KR100993192B1 - 철도 차량용 윤축 조향 장치 - Google Patents

철도 차량용 윤축 조향 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량의 윤축 조향 장치에 관한 것으로, 특히 윤축 사이를 링크 구조로 연결하고 1차 현가장치의 길이방향 강성을 소프트하게 하여 윤축의 조향 성능을 향상시킴으로써 차륜 플랜지 마모를 저감시킴과 아울러, 각 링크(link)에 댐퍼(damper)를 설치하여 높은 주파수의 하중에 대한 강성을 강화하여 직진 안정성을 확보할 수 있는 철도차량용 윤축 조향 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 철도차량의 윤축 조향 장치는 대차 프레임에 회전가능하게 결합하는 회전축과, 상기 회전축을 중심으로 대향하는 상·하부 암으로 이루어지고 상기 철도차량의 전·후방 윤축의 가운데에 배치되는 레버 부재와, 일단이 상기 전방 윤축의 저널 박스에 연결되고 타단이 상기 레버 부재의 상기 상부 암에 연결되는 제 1 링크와, 일단이 상기 후방 윤축의 저널 박스에 연결되고 타단이 상기 레버 부재의 상기 하부 암에 연결되는 제 2 링크와, 일단이 상기 제 1 링크의 일단에 연결되고 타단이 상기 제 2 링크의 타단에 연결되는 제 1 댐퍼와, 일단이 상기 제 2 링크의 일단에 연결되고 타단이 상기 제 1 링크의 타단에 연결되는 제 2 댐퍼를 포함함으로써, 철도차량의 직선주행시에는 상기 제 1 댐퍼 및 제 2 댐퍼에 의해 길이방향 강성이 유지되어 직진 안정성이 유지되고, 곡선주행시에는 길이방향의 강성을 줄여 윤축의 조향 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
윤축 조향, 댐퍼, 링크, 레버 부재

Description

철도 차량용 윤축 조향 장치{WHEEL-AXLE SET STEERING DEVICE OF RAILWAY VEHICLE}
본 발명은 철도차량용 윤축 조향 장치에 관한 것으로, 특히 철도차량의 직진 안정성을 확보함과 동시에, 윤축 조향 성능을 향상시켜 차륜 플랜지 마모를 저감시킬 수 있는 철도차량용 윤축 조향 장치에 관한 것이다.
철도차량의 대차는 차체의 중량을 지지함과 동시에, 각 차륜에 차체의 중량이 고르게 분포되게 하며, 차체에 대한 자유로운 방향 전환을 통해 철도차량의 주행을 원할하게 하는 장치이다.
일반적으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 철도차량의 대차(1000) 구조에 있어서, 철도차량의 저널 박스(23)와 대차 프레임(2) 사이에는 차륜(21)으로부터 대차 프레임(2)에 인가되는 진동을 감쇄시키기 위한 코일 형상의 1차 현가장치(30)가 장착된다.
상기 1차 현가장치(30)는 코일 형상으로 이루어지기 때문에, 차륜(21)으로부터의 진동 감쇄를 위한 상하방향으로의 변위뿐만 아니라, 철도차량의 전후 방향으로의 변위가 발생할 수 있다.
따라서, 종래 철도 차량의 직진 안정성을 유지하기 위해서는 차체 길이방향에서의 상기 1차 현가장치(30)의 강성을 일정 수준 이상으로 유지할 필요가 있다.
그런데, 종래와 같이 상기 1차 현가장치(30)의 강성을 일정 수준 이상으로 유지하는 경우 곡선 통과 성능이 저하되어 차륜(21)과 레일의 마찰에 의한 마모가 발생하게 되며, 차륜 횡압이 증가하여 차량의 안정성에 악영향을 초래하고, 차륜 플랜지(flange) 마모에 의한 차륜 삭정 주기가 단축되어 차륜 교체에 따른 고비용을 부담해야 하는 문제가 발생한다.
상기와 같이, 종래의 철도차량 대차 설계에서는 상호 배타적인 직선부의 고속 주행안정성과 곡선 추종성의 2가지 요구조건을 동시에 만족시키는 데 어려움이 있었다.
