KR100822262B1 - Air spring equipment - Google Patents

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이남진
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Abstract

Air spring equipment is provided to extend an operation frequency range thereof by improving hardening of an air spring and rapidly falling of damping force. Air spring equipment includes an auxiliary air tank(2), a connecting pipe(3), and an orifice damper(4). The auxiliary air tank is connected to an air spring(1). The connecting pipe connects the auxiliary air tank and the air spring. The orifice damper is installed in the connecting pipe. The orifice damper has an orifice unit with an orifice hole and forward and reverse check valves formed at an outer peripheral part of the orifice unit. The forward check valve is composed of a first hole formed at one side of the outer peripheral part of the orifice unit and a first plate spring fixed to a front part of the orifice unit to elastically close the first hole. The reverse check valve is composed of a second hole formed at the other side of the outer peripheral part of the orifice unit and a second plate spring fixed to a rear part of the orifice unit to elastically close the second hole.

Description

공기 스프링 장치{AIR SPRING EQUIPMENT}Air spring device {AIR SPRING EQUIPMENT}

도 1 은 종래의 오리피스 댐퍼가 장착된 공기 스프링 장치의 전체 구성을 도시하는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the whole structure of the air spring apparatus with a conventional orifice damper.

도 2 는 종래의 오리피스 댐퍼가 장착된 공기 스프링 장치에서 주파수에 따른 탄성계수 및 댐핑계수를 도시한 도면이다.2 is a view showing the elastic modulus and damping coefficient according to the frequency in the air spring device equipped with a conventional orifice damper.

도 3 은 본 발명의 공기 스프링 장치의 전체 시스템을 도시하는 도면이다.3 is a view showing the entire system of the air spring device of the present invention.

도 4 는 본 발명의 공기 스프링 장치의 일 실시예를 도시하는 도면이다.4 is a view showing an embodiment of the air spring device of the present invention.

도 5 는 본 발명의 공기 스프링 장치의 일 실시예에서 주파수에 따른 탄성계수 및 댐핑계수를 도시한 도면이다.5 is a view showing the elastic modulus and damping coefficient according to the frequency in one embodiment of the air spring device of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

1:공기 스프링 2:보조 공기통1: air spring 2: auxiliary reservoir

3:연결관 4:오리피스 댐퍼3: connector 4: orifice damper

40:중심 홀 41:오리피스부40: center hall 41: orifice part

42:순방향 체크밸브 42a:하부 홀42: Forward check valve 42a: Lower hole

43:역방향 체크밸브 43a:상부 홀43: Reverse check valve 43a: Upper hole

본 발명은 철도 차량에 사용되는 공기 스프링 장치에 대한 것으로서, 보다 구체적으로는 보조 공기통과 공기 스프링 사이에 설치된 오리피스 댐퍼를 개선한 공기 스프링 장치에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an air spring device for use in rail vehicles, and more particularly to an air spring device that improves an orifice damper provided between an auxiliary reservoir and an air spring.

철도차량에서는 차체와 대차 사이의 현가장치를 설치하여 대차의 진동을 차단하여 차체에 안락한 승차감을 제공하는 기능을 제공하며, 이를 위해 최적화된 탄성계수와 댐핑 계수를 가지도록 스프링과 댐퍼를 조합하여 구성한다.In railroad cars, a suspension device is installed between the body and the bogie to block vibration of the bogie to provide a comfortable ride to the body, and a combination of springs and dampers to have an optimized modulus of elasticity and damping coefficient for this purpose. do.

현가장치에서 공기 스프링을 사용하는 경우에는 도 1 에 도시된 바와 같이 공기 스프링 (10) 의 전체 체적을 필요 용량에 따라 증가시켜 보다 부드러운 탄성계수를 가질 수 있도록 공기 스프링 (10) 에 보조공기통 (20) 을 추가로 설치하고, 공기 스프링 (10) 과 보조 공기통 (20) 사이의 연결통로 (30) 에는 오리피스 댐퍼 (40) 를 사용한다.In the case of using the air spring in the suspension system, as shown in FIG. 1, the auxiliary air cylinder 20 is added to the air spring 10 so as to increase the total volume of the air spring 10 according to the required capacity to have a softer modulus of elasticity. ), And an orifice damper 40 is used for the connecting passage 30 between the air spring 10 and the auxiliary air cylinder 20.

