KR100614613B1

KR100614613B1 - 자동 궤간변환 윤축시스템

Info

Publication number: KR100614613B1
Application number: KR1020050007360A
Authority: KR
Inventors: 장승호
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-08-21
Also published as: KR20060086547A

Abstract

본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템은, 궤간이 서로 다른 두개의 선로사이를 주행할 수 있도록 자동으로 궤간이 변환되는 윤축시스템에 있어서, 슬라이딩면(110)과 캡고정부(120)가 형성된 차축(100)과; 상기 차축(100)의 슬라이딩면(110)에서 좌우로 이동하는 차륜(200)과; 상기 차축(100)의 캡고정부(120)에 고정결합되는 고정캡(300)과; 상기 고정캡(300)의 둘레에 끼워지고, 축둘레 방향으로 회전함으로써 상기 차륜(200)을 좌우로 이동시키는 잠금기구(500)과; 상기 고정캡(300)의 우측단부에 결합되고, 상기 잠금기구(500)의 잠금과 풀림을 구속하는 플랜지(400)와; 상기 고정캡(300)의 좌측단부에 결합되는 스프링홀더(700)와; 상기 플랜지(400)와 상기 스프링홀더(700) 사이에 내설되는 압축스프링(600)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템은 부품의 갯수를 줄이고 제작비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 그 구조적 특성으로 인하여 대차에 용이하게 장착할 수 있고 회전관성을 줄여 에너지 절약측면에도 유리하다.

자동 궤간변환 윤축시스템, 고정캡, 플랜지, 잠금기구

Description

자동 궤간변환 윤축시스템{A automatic gauge-adjustable wheelset}

도 1은 제 1 종래의 기술의 단면도.

도 2는 제 1 종래의 기술의 분해사시도

도 3은 제 2 종래의 기술의 단면도.

도 4는 제 2 종래의 기술의 작동상태를 도시한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템의 분해사시도.

도 6은 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템에 사용되는 차륜의 상세도.

도 7은 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템에 사용되는 고정캡의 상세도.

도 8은 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템에 사용되는 플랜지의 상세도.

도 9는 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템에 사용되는 잠금기구의 상세도.

도 10은 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템에 사용되는 스프링홀더의 상세도.

도 11은 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템의 조립도.

도 12는 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템을 실시하기 위한 지상궤간변환설비의 평면도 및 단면도.

도 13은 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템의 작동상태도.

도 14는 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템에서 플랜지와 잠금기구가 상호작용하는 상태도.

도 15는 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템에서 차륜과 잠금기구가 상호작용하는 상태도.

<도면의 주요부분에 대한 번호의 설명>

10 : 표준궤 20 : 광궤

30 : 가이드레일 40 : 궤간변화레일

50 : 릴리스레일 100 : 차축

110 : 슬라이딩면 120 : 캡고정부

200 : 차륜 210 : 확장부

220 : 암나사부 221 : 암나사면

300 : 고정캡 310 : 스톱퍼

320 : 고정키 330 : 결합부

340 : 안내홈 400 : 플랜지

410 : 디스크부 420 : 키홈

430 : 잠금부시 431 : 직선부

432 : 경사부 440 : 스프링수용부

500 : 잠금기구 510 : 부시홈

511 : 수평면 512 : 경사면

520 : 수나사부 530 : 출입홈

600 : 압축스프링 700 : 스프링홀더

710 : 지지부 720 : 스프링수용부

730 : 캡고정부 740 : 암나사부홈

본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템은, 궤간이 서로 다른 두개의 선로사이를 주행할 수 있도록 자동으로 궤간이 변환되는 윤축시스템에 있어서, 슬라이딩면(110)과 캡고정부(120)가 형성된 차축(100)과; 상기 차축(100)의 슬라이딩면(110)에서 좌우로 이동하는 차륜(200)과; 상기 차축(100)의 캡고정부(120)에 고정결합되는 고정캡(300)과; 상기 고정캡(300)의 둘레에 끼워지고, 축둘레 방향으로 회전함으로써 상기 차륜(200)을 좌우로 이동시키는 잠금기구(500)과; 상기 고정캡(300)의 우측단부에 결합되고, 상기 잠금기구(500)의 잠금과 풀림을 구속하는 플랜지(400)와; 상기 고정캡(300)의 좌측단부에 결합되는 스프링홀더(700)와; 상기 플랜지(400)와 상기 스프링홀더(700) 사이에 내설되는 압축스프링(600)으로 구성됨으 로써, 부품의 갯수를 줄이고 제작비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 그 구조적 특성으로 인하여 대차에 용이하게 장착할 수 있고 회전관성을 줄여 에너지 절약측면에도 유리한 자동 궤간변환 윤축시스템에 관한 것이다.