이에, 본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 윤축 사이를 링크 구조로 연결하고 1차 현가장치의 길이방향 강성을 소프트하게 하여 윤축의 조향 성능을 향상시킴으로써 차륜 플랜지 마모를 저감시킴과 아울러, 각 링크(link)에 댐퍼(damper)를 설치하여 높은 주파수의 하중에 대한 강성을 강화하여 직진 안정성을 확보할 수 있는 철도차량용 윤축 조향 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 철도차량의 윤축 조향 장치로서, 대차 프레임에 회전가능하게 결합하는 회전축과, 상기 회전축을 중심으로 대향 하는 상·하부 암으로 이루어지고 상기 철도차량의 전·후방 윤축의 가운데에 배치되는 레버 부재와; 일단이 상기 전방 윤축의 저널 박스에 연결되고 타단이 상기 레버 부재의 상기 상부 암에 연결되는 제 1 링크와, 일단이 상기 후방 윤축의 저널 박스에 연결되고 타단이 상기 레버 부재의 상기 하부 암에 연결되는 제 2 링크와, 일단이 상기 제 1 링크의 일단에 연결되고 타단이 상기 제 2 링크의 타단에 연결되는 제 1 댐퍼와, 일단이 상기 제 2 링크의 일단에 연결되고 타단이 상기 제 1 링크의 타단에 연결되는 제 2 댐퍼를 포함함으로써, 철도차량의 직선주행시에는 상기 제 1 댐퍼 및 제 2 댐퍼에 의해 길이방향 강성이 유지되어 직진 안정성이 유지되고, 곡선주행시에는 길이방향의 강성을 줄여 윤축의 조향 성능을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
상기 댐퍼는 높은 주파수의 하중에는 길이방향으로의 신축변위가 억제되고, 낮은 주파수의 하중에는 길이방향으로 신축변위하는 유압 댐퍼로 구성할 수 있다. 또한, 상기 레버의 회전축은 니들 베어링(needle bearing)에 의해 대차 프레임에 장착할 수 있다.
또한, 상기 제 1 링크 및 제 2 링크에는 상기 레버 부재의 상·하부 암과의 연결부위 외측으로 연장부가 형성되어 있고, 상기 전·후방 윤축의 저널 박스와의 연결부위 내측으로 브래킷이 형성되어 있으며, 상기 제 1 댐퍼는 상기 제 1 링크의 브래킷과 상기 제 2 링크의 연장부 사이에 장착되며, 상기 제 2 댐퍼는 상기 제 2 링크의 브래킷과 상기 제 1 링크의 연장부 사이에 장착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 링크 및 제 2 링크의 양 단부에는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀 내부에는 고무 베어링이 설치되어 있으며, 상기 고무 베어링에 끼워진 축이 상기 전·후방 윤축의 저널 박스 및 상기 레버 부재의 상·하부 암과 각각 연결되는 구조로 되어, 상기 제 1 링크와 상기 전방 윤축의 저널박스 및 상기 레버 부재의 상부 암과의 연결부, 및 상기 제 2 링크와 상기 후방 윤축의 저널 박스 및 상기 레버 부재의 하부 암과의 연결부에 각각 탄성력이 존재하는 것을 특징으로 한다. 상기 고무 베어링은 구(球)형 고무 베어링으로 구성할 수 있다.
본 발명의 윤축 조향 장치에 따르면, 윤축 사이를 링크 구조로 연결하고 1차 현가장치의 길이방향 강성을 소프트하게 하여 윤축의 조향 성능을 향상시킴으로써 차륜 플랜지 마모를 저감시킴과 아울러, 각 링크에 댐퍼를 설치하여 높은 주파수의 하중에 대한 강성을 강화하여 직진 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예들을 설명하기 위해 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함하는 의미이다. 그리고 "포함한다"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외하는 것은 아니다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 윤축 조향 장치를 상세하게 설명하겠지만 본 발명이 하기의 실시 예에 제한되는 것은 아니다. 따라서, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경할 수 있음은 자명하다.
도 1은 본 발명에 따른 윤축 조향 장치(1)를 대차 프레임(2)에 장착한 구조를 도시한 도면이며, 도 2는 도 1에 도시한 대차 프레임(2)의 측면도이며, 도 3은 윤축 조향 장치(1)의 구조를 도시한 도면이며, 도 4는 윤축 조향 장치(1)의 조향 구동을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 1 내지, 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 윤축 조향 장치(1)는 크게 대차 프레임(2)에 회전가능하게 결합하는 회전축(310)과, 상기 회전축(310)을 중심으로 대향하는 상·하부 암(320, 330)으로 이루어지고, 상기 철도차량의 전·후방 윤축(20a, 20b)의 가운데에 배치되는 레버 부재(300)와; 일단(110a)이 상기 전방 윤축(20a)의 저널 박스(23)에 연결되고 타단(120b)이 상기 레버 부재(300)의 상기 상부 암(320)에 연결되는 제 1 링크(100a)와; 일단(110b)이 상기 후방 윤축의 저널 박스에 연결되고 타단(120b)이 상기 레버 부재(300)의 상기 하부 암(330)에 연결되는 제 2 링크(100b)와; 일단이 상기 제 1 링크(100a)의 일단(110a)에 연결되고 타단이 상기 제 2 링크(100b)의 타단(120b)에 연결되는 제 1 댐퍼(200a)와; 일단이 상기 제 2 링크(100b)의 일단(110b)에 연결되고 타단이 상기 제 1 링크(100a)의 타단(120a)에 연결되는 제 2 댐퍼(200b);를 포함하여 구성된다.