그러나, 오리피스 댐퍼 (40) 는 유압 댐퍼에 비해 간단하게 현가장치를 구성할 수 있는 장점이 있으나, 오리피스 (40) 양단의 압력차가 임계 압력차를 넘는 시점에서는 탄성 및 댐핑 효과가 급격하게 감소하는 단점이 존재한다.However, the orifice damper 40 has the advantage that it is possible to simply configure the suspension compared to the hydraulic damper, the disadvantage that the elasticity and damping effect is sharply reduced when the pressure difference across the orifice 40 exceeds the critical pressure difference This exists.

즉, 도 2 에 도시된 바와 같이, 오리피스 댐퍼 (40) 는 임계압력이 나타나는 임계 주파수 (fcr) 이후에는 댐핑계수가 최대값을 나타난 이후 급격하게 감소하고 있으며 탄성계수 역시 급격하게 증가하여 공기 스프링이 딱딱하게 되어 현가장치로서의 기능이 현저하게 급감하는 문제점이 존재한다.That is, as shown in FIG. 2, the orifice damper 40 is rapidly decreasing after the damping coefficient reaches the maximum value after the critical frequency f cr at which the critical pressure appears, and the elastic modulus is also rapidly increased to increase the air spring. This hardening has a problem that the function as a suspension device is drastically reduced.

또한, 이러한 문제점으로 인해 오리피스 댐퍼의 작동 주파수 범위가 좁혀지게 되어 철도차량의 폭넓은 오리피스 작동 주파수 구간에서의 차량의 승차감이 확보되지 않는 단점이 존재한다.In addition, the operating frequency range of the orifice damper is narrowed due to this problem, there is a disadvantage that the ride comfort of the vehicle in the wide orifice operating frequency range of the railway vehicle is not secured.

전술한 공기 스프링 장치에서의 오리피스의 문제점은 오리피스 양단간의 압력차가 임계 압력차 부근 경우에 압력차에 비례하는 만큼의 공기 유량이 확보되지 못하기 때문에 발생하는 것으로 파악된다.The problem of the orifice in the above-described air spring device is found to occur because the air flow rate cannot be secured as much as the pressure difference when the pressure difference between the two ends of the orifice is near the critical pressure difference.

따라서, 본 발명의 목적은 오리피스에 임계압력 발생시 관로가 추가로 열리는 블로우-오프 오리피스를 적용하여 특정 주파수 이상에서 공기 스프링이 딱딱해지는 것을 방지하는 공기 스프링 장치를 제공하는 것에 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an air spring device which prevents the air spring from becoming hard at a specific frequency by applying a blow-off orifice in which the conduit is further opened when a critical pressure is generated in the orifice.

본 발명은 전술한 과제를 달성하기 위해, 철도 차량 등의 현가장치에 사용될 수 있는 공기 스프링 장치로서, 공기 스프링에 연결되는 보조 공기통과, 상기 보조 공기통과 공기 스프링을 연결하는 연결관과, 상기 연결관에 설치되는 오리피스 댐퍼를 포함하며, 상기 오리피스 댐퍼는, 중앙에 오리피스 홀이 형성된 오리피스부와 상기 오리피스부의 외주부에 형성된 순방향 체크 밸브와 역방향 체크밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.The present invention is an air spring device that can be used in a suspension device such as a railway vehicle, in order to achieve the above object, an auxiliary air cylinder connected to the air spring, a connecting pipe connecting the auxiliary air cylinder and the air spring, and the connection And an orifice damper installed in the pipe, wherein the orifice damper includes an orifice portion having an orifice hole in the center, and a forward check valve and a reverse check valve formed on an outer circumferential portion of the orifice portion.

