양측면에는 창문(14)과 출입문(15)을 형성한 사각통체(18)가 중앙에 형성되고 이 사각통체(18)의 양단(17)은 원통형상으로 형성되어 차체 내부에 형성되는 내장품을 설치하기 용이하도록 한다.

또한 상기 내부차체(10)의 양단(17)을 수용하여 회전하도록 내경이 원형으로 형성된 외부차체(20)를 형성하되 상기 외부차체(20)의 상측으로는 판토그라프(21)가 상단에 설치되는 상측지지대(22)를 형성하고 하측으로는 상측 내경 일측으로 회전공(23)이 형성되며 내부에는 공간부(24)를 형성하고 하단으로는 미도시된 대차가 설치되는 하측지지대(25)를 형성한다.

이와같이 형성된 상기 외부차체(20)의 상측지지대(22)와 하측지지대(25)는 볼트(26)에 의하여 연결 형성한다.

상기 외부차체(20)의 하측지지대(25)의 공간부(24)에는 내부차체(10)를 회전시킬 수 있도록 회전부(30)를 형성하되 상기 회전부(30)는 내부차체(10)에 동력을 전달할 수 있도록 상기 내부차체(10)의 하측 외경에 일단이 고정되도록 형성하다.

이러한 상기 회전부(30)는 도 2 내지 도3에 도시된 바와같이 상기 외부차체(20)의 하측지지대(25)의 공간부(24)에는 회전부(30)를 형성하되 상기 회전부(30)는 외부의 전원을 인가 받아 동력을 전달할 수 있도록 구동기어(31)가 형성된 회전모터(32)를 설치하고 상기 회전모터(32)와 치합되는 감속기어(33)를 공간부(24)에 축설하여 상기 감속기어(33)가 상기 하측지지대(25)의 회전공(23)에 돌출되어 내부차체(10)의 하측 외경에 형성된 회전기어(16)와 치합 형성된다.

또한 상기 회전부(30)는 다른 형태로 도 5에 도시된 바와같이 유압실린더(34)로 형성하여 상기 유압실린더(34)의 피스톤로드 부분은 외부차체(20)의 회전공(23)을 통하여 내부차체(10)의 일측에 축설하고 타단은 외부차체(20)의 공간부(24)에 축설되어 상기 유압실린더(34)의 인출 및 삽입에 의하여 상기 내부차체(10)가 회전 되도록 형성한다.

또한 상기 회전부(30)의 구동에 의하여 내부차체(10)가 외부차체(20)의 내경에서 회전할 때에 가이드를 할 수 있는 가이드부(40)를 형성하되 상기 가이드부(40)는 가이드레일(41)과 가이드레일 가이드블럭(42)으로 형성하며 상기 가이드레일(41)과 가이드레일 가이드블럭(42)은 도 3 또는 도 4에 도시된 바와같이 내부차체(10)의 하측외경과 외부차체(20)의 하측지지대(25) 내경에 상호 반대적으로 형성된다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저 차량이 곡선주로를 주행할 때 곡선부 안쪽으로 승객의 좌석(13)이 설치되어 내부차체(10)를 도 7에 도시된 바와같이 회전하여 상기 좌석(13)이 곡선 안쪽으로 기울어지게 하여 가 감속 빈도를 줄여 주행의 효율성을 높일 수 있게 한 장치로서 상기 내부차체(10)를 회전하기 위해서는 상기 회전부(30)의 회전모터(32)를 회전시켜 구동기어(31)을 회전하면 상기 구동기어(31)에 치합되어 있는 감속기어(33)를 회전시켜 상기 감속기어(33)에 치합되어 있는 회전기어(16)에 의하여 내부차체(10)를 회전시킨다.

이와같이 회전되는 내부차체(10)는 도 5의 다른 실시예에 따라 유압실린더(34)의 인출이나 삽입에 의해서 회전될 수도 있다.

이와같이 회전되는 내부차체(10)는 가이드부(40)에 의하여 회전을 원할하게 하는 것이며 이러한 상기 가이드부(40)는 가이드레일 가이드블럭(42)에 가이드레일(41)을 안내되어 회전하도록 한다.

이러한 가이드부(40)는 구성되는 가이드레일 가이드블럭(42)을 내부차체(10)의 하측외경에 형성하고 가이드레일(41)을 외부차체(20)의 하측지지대(25)의 상측 내경에 형성할 수 있으며 이와는 반대로 상기 가이드레일 가이드블럭(42)을 외부차체(20)의 하측지지대(25)의 상측 내경에 가이드레일(41)을 내부차체(10)의 하측외경에 형성하여도 바람직하다.