먼저, 본 발명에 따른 자동 궤간 변환 윤축시스템의 도입 배경을 설명하면 다음과 같다.

1960년대 후반부터, 비표준 궤간을 사용하거나 비표준 궤간 사용국가와 접경을 이루는 국가들로서, 스페인 (1435 mm, 1668 mm 혼용), 독일(1435 mm), 일본(1067 mm, 1435 mm 혼용), 러시아(1520 mm), 폴란드(1435 mm), 프랑스(1435 mm) 등이 열차가 주행하면서 궤간을 변경하는 궤간 가변 차량의 개발에 관심을 가지기 시작하였다.

상기한 다수의 국가 중, 궤간가변 시스템의 적용을 세계에서 가장 처음으로 검토 개발하여 실용화한 국가는 스페인으로, 처음 철도를 건설할 당시 스페인은 강대국인 프랑스의 남서쪽에 위치한 지리적인 여건으로 인해 인접국으로부터의 침입 을 방지할 목적으로 광궤 (1,668 mm)를 채택하였으며 계속 운영해 왔다.

그러나, 그러한 광궤의 운영은 신선구간 및 인접 유럽 각국이 운영하는 표준궤(1,435mm)와의 궤간 차이로 인한 문제점을 야기하게 되어 원활한 여객 및 화물 수송에 걸림돌이 되었고, 이후 해외에서는 다양한 아이디어와 이를 실용화하기 위한 연구 및 개발이 끊임없이 계속되었다.

한편, 국내의 경우, 남북철도 연결사업이 가속화되고 있고, 이로 인하여 표준궤인 남북철도와 광궤인 러시아 철도간의 국경에서 궤간 차이를 극복할 방안들에 대한 관심이 고조되었으며, 그러한 방안으로서 환적, 대차교환, 궤간가변 대차 등이 검토되었다.

이에 따라 최근 국내에서 이종 궤간 시스템의 효율적인 운영방안에 대한 조사가 수행되었으며, 스페인, 독일, 러시아, 폴란드, 일본에서 개발 중인 궤간가변 시스템을 소개한 바 있다.

이러한 이종 궤간 시스템에 관한 기술인 궤간가변장치에 대한 종래의 기술 중 도 1 및 도 2에 도시된 폴란드특허 PL181969 (1997)와 도 3 및 도 4에 도시된 유럽특허 EP0873930 (1998)에 개시된 발명들을 살펴보기로 한다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 폴란드특허 PL181969 (1997)에 개시된 궤간가변장치는 차륜의 축방향의 이동을 잠그고 해제하는데 있어서 탄성을 가지고 휘어지는 긴 막대형의 부품(2)을 축둘레의 원주방향으로 배열한 잠금기구를 채택하고 있고, 상기 막대형의 부품(2)의 수는 20 ~ 30 개에 이른다.

그러나, 상기 궤간가변장치는 휘어졌다 펴지는 긴 막대형의 부품(2)을 사용함으로 인하여 궤간 변경을 반복하는 경우, 상기 부품(2)에 피로 문제가 발생할 수 있을 뿐만 아니라 20개 이상의 부품(2)으로 잠금기구가 이루어져 있기 때문에 제작 또는 유지보수에 과다한 비용이 소요되는 문제점이 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 유럽특허 EP0873930 (1998)에 개시된 궤간가변 장치는 3쌍의 잠금레버(3)를 잠금기구로 채택하고 압축스프링을 원주방향으로 배열한 구조를 가진다.