또한, 본 발명에서는 상기 순방향 체크밸브는, 상기 오리피스부의 외주부 일측에 형성된 제 1 홀과 이 제 1 홀을 탄성적으로 폐쇄하도록 오리피스부의 전면부에 고정되는 제 1 판 스프링으로 이루어지며, 상기 역방향 체크 밸브는, 상기 오리 피스부의 외주부 타측에 형성된 제 2 홀과 이 제 2 홀을 탄성적으로 폐쇄하도록 오리피스부의 후면부에 고정되는 제 2 판 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the forward check valve is composed of a first hole formed on one side of the outer peripheral portion of the orifice portion and a first leaf spring fixed to the front portion of the orifice portion to elastically close the first hole, the reverse check The valve is characterized by comprising a second hole formed on the other side of the outer peripheral portion of the orifice portion and a second leaf spring fixed to the rear portion of the orifice portion to elastically close the second hole.

이하, 본 발명의 일 실시예를 도 3 내지 5를 참조하여 설명하기로 한다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 5.

도 3 은 본 발명의 전체 시스템을 도시하는 도면이다. 도 4 는 본 발명의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 도 5 는 본 발명의 일 실시예인 공기 스프링에서 주파수에 따른 탄성계수 및 댐핑계수를 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating the entire system of the present invention. 4 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a view illustrating elastic modulus and damping coefficient according to frequency in an air spring according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 공기 스프링 장치는, 공기 스프링 (1) 에 연결되는 보조 공기통 (2) 과, 상기 보조 공기통 (2) 과 공기 스프링 (1) 을 연결하는 연결관 (3) 과, 상기 연결관 (3) 에 설치되는 오리피스 댐퍼 (4) 로 구성된다.The air spring device of the present invention includes an auxiliary reservoir (2) connected to the air spring (1), a connecting pipe (3) for connecting the auxiliary reservoir (2) and the air spring (1), and the connecting pipe (3). It is composed of an orifice damper (4) installed in the).

오리피스 댐퍼 (4) 는 중심부에 오리피스 홀 (40) 이 형성된 원형 디스크형상의 오리피스부 (41) 와, 상기 오리피스부 (41) 의 하부에 설치되는 순방향 체크밸브 (42) 와, 상기 오리피스부 (41) 의 상부에 설치된 역방향 체크밸브 (43) 로 이루어진다. 순방향 체크밸브 (42) 및 역방향 체크밸브 (43) 의 설치 방향은 상부 및 하부의 위치로 한정되는 것은 아니며, 좌·우측 등에 설치되어도 무방하다.The orifice damper 4 includes a circular disk-shaped orifice portion 41 having an orifice hole 40 in the center, a forward check valve 42 provided below the orifice portion 41, and the orifice portion 41. It consists of a reverse check valve (43) installed at the top. The installation direction of the forward check valve 42 and the reverse check valve 43 is not limited to the upper and lower positions, and may be provided on the left, right, and the like.

오리피스부 (41) 의 외주부 하부 및 상부에는 장방형의 홀 (42a, 43a) 이 각각 형성되어 있다.Rectangular holes 42a and 43a are formed in the lower and upper outer peripheral portions of the orifice portion 41, respectively.

순방향 체크밸브 (42) 와 역방향 체크밸브 (43) 는 공기의 흐름을 일방으로만 허용하고 타방으로는 허용하지 않는 것이면 볼 밸브 등 종류에 관계없이 무관하다.As long as the forward check valve 42 and the reverse check valve 43 allow the flow of air to one side and the other side, the forward check valve 42 and the reverse check valve 43 are irrelevant regardless of the type of ball valve.

본 발명의 실시예에서는 순방향 체크밸브 및 역방향 체크밸브로서 판 스프링 (402, 403) 이 사용되었다.In the embodiment of the present invention, leaf springs 402 and 403 are used as the forward check valve and the reverse check valve.

