KR101013126B1

KR101013126B1 - 철도 차량용 자기 조향 장치

Info

Publication number: KR101013126B1
Application number: KR1020100052402A
Authority: KR
Inventors: 문광순
Original assignee: 재단법인 한국계면공학연구소
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2010-06-03
Publication date: 2011-02-10
Also published as: US20130068126A1; JP2013527081A; JP5433877B2; WO2011152592A1; CN103038119B; CN103038119A; US8707871B2; EP2578467A4; EP2578467A1

Abstract

본 발명의 철도 차량용 자기 조향 장치는, 철도 차량의 차체를 지지하는 대차에 설치되는 차축; 상기 차축에 연결되는 것으로, 레일의 상면을 주행하며 상기 철도 차량의 수직 하중을 지지하는 차륜 답면과, 상기 철도 차량의 탈선 방지를 위하여 상기 차륜 답면으로부터 돌출되며 상기 철도 차량의 직선 주행시 상기 레일의 측면에 접촉됨으로써 간섭부를 형성하는 차륜 플랜지를 포함하는 차륜; 상기 철도 차량이 곡선 레일에 진입하면 상기 차륜의 전방 또는 후방에서 상기 레일의 상면 모서리 또는 상기 레일의 측면에 구름 접촉되며 상기 간섭부보다 더 많은 횡하중을 지지하는 가이드 롤러; 를 포함한다.

Description

철도 차량용 자기 조향 장치{RAILWAY SELF-STEERING SYSTEM}

본 발명은 철도 차량용 자기 조향 장치에 관한 것으로서, 곡선 주행시 차륜 마모 및 마찰에 의한 스퀼링 노이즈를 줄일 수 있으며, 곡선 주행시 주행 속도 및 주행 안정성을 향상시킬 수 있는 철도 차량용 자기 조향 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 일반적인 철도 차량의 측면도이다. 도시된 바와 같이, 철도 차량(1)은 레일(3) 위를 운행하도록 만들어진 것으로, 그 기본구조는 차륜(2)(車輪), 대차(4)(臺車), 차체(5)(車體) 및 부속장치로 되어 있다.

차체(5)는 승객이 탑승하고 차량의 모양을 형성하는 부분으로 용도에 따라 수많은 형태가 있으며, 기관차·객차·화차 등 다양한 종류가 있다.

차륜(2)은 특수강으로 되어 있으며 하나의 차축(6)의 좌우 측 양단에 각각 1개씩 고정된다. 차륜(2)이 보통 두 쌍 이상 결합되어 하나의 대차(4)(臺車)를 이루며, 기관차의 경우에는 하나의 대차(4)에 세 쌍 이상의 차륜(2)이 설치되는 경우도 있다. 또한, 일반적으로 철도 차량 1량에는 2개의 대차(4)가 설치된다.

각 대차(4)는 그 중앙부에서 차체(5)와 핀으로 결합되어 차체(5)에 대하여 일정량 회전할 수 있도록 되어 있다. 이는 곡선 주행시 동일한 차체(5)에 결합된 각각의 대차(4)들이 레일(3)의 곡률에 맞는 회전성을 갖도록 하기 위한 것이다.

차륜(2)은 안전 운행과 주행 속도에 결정적 역할을 한다. 차륜(2)의 구조는 레일(3)의 상면에 구름 접촉되는 차륜 답면(22)(車輪踏面: Wheel tread)과, 곡선 주행시 탈선을 방지하기 위하여 차륜 답면(22)으로부터 돌출된 턱에 해당하는 차륜 플랜지(21)(Wheel Flange)로 이루어진다.

대차(4)는 차체(5)를 떠받들고 차축(6) 및 차륜(2)이 설치되는 부분으로 고속운전과 하중에 견딜 수 있는 지지력을 가져야 하며 완충 장치를 포함한 서스펜션 및 제동장치 등이 부착된 것이다. 일반적인 철도 차량(1)의 대차 설계에 있어서 난제 중 하나는 직선 레일 주행시 고속 주행 안정성, 곡선 레일 주행시 탈선 방지 등 2가지 모순적인 요구조건을 모두 만족시켜야 하는 것이다.

도 2는 스퀼링 노이즈가 발생하는 원인을 설명하는 도면이다. 도 3은 종래의 차륜 플랜지(21) 및 레일(3)의 접촉면을 도시한 측면도이다. 이를 참조하면, 철도 차량(1)이 곡선부를 주행할 때 발생하는 원심력으로 인하여 차량의 탈선 위험성이 증가되고, 차륜(2) 또는 레일(3)의 마모가 증가되며, 이에 따른 레일(3)의 보수비용이 증가되고, 스퀼링 노이즈(Sqealimg noise)가 발생하여 승차감을 크게 떨어뜨린다.