그러나, 상기 궤간가변장치는 상기 잠금레버(3)가 축 중심선과 수직방향, 즉 축의 원주 외측으로 상당히 돌출되어 내설될 뿐만 아니라, 잠금 또는 풀림시에도 축의 원주 외측방향으로 작동함으로 인하여 전체 잠금기구의 부피가 커지고 구조가 복잡하다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 자동 궤간 변환 윤축시스템은, 궤간이 서로 다른 두개의 선로사이를 주행할 수 있도록 자동으로 궤간이 변환되는 윤축시스템에 있어서, 슬라이딩면(110)과 캡고정부(120)가 형성된 차축(100)과; 상기 차축(100)의 슬라이딩면(110)에서 좌우로 이동하는 차륜(200)과; 상기 차축(100)의 캡고정부(120)에 고정결합되는 고정캡(300)과; 상기 고정캡(300)의 둘레에 끼워지고, 축둘레 방향으로 회전함으로써 상기 차륜(200)을 좌우로 이동시키는 잠금기구(500)과; 상기 고정캡(300)의 우측단부에 결합되고, 상기 잠금기구(500)의 잠금과 풀림을 구속하는 플랜지(400)와; 상기 고정캡(300)의 좌측단부에 결합되는 스프링홀더(700)와; 상기 플랜지(400)와 상기 스프링홀더(700) 사이에 내설되는 압축스프링(600)으로 구성됨으로써, 부품의 갯수를 줄이고 제작비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 그 구조적 특성으로 인하여 대차에 용이하게 장착할 수 있고 회전관성을 줄여 에너지 절약측면에도 유리한 자동 궤간변환 윤축시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 자동 궤간 변환 윤축 시스템은, 궤간이 서로 다른 두개의 선로사이를 주행할 수 있도록 자동으로 궤간이 변환되는 윤축시스템에 있어서, 슬라이딩면(110)과 캡고정부(120)가 형성된 차축(100)과; 상기 차축(100)의 슬라이딩면(110)에서 좌우로 이동하는 차륜(200)과; 상기 차축(100)의 캡고정부(120)에 고정결합되는 고정캡(300)과; 상기 고정캡(300)의 둘레에 끼워지고, 축둘레 방향으로 회전함으로써 상기 차륜(200)을 좌우로 이동시키는 잠금기구(500)과; 상기 고정캡(300)의 우측단부에 결합되고, 상기 잠금기구(500)의 잠금과 풀림을 구속하는 플랜지(400)와; 상기 고정캡(300)의 좌측단부에 결합되는 스프링홀더(700)와; 상기 플랜지(400)와 상기 스프링홀더(700) 사이에 내설되는 압축스프링(600)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차륜(200)은 축 중심방향으로 확장부(210)가 일체로 형성되고, 상기 확장부(210)의 원주에 암나사면(221)이 형성된 암나사부(220)가 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정캡(300)은, 우측단부에 형성되고, 상기 플랜지(400)를 지지하는 스톱퍼(310)와; 상기 스톱퍼(310)의 좌측단부에서 연장되어 형성되고, 상기 플랜지(400)의 축둘레 방향의 회전을 방지하기 위해 형성된 고정키(320)와; 좌측단부에 형성되고 상기 스프링홀더(700)와 결합되는 결합부(330)와; 상기 결합부(330) 사이에 형성되고, 상기 차륜(200)이 상기 차축(100)과 일체로 회전하도록 하기 위해 상기 차륜(200)의 암나사부(220)가 삽입되는 안내홈(340)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플랜지(400)는, 우측단부에 형성되고, 릴리스레일(50)과 접촉하면서 상기 플랜지(400)를 좌우로 이동시키는 디스크부(410)와; 상기 고정캡(300)에 형성된 고정키(320)에 끼워지는 키홈(420)과; 상기 잠금기구(500)에 형성된 부시홈(510)에 삽입되어 상기 잠금기구(500)를 고정 또는 회전시키는 잠금부시(430)와; 상기 압축스프링(600)이 끼워져 고정되는 스프링수용부(440)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플랜지(400)의 잠금부시(430)는, 수평으로 형성되는 직선부(431)과 경사를 이루면서 형성된 경사부(432)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 잠금기구(500)은, 우측단부에 형성되고, 상기 플랜지(400)에 형성된 잠금부시(430)이 삽입되어 이동되는 부시홈(510)과; 좌측단부에 형성되고, 잠금상태에서 상기 차륜(200)의 암나사면(221)이 결합되는 수나사부(520)과; 상기 수나사부(520)에서 연장되어 형성되고, 잠금 또는 풀림상태에서 상기 차륜(200)의 암나사부(220)가 삽입되는 출입홈(530)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 잠금기구(500)의 부시홈(510)은, 상기 플랜지(400)의 잠금부시(430)에 형성된 직선부(431)와 경사부(432)에 대응하여 수평면(511)과 경사면(512)이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스프링홀더(700)은, 상기 압축스프링(600)의 좌측단부가 접촉되어 압축력을 받는 지지부(710)와; 상기 지지부(710)의 외측 원주면에 형성되어 상기 압축스프링(600)의 유동을 방지하기 위한 스프링수용부(720)와; 상기 지지부(710)의 내측 원주면에 형성되고 상기 고정캡(300)의 결합부(330)와 고정결합되는 캡고정부(730)와; 상기 캡고정부(730)의 원주방향에 형성되고 상기 차륜(200)의 암나사부(220)가 끼워진 채 좌우로 이동되는 암나사홈(740)으로 이루어진 것을 특징 으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동 궤간 변환 윤축시스템을 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템의 분해사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템에 사용되는 차륜의 상세도이며, 도 7은 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템에 사용되는 고정캡의 상세도이고,도 8은 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템에 사용되는 플랜지의 상세도이며, 도 9는 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템에 사용되는 잠금기구의 상세도이고, 도 10은 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템에 사용되는 스프링홀더의 상세도이다.