순방향 판스프링 (402) 은 원호형상을 가지며 일 단부가 오리피스부 (41) 의 후면부에서 중간부 일측에 고정되며 타 단부가 하부 홀 (42a) 을 탄성적으로 폐쇄하도록 고정된다.The forward leaf spring 402 has an arc shape and one end is fixed to one side of the middle portion at the rear portion of the orifice portion 41 and the other end is fixed to elastically close the lower hole 42a.

역방향 판스프링 (403) 도 마찬가지로 원호형상으로서 일 단부가 오리피스부 (41) 의 전면부에서 중간부 타측에 고정되어 타 단부가 상부 홀 (43a) 을 탄성적으로 폐쇄하도록 설치된다.The reverse leaf spring 403 is also similarly arc-shaped, and one end is fixed to the other side of the middle part at the front part of the orifice part 41, and the other end is provided so as to elastically close the upper hole 43a.

상기 판 스프링 (403) 의 탄성력은 공기 스프링의 임계 압력차가 작용하는 경우에 개방되도록 셋팅되어 있다.The elastic force of the leaf spring 403 is set to open when the critical pressure difference of the air spring acts.

이하 본 발명의 일 실시예의 작용에 대해 설명한다.Hereinafter, the operation of one embodiment of the present invention will be described.

철도 차량의 주행에 의해 현가장치에 진동이 발생하여 공기 스프링 (1) 이 상·하 운동하고 공기 스프링 (1) 내부의 공기는 오리피스부 (41) 의 중심 홀 (40) 을 지나 보조 공기통 (2) 으로 유입된다. The vibration of the suspension system is caused by the traveling of the railway vehicle, so that the air spring 1 moves up and down, and the air inside the air spring 1 passes through the center hole 40 of the orifice portion 41 and the auxiliary air cylinder 2 )

공기 스프링 (1) 의 변위와 속도가 커지면서 요구되는 이동유량은 증대되나 오리피스부 (41) 로 인해 실제 이동유량과의 유량차이가 발생하게 되며, 이로 인해 오리피스 부 (41) 양단에서의 압력차는 점점 커지게 된다.As the displacement and speed of the air spring 1 increase, the required moving flow rate increases, but an orifice portion 41 causes a flow rate difference with the actual moving flow rate. As a result, the pressure difference across the orifice portion 41 gradually increases. It becomes bigger.

오리피스부 (41) 양단에서의 압력차가 임계 압력차 이하인 경우에는 판 스프링 (402, 403) 은 하부 홀 (42a) 및 상부 홀 (43a) 을 폐쇄한 상태를 유지하며 공기의 이동은 중심 홀 (40) 을 통해서만 이루어진다.When the pressure difference at both ends of the orifice portion 41 is equal to or less than the critical pressure difference, the leaf springs 402 and 403 keep the lower hole 42a and the upper hole 43a closed, and the movement of air is performed by the center hole 40. Only).

압력차가 증대되어 예컨대 순방향 임계압력차에 도달하는 경우에는 순방향 판 스프링 (402) 에 작용하는 압력차로 인해 순방향 판 스프링 (402) 이 개방되어, 오리피스부 (41) 를 통한 공기 이동이 중심 홀 (40) 뿐 아니라 하부 홀 (42a) 을 통해서도 이루어지게 됨으로써 공기 유량이 증대되어 압력차가 크게 줄어들게 된다.When the pressure difference increases and reaches, for example, the forward critical pressure difference, the forward leaf spring 402 is opened due to the pressure difference acting on the forward leaf spring 402, so that air movement through the orifice portion 41 stops the center hole 40. As well as being made through the lower hole 42a, the air flow rate is increased to significantly reduce the pressure difference.