철도 차량(1)이 곡선부를 주행하면 원심력으로 인하여 횡하중이 발생한다. 상기 횡하중은 레일(3)의 측면(3d)과 차륜 플랜지(21)의 접촉면에서 마찰력(Fx,Fz)을 크게 증가시키며, 이러한 마찰력은 '끼익' 하는 고주파 소음으로 승객에게 전달된다. 직선 주행시보다 원심력에 의하여 크게 증가된 마찰력(Fx,Fz)은 곡선부에서 차륜(2) 또는 레일(3)을 마모시키고 심한 스퀼링 노이즈를 유발한다.

이러한 문제점은 결국 원심력에 비례하여 증가되는데, 고속 철도가 곡선 레일(3)을 주행해야 하는 경우나, 도시 지하철 등의 저속 철도라 할지라도 곡선부의 곡률이 매우 큰 경우에 두드러진다.

본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 철도 차량의 자기 조향성이 확보됨은 물론, 곡선부가 많은 선로를 고속으로 주행할 수 있고, 도시 지하철과 같이 곡선부의 곡률이 매우 큰 경우에 차륜 또는 레일의 마모와 스퀼링 노이즈를 원천적으로 방지할 수 있는 새로운 구조의 철도 차량용 자기 조향 장치를 제공하기 위한 것이다.

일 실시예로서, 본 발명의 철도 차량용 자기 조향 장치는, 철도 차량의 차체를 지지하는 대차에 설치되는 차축; 상기 차축에 연결되는 것으로, 레일의 상면을 주행하며 상기 철도 차량의 수직 하중을 지지하는 차륜 답면과, 상기 철도 차량의 탈선 방지를 위하여 상기 차륜 답면으로부터 돌출되며 상기 철도 차량의 직선 주행시 상기 레일의 측면에 접촉됨으로써 간섭부를 형성하는 차륜 플랜지를 포함하는 차륜; 상기 철도 차량이 곡선 레일에 진입하면 상기 차륜의 전방 또는 후방에서 상기 레일의 상면 모서리 또는 상기 레일의 측면에 구름 접촉되며 상기 간섭부보다 더 많은 횡하중을 지지하는 가이드 롤러; 를 포함한다.

일 실시예로서, 본 발명의 철도 차량용 자기 조향 장치는, 철도 차량의 차체를 지지하는 대차에 설치되는 차축; 상기 차축을 중심으로 회전하며 레일을 따라 주행되고, 상기 레일의 측면과 대면되어 탈선 방지를 하는 차륜 플랜지가 돌출되는 차륜; 상기 철도 차량의 길이 방향을 따라 상기 차륜을 사이에 두고 상기 대차의 전방 및 후방에 각각 배치되는 가이드 롤러; 를 포함한다.

여기서, 상기 레일의 곡률 반경이 감소되면 상기 가이드 롤러가 상기 철도 차량의 횡하중을 지지하고 상기 차륜 플랜지가 상기 레일로부터 이격될 수 있다.

본 발명에 따르면, 곡선 주행시 가이드 롤러가 레일의 상면 모서리 또는 레일의 측면에 접촉되면서 횡하중을 지지하므로 종래에 차륜 플랜지만으로 횡하중을 지지하는 경우에 비하여 철도 차량의 자기 조향성과 탈선 위험이 방지된다.

또한, 곡선부가 많은 철도라도 고속으로 주행할 수 있고, 도시 지하철과 같이 곡선부의 곡률이 매우 큰 경우에 차륜 또는 레일의 마모와 스퀼링 노이즈를 원천적으로 방지할 수 있다. 따라서, 승차감과 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 레일 및 가이드 롤러의 접촉점 또는 접촉선이 원심력의 방향과 일치하게 형성되므로 가이드 롤러의 외경이 작더라도 충분한 횡하중을 지지할 수 있으며, 이에 따라 레일의 결선부에 형성된 결선 틈새를 쉽게 통과할 수 있다.