또한, 도 11은 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템의 조립도이고, 도 12는 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템을 실시하기 위한 지상궤간변환설비의 평면도 및 단면도이며, 도 13은 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템의 작동상태도이고, 도 14는 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템에서 플랜지와 잠금기구가 상호작용하는 상태도이며, 도 15는 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템에서 차륜과 잠금기구가 상호작용하는 상태도이다.

먼저, 본 발명에 따른 자동 궤간 변환 윤축시스템을 실시하기 위한 지상궤간변환설비를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 도 12는 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템을 실시하기 위한 지상궤간변환설비의 평면도(a) 및 단면도(b)로서, 본 발명을 실시하기 위한 레일의 구성을 도시하고 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명을 실시하기 위하여 표준궤(10), 광궤(20), 가이드레일(30), 궤간변화레일(40) 및 릴리스레일(50)이 필요한데, 상기 궤간변화레일(40)은 상기 표준궤(10)와 광궤(20) 사이에 설치되어 점차적으로 궤간변환을 유도하는 레일이고, 상기 가이드레일(30)은 궤간변화 중 차륜(200)이 레일로부터 이탈되는 것을 방지하고 궤간이 서서히 변화되는 것을 도와주는 레일이며, 상기 릴리스레일(50)은 좁아지거나 넓어지는 부분과 평행한 부분으로 구성됨으로써 궤간변화를 위한 상기 플랜지(400)의 좌우 방향 이동을 유도하는 역할을 한다.

다음으로, 상기와 같은 지상궤간변환설비 위에서 주행하는 본 발명에 따른 자동 궤도변환 윤축시스템의 구성을 상세히 설명하되, 본 발명은 차축(100)에서 좌우 대칭으로 작동되므로 편의상 차축(100)의 좌측을 기준으로 설명하기로 한다.

상기 차축(100)은 도 5에 도시된 바와 같이, 축 좌우방향의 중심으로 좌우측 단부에 상기 차륜(200)이 좌우로 이동되는 슬라이딩면(110)과 캡고정부(120)가 형성된다.

또한, 상기 차륜(200)은 도 6에 도시된 바와 같이 축공 주위에 축 중심방향으로 일정길이의 확장부(210)가 일체로 형성되는데, 도 6의 (a)는 차륜(200)의 사 시도이고, 도 6의 (b)는 차륜(200)의 정면도이며, 도 6의 (c)는 차륜의 (200)의 측면도이다.

도 6의 (a) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 확장부(210)의 둘레에는 원주방향으로 돌출되는 암나사부(220)가 결합되며, 상기 암나사부(220)의 저면에는 상기 잠금기구(500)의 수나사부(520)의 형상과 끼워맞춰지는 암나사면(221)이 형성된다.

여기서, 상기 암나사부(220)는 도 6의 (b)에서 알 수 있듯이, 차축(100)의 직경 등을 고려하여 3개로 구성함이 바람직하고 상기 암나사면(221)은 궤간변화 상황에 따라 복수로 형성할 수 있으나, 본 발명에서는 제작 또는 운행상의 조건을 고려하여 상기 표준궤(10)와 광궤(20)사이에서 작동되도록 2개를 채택하기로 한다.

한편, 상기 차축(100)의 캡고정부(120)에는 억지끼워맞춤 또는 용접 등의 방식으로 고정캡(300)이 결합되는데, 도 7의 (a)는 고정캡(300)의 사시도이고, 도 7의 (b)는 고정캡(300)의 정면도이며, 도 7의 (c)는 고정캡(300)의 측면도로서, 상기 고정캡(300)은 전체적으로 스톱퍼(310), 고정키(320), 결합부(330) 및 안내홈(340)를 포함하여 구성된다.