상기 레버 부재(300)의 회전축(310)은 니들 베어링(도시 생략)에 의해 대차 프레임(2)에 장착되며, 상기 레버 부재(300)의 회전축(310)을 중심으로 한 상·하부 암(320, 330)의 회전에 의해, 상기 전·후방 윤축(20a, 20b)의 조향이 가능해진다.
상기 제 1 링크(100a) 및 제 2 링크(100b)의 양 단부(110a, 120a, 110b, 120b)에는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀 내부에는 구형 고무 베어링(111, 121)이 설치되어 있다.
상기 제 1 링크(100a) 및 제 2 링크(100b)에는 상기 레버 부재(300)의 상·하부 암(320, 330)과의 연결부위 외측으로 연장부(130a, 130b)가 형성되어 있고, 상기 전·후방 윤축(20a, 20b)의 저널 박스(23)와의 연결부위 내측으로 브래킷(140a, 140b)이 형성되어 있다.
상기 제 1 링크 및 제 2 링크(100a, 100b)의 일단(110a, 110b)은 상기 구형 고무 베어링(111)을 관통하여 장착된 지지축(112)의 양단을 상기 전·후방 윤축(20a, 20b)의 저널 박스(23)에 스크류로 고정하여 장착된다.
상기 제 1 링크 및 제 2 링크(100a, 100b)의 타단(120a, 120b)은 상기 고무 베어링(121)을 관통하여 장착된 지지축(122)의 단부를 상기 레버 부재(130)의 상·하부 암(320, 330)에 볼트 및 너트를 이용하여 장착한다.
상기 제 1 댐퍼(200a) 및 제 2 댐퍼(200b)는 높은 주파수의 하중에는 길이방향으로의 신축변위가 억제되고, 낮은 주파수의 하중에는 길이방향으로 신축변위하는 유압 댐퍼로 구성할 수 있으며, 본체(210)와, 실린더 로드(220)와, 상기 실린더 로드(220)에 형성된 로드 부시(230)와, 상기 본체(210)에 형성된 부시(240)로 이루어진다. 본 명세서에서 상기 "높은 주파수의 하중"은 철도차량의 고속 직진 주행시 상기 댐퍼(200a, 200b)에 인가되는 하중으로서, 순간적으로 인가되는 강한 하중을 의미하고, 상기 "낮은 주파수의 하중"은 철도차량의 저속 곡선 주행시 상기 댐퍼(200a, 200b)에 인가되는 하중으로서, 긴 시간 간격에 걸쳐 인가되는 약한 하중을 의미한다.
상기 제 1 댐퍼 및 제 2 댐퍼(200a, 200b)는 그것의 실린더 로드(220)에 형성된 로드 부시(230)를 관통하는 지지축(231)의 양단을 스크류를 이용하여 상기 브래킷(140a, 140b)에 각각 장착하고, 본체(210)에 형성된 부시(240)를 관통하는 지지축(241)의 양단을 스크류를 이용하여 상기 제 1 링크 및 제 2 링크(100a, 100b)의 연장부(130a, 130b)에 각각 장착함으로써, 상기 제 1 링크(100a)와 제 2 링 크(100b) 사이에 장착된다.
이하, 전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 윤축 조향 장치(1)의 작용을 설명한다.
상기 제 1 댐퍼(200a) 및 제 2 댐퍼(200b)는 높은 주파수의 하중에 대해서 감쇄력이 상승하고 낮은 주파수의 하중에 대해서는 감쇄력이 낮아지도록 작용한다. 철도차량이 고속 직진 주행하여 상기 제 1 댐퍼(200a) 및 제 2 댐퍼(200b)에 높은 주파수의 하중이 인가되는 경우, 상기 제 1 댐퍼(200a) 및 제 2 댐퍼(200b)의 실린더 로드(220)의 신축이 제한되므로, 상기 윤축 조향 장치(1)의 길이 방향 강성이 유지된다. 이에 의해, 1차 현가 장치(30)의 차체 길이방향으로의 강성이 일정 수준 이상으로 유지됨으로써, 철도차량의 직진 안정성이 확보된다.