또한, 제어부가 가이드 롤러를 승강시키며, 제어부는 가이드 롤러가 레일에 접촉 또는 접촉 해제되는 것을 자동 제어할 수 있다. 따라서, 가이드 롤러의 사이즈가 커지더라도 결선 틈새의 통과가 제약되지 않으며, 곡선부 주행시에만 가이드 롤러가 레일에 접촉되게 함으로써 가이드 롤러의 마모 방지 및 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 종래의 일반적인 철도 차량의 측면도이다.
도 2는 스퀼링 노이즈가 발생하는 원인을 설명하는 도면이다.
도 3은 종래의 차륜 플랜지 및 레일의 접촉면을 도시한 측면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명과 대비되는 가상의 실시예로서, 가이드 롤러의 설치상 고려 사항을 설명하기 위한 모식도이다.
도 7은 본 발명의 가이드 롤러의 설치 구조를 설명하는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 철도 차량용 자기 조향 장치의 일 실시예를 도시한 사시도이다.
도 9 내지 도 11은 도 8에 도시된 실시예의 자기 조향성을 설명하는 설명도이다.
도 12 내지 도 17은 본 발명의 다양한 실시예를 도시한 사시도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예로서, 가이드 롤러가 차축과 연결된 실시예를 도시한 사시도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 종래의 차륜 구조를 검토한 결과, 곡선 주행시 차륜 플랜지(21) 및 레일(3) 사이에 작용하는 횡하중을 줄일 수 있다면, 차륜(2)의 마모 및 스퀼링 노이즈를 감소시킬 수 있음을 알아내었고, 여기서 본 발명의 기본 아이디어를 도출하였다.

일반적으로 직선 주행시 차륜 플랜지(21)가 레일(3)의 측면(3d)과 간섭되어야만 철도 차량(1)의 탈선이 방지된다. 그러나, 곡선 주행시 차륜 플랜지(21) 및 레일(3)이 접촉 간섭되는 부분에 원심력에 의한 횡하중(Fc)이 작용하므로, 마찰력 증가로 인한 차륜(2)의 마모 및 소음이 증가되는 문제점이 자연적으로 발생한다.

직선 주행시 원심력이 작용하지 않으므로 차륜 플랜지(21) 및 레일(3)의 접촉면에서 발생하는 마모나 소음이 크게 문제되지 않는다. 그러나, 곡선 주행시 원심력이 작용하므로 차륜 플랜지(21)가 레일(3)에 접촉되면 마모나 소음 발생이 문제된다.

원심력에 의한 횡하중(Fc)은 근본적으로 제거될 수 없는 것이므로, 곡선 주행시 횡하중(Fc)이 차륜 플랜지(21) 및 레일(3)의 접촉 부분에 작용하지 않도록 하는 구조를 도출하는 것이 본 발명의 핵심 사항이다. 이를 위하여, 차륜 플랜지(21)와 별개로 가이드 롤러(122)를 설치하고 횡하중(Fc)을 지지하는 구조를 본 발명이 제시한다.

도 4 내지 도 6은 본 발명과 대비되는 가상의 실시예로서, 가이드 롤러(122)의 설치상 여러 가지 고려해야 할 점을 설명하기 위한 모식도이다.

먼저, 도 4를 참조하면, 철도 차량(1)의 진행 방향에 해당하는 대차(4)의 길이 방향을 따라 대차(4)의 전방 및 후방에 차륜(2)이 배치되고, 한 쌍의 차륜(2) 사이에 가이드 롤러(122)를 배치하는 가상의 실시예가 도시된다. 그러나, 이러한 구조의 가이드 롤러(122)로는 곡선 주행시 차륜 플랜지(21)가 레일(3)의 측면(3d)에 접촉되어 스퀼링 노이즈 발생부(N)를 형성하는 문제점을 근원적으로 해결할 수 없다.

다음으로 도 5를 참조하면, 대차(4)의 전방에만 가이드 롤러(122)가 배치되는 가상의 실시예가 도시된다. 그러나, 이 경우에도 대차(4)의 후방에 위치한 차륜(2)의 차륜 플랜지(21)가 레일(3)의 측면(3d)에 접촉되어 스퀼링 노이즈 발생부(N)를 형성하는 문제점을 해결할 수 없다.

또한, 도 6을 참조하면, 대차(4)의 전방에 가이드 롤러(122)가 배치되고, 한 쌍의 차륜(2) 사이에 또 다른 가이드 롤러(122)가 배치되는 가상의 실시예가 도시된다. 그러나, 이 경우에도 차륜(2)의 후방에 위치한 차륜(2)의 차륜 플랜지(21)가 레일(3)의 측면(3d)에 접촉되는 문제점은 해결되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 7은 본 발명의 가이드 롤러(122)의 설치 구조를 설명하는 모식도이다. 이를 참조하면 본 발명의 기본 구조는, 대차(4)의 길이 방향을 따라 모든 차륜(2)이 한 쌍의 가이드 롤러(122) 사이에 배치됨으로써, 곡선 주행시 횡하중이 차륜 플랜지(21)가 아니라 가이드 롤러(122)에 의하여 지지되도록 한다.