보다 상세히 설명하면, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 우측단부에 형성되는 상기 스톱퍼(320)는 궤간변환 과정 또는 열차가 주행중, 압축스프링(600)에 의하여 플랜지(400)가 축 중심방향으로 과도하게 이동하는 것을 방지하는 역할을 한다.

또한, 상기 고정키(320)는 도 7의 (a) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 스톱퍼(310)의 단부로부터 좌측으로 연장되어 형성되고, 플랜지(400)의 키홈(420)에 끼워져서 상기 플랜지(400)가 상기 차축(100)과 일체로 회전하고 축둘레 방향으로 공회전으로 하는 것을 방지한다.

한편, 상기 결합부(330)는 도 7의 (a)에서 알 수 있듯이, 좌측단부에 형성되고 스프링홀더(700)의 캡고정부(730)와 고정결합되며, 상기 안내홈(340)은 상기 결합부(330) 사이에 형성되고 상기 차륜(200)의 암나사부(220)가 삽입되어 좌우로 이동할 수 있는 구조를 가지고 있다.

더욱이, 상기 안내홈(340)은 궤간변환 중 잠금기구(500)의 수나사부(520)와 차륜(200)의 암나사면(221)이 서로 이격되는 잠금기구(500)가 풀린상태에서도 상기 차륜(200)의 암나사면(221)에 회전력을 가함으로써 차륜(200)을 차축(100)과 일체로 회전시키는 역할을 한다.

다음으로, 도 8의 (a)는 플랜지(400)의 사시도이고, 도 8의 (b)는 플랜지(400)의 정면도이고, 도 8의 (c)는 플랜지(400)의 측면도이다.

상기 플랜지(400)는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 고정캡(300)의 우측단부에 결합되고 상기 잠금기구(500)의 잠금과 풀림을 구속하는 역할을 하는데, 크게 디스크부(410), 키홈(420), 잠금부시(430), 스프링수용부(440)로 이루어진다.

보다 상세히 설명하면, 상기 디스크부(410)는 궤간변환 중 릴리스레일(50)과 접촉하면서 상기 플랜지(400)를 좌우로 이동시키는 역할을 하는데, 상기 플랜지 (400)가 좌측으로 이동할 때에는 압축스프링(600)의 탄성력을 극복하면서 상기 릴리스레일(50)의 폭이 넓어짐에 의하여, 상기 플랜지(400)가 우측으로 이동할 때에는 릴리스레일(50)의 좁아짐과 상기 압축스프링(600)의 탄성력에 의하여 힘을 받는다.

또한, 상기 키홈(420)은 도 8의 (b)에서 알 수 있듯이, 앞서 설명한 고정캡(300)에 형성된 고정키(320)에 끼워져서 플랜지(400)가 차축(100)과 일체로 회전하고 축둘레 방향으로 공회전으로 하는 것을 방지한다.

한편, 상기 잠금부시(430)는 잠금기구(500)에 형성된 부시홈(510)에 삽입되어 수평방향으로 이동하면서 잠금기구(500)를 고정 또는 회전시키는데, 상기 잠금부시(430)는 도 8의 (a) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 잠금기구(500)의 부시홈(510)의 형상에 대응하여 직선부(431)가 수평으로 형성되고 경사부(432)가 상방향으로 경사를 이루면서 형성되는 구조를 가진다.

또한, 상기 스프링수용부(440)에는 상기 압축스프링(600)이 끼워져 고정되는데, 상기 압축스프링(600)은 상기 스프링수용부(440)와 상기 스프링홀더(700)의 스프링수용부(720) 사이에서 압축과 인장을 반복하게 된다.

도 9는 상기 잠금기구(500)의 상세도로서, 도 9의 (a)는 잠금기구(500)의 사시도이고, 도 9의 (b)는 잠금기구(500)의 정면도이며, 도 9의 (c)는 잠금기구(500)의 측면도이다.

상기 잠금기구(500)는 고정캡(300)보다 큰 직경을 가지고, 상기 고정캡(300) 의 둘레에 끼워지며 축둘레 방향으로 회전할 수 있는 구조를 가지는데, 크게 부시홈(510), 수나사부(520), 출입홈(530)으로 이루어진다.

보다 상세히 설명하면, 상기 부시홈(510)은 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 앞서 설명한 플랜지(400)의 잠금부시(430)가 삽입되어 수평방향으로 이동될 수 있도록 수평면(511)과 경사면(512)으로 이루어지는데, 상기 잠금부시(430)과 상기 부시홈(510)의 상호 작동상태는 후술하기로 한다.