압력차가 역방향 임계압력차에 도달하는 경우에도 마찬가지로 역방향 판 스프링 (403) 이 열리게 되어 상부 홀 (43a) 이 개방됨으로써 공기 이동의 통로가 증대되어 압력차가 감소하여 동일한 작용을 하게 된다.Similarly, even when the pressure difference reaches the reverse critical pressure difference, the reverse leaf spring 403 is opened, and the upper hole 43a is opened to increase the passage of air movement, thereby reducing the pressure difference to perform the same function.

이러한 압력차의 감소로 인해 도 5 에 도시된 바와 같이 탄성계수가 임계 주파수 (fcr) 이후의 영역에서 급격하게 증가하지 않고 완만하게 증가하여 증가치가 현저하게 감소된다. 또한, 댐핑계수 경우도 임계 주파수 (fcr) 이후의 영역에서도 급감하지 않고 서서히 감소하게 된다.Due to this decrease in pressure difference, as shown in FIG. 5, the modulus of elasticity does not increase sharply in the region after the critical frequency f cr but gradually increases to decrease the increase significantly. In addition, the damping coefficient is also reduced gradually without dropping even in the region after the critical frequency f cr .

이러한 탄성계수증가 완화 및 댐핑계수감소 방지로 인해 특정 주파수 이상에서 공기 스프링 장치가 댐핑력이 저하되지 않으면서 부드러운 탄성력을 유지하는 작용을 하게 된다.Due to the reduction of the elastic modulus and the damping coefficient reduction prevents the air spring device to maintain a soft elastic force at a specific frequency or more without lowering the damping force.

전술한 구성으로 인해 공기 스프링 장치의 오리피스 댐퍼에서 압력차가 임계압력차 이상인 경우에 발생하는 탄성계수 증가 및 댐핑계수 감소의 문제점을 해결하게 되었다.The above-described configuration solves the problems of increasing the elastic modulus and decreasing the damping coefficient, which occur when the pressure difference in the orifice damper of the air spring device is greater than the critical pressure difference.

또한, 특정 주파수 이상에서 공기 스프링이 딱딱해지고 댐핑력이 급속하게 사라지는 현상을 개선하여 공기 스프링 장치의 작동 주파수 범위를 확장하는 효과를 가진다.In addition, by improving the phenomenon that the air spring is hard and the damping force is rapidly disappeared above a certain frequency has the effect of extending the operating frequency range of the air spring device.

Claims (2)

철도 차량 등의 현가장치에 사용될 수 있는 공기 스프링 장치로서,An air spring device that can be used in suspension devices, such as railroad cars, 공기 스프링에 연결되는 보조 공기통과,An auxiliary reservoir connected to the air spring, 상기 보조 공기통과 공기 스프링을 연결하는 연결관과,A connecting pipe connecting the auxiliary reservoir and an air spring, 상기 연결관에 설치되는 오리피스 댐퍼를 포함하며,An orifice damper installed in the connecting pipe, 상기 오리피스 댐퍼는, 중앙에 오리피스 홀이 형성된 오리피스부와 상기 오리피스부의 외주부에 형성된 순방향 체크 밸브와 역방향 체크밸브를 구비하며,The orifice damper includes an orifice portion having an orifice hole at a center thereof, a forward check valve and a reverse check valve formed at an outer circumferential portion of the orifice portion, 상기 순방향 체크밸브는, 상기 오리피스부의 외주부 일측에 형성된 제 1 홀과 이 제 1 홀을 탄성적으로 폐쇄하도록 오리피스부의 전면부에 고정되는 제 1 판 스프링으로 이루어지고,The forward check valve is composed of a first hole formed on one side of the orifice portion and a first leaf spring fixed to the front portion of the orifice portion to elastically close the first hole, 상기 역방향 체크 밸브는, 상기 오리피스부의 외주부 타측에 형성된 제 2 홀과 이 제 2 홀을 탄성적으로 폐쇄하도록 오리피스부의 후면부에 고정되는 제 2 판 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기 스프링 장치.And the reverse check valve comprises a second hole formed at the other outer side of the orifice portion and a second leaf spring fixed to the rear portion of the orifice portion to elastically close the second hole. 삭제delete
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