곡선 주행시 한 쌍의 가이드 롤러(122)가 레일(3)과 접촉되면 가이드 롤러(122) 사이에 배치된 차륜(2a,2b)은 당연히 레일(3)로부터 이격되며, 이에 따라 스퀼링 노이즈 방지부(NPA)가 기하학적 배치 구조에 의하여 자연적으로 형성된다.

도 8은 본 발명의 철도 차량용 자기 조향 장치의 일 실시예를 구체적으로 도시한 사시도이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 철도 차량용 자기 조향 장치는, 차축(6), 차륜(2), 가이드 롤러(122)를 포함한다.

차축(6)은 철도 차량(1)의 차체(5)를 지지하는 대차(4)에 설치되며, 차륜(2)의 회전 중심이 되는 것이다. 특수한 경우를 제외하면 하나의 대차(4)에는 철도 차량(1)의 진행 방향을 따라 2개의 차축(6)이 나란하게 배치된다. 기관차의 경우에는 하나의 대차(4)에 3개의 차축(6)이 설치되는 경우도 있다.

차륜(2)은 차륜 답면(22)과 차륜 플랜지(21)를 포함한다. 차륜 답면(22)은 레일(3)의 상면을 주행하며 직선 주행 및 곡선 주행을 막론하고 철도 차량(1)의 수직 하중을 지지한다. 차륜 플랜지(21)는 철도 차량(1)의 직선 주행시 레일(3)의 측면(3d)에 접촉됨으로써 간섭부(30)를 형성하고, 철도 차량(1)의 탈선을 방지하는 기능을 한다.

가이드 롤러(122)는 철도 차량(1)이 곡선 레일(3)에 진입하면, 차륜 플랜지(21)의 간섭부(30)보다 더 많은 횡하중을 지지한다. 특히, 가이드 롤러(122)는 철도 차량(1)이 곡선 레일(3)에 진입하면 차륜(2)의 전방 또는 후방에서 바깥쪽 레일(3a)의 상면 모서리(3c) 또는 바깥쪽 레일(3a)의 측면(3d)에 구름 접촉된다.

레일(3)의 곡률 반경이 감소되면 가이드 롤러(122)는 철도 차량(1)의 횡하중을 지지하고 차륜 플랜지(21)가 바깥쪽 레일(3a)로부터 이격된다. 가이드 롤러(122)는 철도 차량(1)의 곡선 주행시, 차륜 플랜지(21)를 레일(3)의 측면(3d)으로부터 이격시킨다. 본 발명에서 차륜 플랜지(21)의 이격 상태는 유압 잭, 전자기력 등 외력에 의하여 형성되는 것이 전혀 아니며, 오로지 차륜(2)과 가이드 롤러(122)의 기하학적 배치 구조로 인한 것이다. 따라서, 본 발명은 간단한 구조로 높은 신뢰성을 갖는 자기 조향 장치를 구현할 수 있다.

이러한 기하학적 배치 구조는 도 7에 모식적으로 도시된 것과 같이, 대차(4)의 최전방에 배치된 차륜(2)의 전방 및 대차(4)의 최후방에 배치된 차륜(2)의 후방에 가이드 롤러(122)를 각각 배치하는 것이다.

즉, 도 8에 도시된 것과 같이, 대차(4)의 전방으로부터 순차적으로 제1 차륜(2a) 및 제2 차륜(2b)이 배열될 때, 가이드 롤러(122)는 제1 차륜(2a)의 전방 및 제2 차륜(2b)의 후방에 각각 배치된다.

도시된 것에 한정되지 않고, 하나의 대차에 3개의 차축이 배열되어 전방으로부터 순차적으로 제1 차륜, 제2 차륜 및 제3 차륜이 배열되는 경우, 가이드 롤러는 제1 차륜의 전방 및 제3 차륜의 후방에 각각 배치된다.