한편, 상기 수나사부(520)는 잠금시에는 차륜(200)의 암나사면(221)과 맞물리고, 잠금 풀림시에는 상기 암나사면(221)과 이격되는데, 수나사부(530)와 상기 암나사면(221)의 상호 작동상태도 후술하기로 한다.

다음으로, 상기 출입홈(530)은 도 9의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 수나사부(520)에서 연장되어 형성되고 잠금 또는 풀림상태에서 차륜(200)의 암나사부(220)가 삽입되어 좌우로 이동할 수 있는 공간을 제공하는데, 이 또한 후술할 본 발명의 궤간변환 과정에서 상세히 설명하기로 한다.

마지막으로, 상기 스프링홀더(700)는 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 압축스프링(600)의 좌측방향의 이동을 구속하는 역할을 하는데, 도 10의 (a)는 스프링홀더(700)의 사시도이고, 도 10의 (b)는 스프링홀더(700)의 정면도이며, 도 10의 (c)는 스프링홀더(700)의 측면도로서, 도면으로부터 크게 지지부(710), 스프링수용부(720), 캡고정부(730), 암나사부홈(740)로 이루어짐을 알 수 있다.

상기 지지부(710)는 상기 압축스프링(600)의 좌측단부가 접촉되어 압축력을 받고, 상술한 바와 같이 상기 스프링수용부(720)는 지지부(710)의 외측 원주면에 형성되어 압축스프링(600)의 유동을 방지하는 형상으로 이루어진다.

한편, 상기 암사나부홈(740)은 상기 지지부(710)의 내측에 형성되어 차륜(200)의 암나사부(220)가 삽입되어 좌우로 이동될 수 있는 공간을 제공하고, 상기 캡고정부(730)는 상기 고정캡(300)의 결합부(330)에 끼워진후 완전히 고정되므로 결과적으로 상기 스프링홀더(700)는 차축(100)에 고정결합된 상기 고정캡(300)과 마찬가지로 수평방향으로 이동이 불가능하다.

이하, 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템의 조립과정을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템의 조립과정은 먼저 차축(100)에 상기 고정캡(300)을 끼우되, 상기 차축(100)과 상기 고정캡(300)은 억지끼움 또는 용접 등의 방법을 이용하여 차축(100)과 상기 고정캡(300)이 일체로 회전할 수 있도록 결합한다(도 11의 (b)).

이후, 상기 플랜지(400)를 고정캡(300) 위에 결합한 후(도 11의 (c)), 잠금기구(500)를 고정캡(300) 위에 결합하되, 앞서 상술한 바와 같이, 상기 플랜지(400)의 잠금부시(430)가 잠금기구(500)의 부시홈(510)에 삽입되도록 결합한다(도 11의 (d)).

다음으로, 상기 압축스프링(600)이 상기 잠금기구(500) 위에 결합되어야 하지만, 플랜지(400)와 잠금기구(500)의 결합관계를 명확히 하기 위하여 압축스프링 (600)의 결합과정은 도면에 생략되어 있다.

따라서, 압축스프링(600)을 결합한 후, 스프링홀더(700)를 결합하고(도 11의 (e)), 마지막으로, 상기 차륜(200)을 상기 차축(100)에 결합하되, 암나사부(200)가 잠금기구(500)의 수나사부(520)에 끼워맞추면 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템의 조립과정은 완성된다(도 11의 (f)).

상기와 같이 구성, 조립되는 본 발명에 따른 자동 궤간 변환 윤축시스템의 궤간 변환과정을 도 12, 도 13 , 도 14 및 도 15를 참조하여 시계열적으로 순차적으로 설명하되, 광궤(20)에서 표준궤(10)로 궤간변화시를 기준으로 살펴보면 다음과 같다.

(1) 광궤(20) 주행 중(Phase 1)

열차가 광궤(20)를 주행중에는 궤간의 변환 없이 열차가 주행하고, 플랜지(400)에 형성된 잠금부시(430)의 직선부(431)의 하면과 경사부(432)의 상면이 잠금기구(500)에 형성된 부시홈(510)의 수평면((511)의 상면과 하면에 끼워 맞춰져 상기 잠금기구(500)는 상기 플랜지(400)와 함께 차축(100)과 일체로 회전하고, 차륜(200)의 암나사부(220)에 형성된 암나사면(221)이 상기 잠금기구(500)의 수나사부(520)와 맞물려진 상태가 유지된다(도 13의 (a), 도 14의 (a) 및 도 15의 (a) 참조).