이상에서와 같이 본 발명은 철도차량의 차체를 원통형상으로 형성하여 외부차체의 내부에서 회전 가능하게 형성하므로써 틸팅대차와 틸팅판토그라프를 개발하지 않아도 곡선 주로에서 회전차체의 작동만으로 차체의 횡가속도를 감쇄시킬 수 있어 적은 제작비용과 적은 유지보수 비용으로도 승차감을 향상시키고 곡선부에서 차량의 속도를 높일 수 있어 적은 제작비용과 적은 유지보수 비용으로도 승차감을 향상시키고 곡선부에서 차량의 속도를 높일 수 있는 효가가 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

도 1은 종래 곡선부 고속주행용 철도차량 회전,경사차체를 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조를 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조를 나타낸 분해사시도,

도 4는 본 발명에 따른 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조에서 가이드부의 다른 실시예를 나타낸 분해사시도,

도 5는 본 발명에 따른 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조에서 회전부의 다른 실시예를 나타낸 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조에서 내부차체의 다른 실시예를 나타낸 사시도,

도 7은 본 발명에 따른 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조의 사용상태도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 내부차체 11 : 통로

12 : 바닥판 13 : 좌석

14 : 창문 15 : 출입문

16 : 회전기어 20 : 외부차체

21 : 판토그라프 22 : 상측지지대

23 : 회전공 24 : 공간부

25 : 하측지지대 26 : 볼트

30 : 회전부 31 : 구동기어

32 : 회전모터 33 : 감속기어

40 : 가이드부 41 : 가이드레일

42 : 가이드레일 가이드블럭

Claims

내부에는 좌석을 형성하고 양측면에는 창문과 출입문을 형성한 원통형상의 내부차체;

상기 내부차체의 양단을 수용하여 회전하도록 내경을 원형으로 형성하되 상측으로는 판토그라프가 상단에 설치되는 상측지지대를 형성하고 하측으로는 상측내경으로 회전공이 형성되며 내부에는 공간부를 형성하고 하단으로는 대차가 설치되는 하측지지대를 형성한 외부차체;

상기 외부차체의 하측지지대의 공간부에는 내부차체를 회전시킬 수 있게 동력을 전달할 수 있도록 상기 내부차체의 하측 외경에 일단이 고정 형성된 회전부; 및

상기 회전부의 회전에 의하여 내부차체가 외부차체의 내경에서 회전할 때에 가이드를 할 수 있는 가이드부로 구성되는 것을 특징으로 하는

고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조.
내부에는 좌석을 형성하고 양측면에는 창문과 출입문을 형성한 중앙은 사각통체로 형성하고 그 사각통체의 양단은 원통형상으로 형성한 내부차체;

상기 내부차체의 양단을 수용하여 회전하도록 내경을 원형으로 형성하되 상측으로는 판토그라프가 상단에 설치되는 상측지지대를 형성하고 하측으로는 상측내경으로 회전공이 형성되며 내부에는 공간부를 형성하고 하단으로는 대차가 설치되는 하측지지대를 형성한 외부차체;

상기 외부차체의 하측지지대의 공간부에는 내부차체를 회전시킬 수 있게 동력을 전달할 수 있도록 상기 내부차체의 하측 외경에 일단이 고정 형성된 회전부; 및

상기 회전부의 회전에 의하여 내부차체가 외부차체의 내경에서 회전할 때에 가이드를 할 수 있는 가이드부로 구성되는 것을 특징으로 하는

고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조.
제1항에 있어서,

상기 회전부는 유압실린더로 형성하되 상기 유압실린더의 일단은 외부차체의 회전공을 통하여 내부차체의 일측에 축설하고 타단은 외부차체의 공간부에 축설되는 것을 특징으로 하는

고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조.
제1에 있어서,

상기 회전부는 외부차체의 하측지지대의 공간부에는 동력을 전달하는 회전모터를 설치하고 상기 회전모터와 치합되는 감속기어를 축설하며 상기 감속기어가 외부차체의 회전공을 통하여 상기 내부차체의 하측 외경에 치합되도록 내부차체의 하측 외경에 회전기어를 형성한

고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 가이드부는 가이드레일과 가이드레일 가이드블럭으로 형성하는 것을 특징으로 하는

고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조.
제5항에 있어서,

상기 가이드부의 가이드레일과 가이드레일 가이드블럭은 내부차체의 하측외경과 외부차체의 하측지지대 내경에 상호 반대적으로 대응되게 형성되는 것을 특징으로 하는

고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅을 위한 차체구조.