또한, 가이드 롤러(122)는 구름 접촉되므로 레일(3)의 상면 모서리(3c)에 점 접촉되거나 레일(3)의 측면(3d)에 선 접촉된다. 즉, 가이드 롤러(122)는 차륜 플랜지(21)에 비할 때 레일(3)의 상면 모서리(3c)나 레일(3)의 측면(3d)에 면 접촉되지 않으며 미끄럼 접촉되지도 않는다. 설령, 가이드 롤러(122) 및 레일(3) 사이에 간섭부(도 2 및 도 3의 30) 또는 마찰면이 실제로 존재한다고 하더라도 차륜 플랜지(21)에 비하면 마찰면의 면적이 지극히 작다.

따라서, 종래와 같이 원심력에 의한 횡하중이 발생하여도 가이드 롤러(122)의 마찰면이 극히 미소하므로 횡하중에 의한 마찰력이 크게 작용할 수 있는 여지가 제거되고, 마찰력이 억제되므로 가이드 롤러(122)의 마모 및 가이드 롤러(122)에 의한 스퀼링 노이즈 발생 가능성은 종래의 차륜 플랜지(21)에 비하여 현저히 작다.

종래에는 차륜 플랜지(21) 및 레일(3)의 간섭부(도 2 및 도 3의 30)에서 횡하중(Fc)에 의한 마찰력 증가로 인하여 차륜 플랜지(21)의 마모 및 스퀼링 노이즈가 발생하였다. 그러나, 본 발명은 첫째로, 철도 차량(1)의 길이 방향을 따라 차륜(2)의 전후방에 가이드 롤러(122)를 설치하는 기하학적 구성과, 둘째로 곡선 주행시 가이드 롤러(122)가 점접촉 또는 선접촉 상태로 구름 접촉되는 구성을 통하여 종래의 문제점을 근원적으로 방지한다.

도 8에 도시된 일 실시예로서, 가이드 롤러(122)의 회전축(130)은 철도 차량(1)의 정면에서 보았을 때, 차축(6)과 수직하거나 레일(3)의 측면(3d)에 평행하다. 어느 하나의 레일(3)과 다른 레일(3f)이 교차하는 부분에 차륜 플랜지(21)가 통과할 수 있도록 하는 결선 틈새(ΔA)가 존재할 때, 가이드 롤러(122)의 외경은 결선 틈새(ΔA)의 크기보다 작다.

구체적으로, 도 8을 참조하면, 선로가 두 방향으로 분리되거나 합쳐지는 갈림길에는 분기기를 설치한다. 이러한 분기기는 철도 차량(1)을 보내고 싶은 방향으로 전환시켜주는 포인트부, 두개의 선로가 동일평면에서 교차하는 크로싱부, 포인트부와 크로싱부의 중간에 위치한 리드부를 포함한다.

포인트부에서 두 개의 레일(3a,3f)이 교차하는 위치에는 일정한 각이 생긴다. 크로싱부에는 차륜 플랜지(21)가 통과할 수 있도록 두 개의 레일(3a,3f) 사이의 끊어진 부분(이를 결선 틈새(ΔA)라 함)이 존재한다. 결선 틈새(ΔA)의 크기는 대략 10cm 미만이다. 도 8을 참조하면 가이드 롤러(122)가 결선 틈새(ΔA)를 관통할 수 있어야 하기 때문에 가이드 롤러(122)의 외경을 10cm 이상으로 할 수 없는 제약 사항이 있다.

한편, 곡선 주행시 차륜 플랜지(21)는 가이드 롤러(122)에 의하여 레일(3)의 측면(3d)에서 이격되지만, 차륜(2)의 답면은 레일(3)의 상면에서 이격되지 않는다. 따라서, 가이드 롤러(122)는 철도 차량(1)의 횡하중을 지지할 뿐 철도 차량(1)의 수직 하중을 지지할 필요는 없다. 횡하중에 비하여 상당히 큰 수직 하중을 지지해야 하는 차륜 답면(22)과 달리, 본 발명의 가이드 롤러(122)는 오로지 횡하중만을 지지하게 되므로 차륜(2)에 비하여 매우 작은 크기로 설치될 수 있고 재질의 선택이나 열처리 조건 또한 차륜(2)에 비하여 자유롭다.

따라서, 가이드 롤러(122)의 외경이 결선 틈새(ΔA)보다 작게 설계하는 경우(예를 들어 가이드 롤러(122)의 외경을 10cm 미만으로 설계하는 경우)에도, 가이드 롤러(122)는 충분한 횡하중을 지지할 수 있다.