(2) 릴리스레일(50)의 확장부에 진입시(Phase 2)

열차가 광궤(20)를 주행하지만 릴리스레일(50)이 궤간 외측으로 넓어지고, 이에 따라 플랜지(400)는 상기 릴리스레일(50)의 형상에 의하여 압축스프링(600)의 탄성력을 극복하면서 차축(100)의 단부 방향으로 이동한다(도 13의 (b) 참조).

이 때, 상기 플랜지(400)에 형성된 잠금부시(440)의 경사부(432)가 좌측으로 이동하여 상기 잠금기구(500)에 형성된 경사면(512)을 밀고, 상기 잠금기구(500)의 구조적 형상으로 인하여 상기 잠금기구(500)가 회전하게 된다(도 14의 (b) 참조).

이와 동시에, 상기 잠금기구(500)의 회전에 의하여 상기 차륜(200)의 암나사면(221)이 상기 잠금기구(500)의 수나사부(520)로부터 점차적으로 이격됨으로써, 상기 차륜(200)은 좌우 이동이 가능한 상태로 유지된다(도 15의 (b) 참조).

(3) 궤간변환레일(40) 주행 중(Phase 3)

상기 차륜(200)이 좌우 이동이 가능한 상태에서 궤간의 폭이 줄어듬에 따라 상기 차륜(200)은 궤간의 폭에 따라 축 중심방향으로 이동되는데, 이 때 차륜(200)은 궤간변화레일(40)의 구조적 형상과 상기 가이드레일(30)에 의하여 점차적으로 이동된다(도 13의 (c) 및 도 15의 (c) 참조).

(4) 표준궤(10) 진입단계(Phase 4)

열차가 상기 궤간변화레일(40)을 지나 표준궤(10)로 진입하여 상기 차륜(200)의 축방향 이동이 끝나고 진입초기에는 상기 릴리스레일(50)의 궤간이 일정하므로 상기 표준궤(10)와 상기 릴리스레일(50) 사이에서 압축스프링(600)이 탄성력을 보유한 채 여전히 압축된 상태로 유지된다.

이후, 상기 릴리스레일(50)의 궤간의 폭이 줄어듬에 따라 상기 플랜지(400)가 상기 릴리스레일(50)의 구조적 형상과 상기 압축스프링(600)의 탄성력에 의하여 축방향으로 이동되는데, 보다 상세히 설명하면, 상기 플랜지(400)에 형성된 잠금부시(440)의 경사부(432)가 우측으로 이동하면 상기 잠금기구(500)가 원래의 위치로 회전하면서 복귀하고, 잠금부시(440)의 경사부(432)가 부시홈(510)의 수평면(511)에 고정되는 상태, 즉 잠금상태가 된다(도 14의 (a) 도 13의 (d) 참조).

이와 동시에, 상기 잠금기구(500)가 회전함에 따라, 상기 차륜(200)의 암나사부(220)에 형성된 암나사면(221)이 다시 상기 잠금기구(500)의 수나사부(520)와 맞물려진 후(도 15의 (d) 참조), 열차가 상기 릴리스레일(50)의 구속으로부터 벗어나면 표준궤(10)에 따라 정상적인 주행이 시작됨으로써 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템의 작동이 마무리된다.

상기와 같이 열차가 광궤(20)에서 표준궤(10)로 진입할 때와 마찬가지로 표준궤(10)에서 광궤(20)로 진입할 때에도 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템의 작동원리도 동일하다.

한편, 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템은 차륜(200)의 암나사부(220), 잠금기구(500)의 수나사부(520), 플랜지(400)의 잠금부시(430) 등 다수의 구성부분을 3쌍으로 형성하였는바, 이는 동역학적으로 안정한 구조를 채택한 것이자 일부 부품의 파손이 있더라도 전체 시스템의 정상적인 작동을 꾀하기 위함이다.

상술한 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범 위내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백한 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 자동 궤간 변환 윤축시스템에 의하면, 하나의 잠금 기구를 사용하여 차륜의 위치 고정과 해제를 가능하게 함으로써 부품수를 줄이고, 종래의 기술과는 달리 각 부품간에 볼트 등의 체결수단을 사용하지 않고 유기적으로 작동될 뿐만 아니라, 각 부품이 가지는 간단하면서도 독특한 형상으로 인하여 구조적 강성을 향상시킬 수 있으므로 유지보수가 용이하고 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 자동 궤간변환 윤축시스템은 차축 중심과 수직방향으로의 부피를 대폭 줄임으로써 종래의 기술보다 훨씬 용이하게 대차에 장착할 수 있고, 회전관성도 줄일 수 있는 구조 때문에 에너지 절약 측면에서도 유리하다.