한편, 도 4에 모식적으로 도시한 바와 같이, 철도차량의 저속 곡선 주행시, 상기 제 1 댐퍼(200a) 및 제 2 댐퍼(200b)에 낮은 주파수의 하중이 인가되는 경우, 상기 제 1 댐퍼(200a) 및 제 2 댐퍼(200b)의 실린더 로드(220)의 신축이 허용된다. 따라서, 상기 윤축 조향 장치(1)의 길이 방향 강성이 소프트해짐에 따라, 1차 현가 장치(30)의 차체 길이 방향으로의 강성이 소프트해지고, 철도차량의 윤축(20a, 20b)은 레일을 추종하여 조향될 수 있어서, 차륜(21)의 플랜지 마모가 저감될 수 있다.
또한, 상기 링크(100a, 100b)의 양 단부에는 고무 베어링(111)이 설치되어 있어, 전·후방 윤축(20a, 20b)의 조향에 의한 변위를 흡수할 수 있다.
또한, 상기 고무 베어링(111)을 구형 고무 베어링으로 구성하는 경우, 전·후방 윤축(20a, 20b)의 조향에 의한 변위를 흡수할 수 있고, 전·후방 윤축(20a, 20b)의 조향 각도를 달리하여 곡선 통과 능력을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 윤축 조향 장치를 대차 프레임에 장착한 구조를 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시한 대차 프레임의 측면도.
도 3은 윤축 조향 장치의 링크 구조를 도시한 도면.
도 4는 윤축 조향 장치의 조향 구동을 모식적으로 도시한 도면.
도 5는 종래의 대차 프레임의 측면도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
1: 윤축 조향 장치 2: 대차 프레임
20a, 20b: 윤축 21: 차륜
22: 차축 23: 1차 현가장치
100a, 100b: 링크 111, 121: 고무 베어링
112, 122, 231, 241: 지지축 130a, 130b: 연장부
140a, 140b: 브래킷 200a, 200b: 댐퍼
210: 댐퍼 본체 220: 실린더 로드
230: 로드 부시 300: 레버 부재
310: 회전축 320: 상부 암
330: 하부 암

Claims (4)

  1. 철도차량의 윤축 조향 장치로서,
    대차 프레임에 회전가능하게 결합하는 회전축과, 상기 회전축을 중심으로 대향하는 상·하부 암으로 이루어지고 상기 철도차량의 전·후방 윤축의 가운데에 배치되는 레버 부재와,
    일단이 상기 전방 윤축의 저널 박스에 연결되고 타단이 상기 레버 부재의 상기 상부 암에 연결되는 제 1 링크와,
    일단이 상기 후방 윤축의 저널 박스에 연결되고 타단이 상기 레버 부재의 상기 하부 암에 연결되는 제 2 링크와,
    일단이 상기 제 1 링크의 일단에 연결되고 타단이 상기 제 2 링크의 타단에 연결되는 제 1 댐퍼와,
    일단이 상기 제 2 링크의 일단에 연결되고 타단이 상기 제 1 링크의 타단에 연결되는 제 2 댐퍼를 포함함으로써,
    철도차량의 직선주행시에는 상기 제 1 댐퍼 및 제 2 댐퍼에 의해 길이방향 강성이 유지되어 직진 안정성이 유지되고, 곡선주행시에는 길이방향의 강성을 줄여 윤축의 조향 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 철도차량용 윤축 조향 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 댐퍼 및 제 2 댐퍼는 높은 주파수의 하중에는 길이방향으로의 신축변위가 억제되고, 낮은 주파수의 하중에는 길이방향으로 신축변위하는 유압 댐퍼인 것을 특징으로 하는 철도차량용 윤축 조향 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 링크 및 제 2 링크에는 상기 레버 부재의 상·하부 암과의 연결부위 외측으로 연장부가 형성되어 있고, 상기 전·후방 윤축의 저널 박스와의 연결부위 내측으로 브래킷이 형성되어 있으며,
    상기 제 1 댐퍼는 상기 제 1 링크의 브래킷과 상기 제 2 링크의 연장부 사이에 장착되며,
    상기 제 2 댐퍼는 상기 제 2 링크의 브래킷과 상기 제 1 링크의 연장부 사이에 장착되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 윤축 조향 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 링크 및 제 2 링크의 양 단부에는 관통홀이 형성되고,
    상기 관통홀 내부에는 고무 베어링이 설치되어 있으며,
    상기 고무 베어링에 끼워진 축이 상기 전·후방 윤축의 저널 박스 및 상기 레버 부재의 상·하부 암과 각각 연결되는 구조로 되어,
    상기 제 1 링크와 상기 전방 윤축의 저널박스 및 상기 레버 부재의 상부 암과의 연결부, 및 상기 제 2 링크와 상기 후방 윤축의 저널 박스 및 상기 레버 부재의 하부 암과의 연결부에 각각 탄성력이 존재하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 윤축 조향 장치.
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