Claims

궤간이 서로 다른 두개의 선로사이를 주행할 수 있도록 자동으로 궤간이 변환되는 윤축시스템에 있어서,

슬라이딩면(110)과 캡고정부(120)가 형성된 차축(100)과;

상기 차축(100)의 슬라이딩면(110)에서 좌우로 이동하는 차륜(200)과;

상기 차축(100)의 캡고정부(120)에 고정결합되는 고정캡(300)과;

상기 고정캡(300)의 둘레에 끼워지고, 축둘레 방향으로 회전함으로써 상기 차륜(200)을 좌우로 이동시키는 잠금기구(500)과;

상기 고정캡(300)의 우측단부에 결합되고, 상기 잠금기구(500)의 잠금과 풀림을 구속하는 플랜지(400)와;

상기 고정캡(300)의 좌측단부에 결합되는 스프링홀더(700)와;

상기 플랜지(400)와 상기 스프링홀더(700) 사이에 내설되는 압축스프링(600)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 궤간변환 윤축시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 차륜(200)은 축 중심방향으로 확장부(210)가 일체로 형성되고, 상기 확장부(210)의 원주에 암나사면(221)이 형성된 암나사부(220)가 결합되는 것을 특징으로 하는 자동 궤간변환 윤축시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 고정캡(300)은,

우측단부에 형성되고, 상기 플랜지(400)를 지지하는 스톱퍼(310)와;

상기 스톱퍼(310)의 좌측단부에서 연장되어 형성되고, 상기 플랜지(400)의 축둘레 방향의 회전을 방지하기 위해 형성된 고정키(320)와;

좌측단부에 형성되고, 상기 스프링홀더(700)와 결합되는 결합부(330)와;

상기 결합부(330) 사이에 형성되고, 상기 차륜(200)이 상기 차축(100)과 일체로 회전하도록 하기 위해 상기 차륜(200)의 암나사부(220)가 삽입되는 안내홈(340)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동 궤간변환 윤축시스템.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 플랜지(400)는,

우측단부에 형성되고, 릴리스레일(50)과 접촉하면서 상기 플랜지(400)를 좌우로 이동시키는 디스크부(410)와;

상기 고정캡(300)에 형성된 고정키(320)에 끼워지는 키홈(420)과;

상기 잠금기구(500)에 형성된 부시홈(510)에 삽입되어 상기 잠금기구(500)를 고정 또는 회전시키는 잠금부시(430)와;

상기 압축스프링(600)이 끼워져 고정되는 스프링수용부(440)로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동 궤간변환 윤축시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 플랜지(400)의 잠금부시(430)는,

수평으로 형성되는 직선부(431)과 경사를 이루면서 형성된 경사부(432)로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동 궤간변환 윤축시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 잠금기구(500)은,

우측단부에 형성되고, 상기 플랜지(400)에 형성된 잠금부시(430)이 삽입되어 이동되는 부시홈(510)과;

좌측단부에 형성되고, 잠금상태에서 상기 차륜(200)의 암나사면(221)이 결합되는 수나사부(520)과;

상기 수나사부(520)에서 연장되어 형성되고, 잠금 또는 풀림상태에서 상기 차륜(200)의 암나사부(220)가 삽입되는 출입홈(530)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동 궤간변환 윤축시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 잠금기구(500)의 부시홈(510)은,

상기 플랜지(400)의 잠금부시(430)에 형성된 직선부(431)와 경사부(432)에 대응하여 수평면(511)과 경사면(512)이 형성된 것을 특징으로 하는 자동 궤간변환 윤축시스템.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 스프링홀더(700)은,

상기 압축스프링(600)의 좌측단부가 접촉되어 압축력을 받는 지지부(710)와;

상기 지지부(710)의 외측 원주면에 형성되어 상기 압축스프링(600)의 유동을 방지하기 위한 스프링수용부(720)와;

상기 지지부(710)의 내측 원주면에 형성되고 상기 고정캡(300)의 결합부(330)와 고정결합되는 캡고정부(730)와;

상기 캡고정부(730)의 원주방향에 형성되고 상기 차륜(200)의 암나사부(220)가 끼워진 채 좌우로 이동되는 암나사홈(740)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동 궤간변환 윤축시스템.