이러한 실시예로서, 가이드 롤러(122)는 니들 베어링(needle bearing)이 될 수 있다. 니들 베어링은 회전축(130)의 단부에 삽입되는 내륜 및 상기 레일(3)의 측면(3d)에 구름 접촉되는 외륜을 포함하며, 내륜의 내경(d) 및 외륜의 외경(D1)의 크기 차이(2Δd)가 일반 베어링에 비하여 매우 작은 장점이 있다. 즉, 니들 베어링은 매우 얇은 두께(Δd)를 가짐에도 불구하고 충분한 하중을 견딜 수 있으면서, 내경은 크게 할 수 있고 외경(D1)은 작게 할 수 있는 회전 지지체이다. 가이드 롤러(122)의 내경(d)을 크게 하면 회전축(130)의 외경(d)을 크게 할 수 있어 횡하중에 대한 신뢰성이 향상된다. 가이드 롤러(122)의 길이(L)를 길게 하여도 결선 틈새(ΔA)를 간섭하지 않고 횡하중에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

가이드 롤러(122)의 형상은 원통 형상, 원추 형상, 원추대 형상, 일부는 원추 형상이고 나머지 일부는 원통 형상 중 적어도 하나가 될 수 있다. 원통 형상의 가이드 롤러(122)는 도 8에 도시되었고, 원추 형상의 가이드 롤러(122)는 도 13에 도시되었으며, 원추대 형상의 가이드 롤러는 도시되지 않았고, 일부는 원추 형상이고 나머지 일부는 원통 형상인 가이드 롤러(122)는 도 14에 도시되었다.

도 8, 도 13, 및 도 14에 도시된 실시예에서 가이드 롤러(122)의 회전축(130)은 철도 차량(1)의 정면에서 보았을 때, 차축(6)과 수직하거나 레일(3)의 측면(3d)에 평행하다. 가이드 롤러(122)의 최대 외경(D1)은 결선 틈새(ΔA)의 크기보다 작으므로, 결선 틈새(ΔA)를 만났을 때 가이드 롤러(122)의 회전축(130)을 승강시키지 않아도 가이드 롤러(122)가 결선 틈새(ΔA)를 간섭없이 통과할 수 있다.

한편, 본 발명은, 철도 차량(1)의 횡방향을 따른 차륜 플랜지(21) 및 가이드 롤러(122)의 배치 관계에 원칙적으로 의존하지 않는다. 즉, 철도 차량(1)의 전방 또는 후방에서 보았을 때, 가이드 롤러(122) 및 차륜 플랜지(21)가 일직선상에 배열되더라도, 직선 주행시 차륜 플랜지(21) 및 가이드 롤러(122)가 모두 레일(3)의 측면(3d)에 접촉되고, 곡선 주행시 차륜 플랜지(21)는 레일(3)의 측면(3d)에서 이격되고 가이드 롤러(122)만 레일(3)의 측면(3d)에 접촉된다.

그렇지만, 이와 같이 철도 차량(1)의 전방 또는 후방에서 보았을 때 차륜 플랜지(21) 및 가이드 롤러(122)가 일직선상으로 배열되는 실시예에서, 직선 주행시 가이드 롤러(122)가 레일(3)의 측면(3d)에 구름 접촉되면 가이드 롤러(122)가 불필요하게 마모될 수 있으므로 이에 대한 추가 대책을 마련하였다.

즉, 본 발명의 다른 일 실시예로서, 직선 주행시 가이드 롤러(122)가 레일(3)의 측면(3d)에서 이격되고, 곡선 주행시에만 가이드 롤러(122)가 레일(3)의 측면(3d)에 접촉되는 실시예를 추가로 개발하였다. 이러한 실시예는 도 9 내지 도 11에 도시되며, 도 7에 도시된 실시예보다 가이드 롤러(122)의 외경(D1) 축소, 마모 방지 및 수명 시간 증가에 도움이 된다.

이와 같이 도 9 내지 도 11에 도시된 실시예는 가이드 롤러(122)를 차륜 플랜지(21)보다 내측에 배치하는 것이다. 즉, 가이드 롤러(122)의 차축 방향 이격 거리인 가이드 롤러 윤거(GRG)는 차륜 플랜지(21)의 차축 방향 이격 거리인 차륜 플랜지 윤거(WG)보다 더 작다.

도 9는 직선 주행시 차륜 플랜지(21), 가이드 롤러(122), 레일(3)의 위치 관계를 설명한다. 이를 참조하면, 가이드 롤러 윤거(GRG) 및 차륜 플랜지 윤거(WG)의 차이(2ΔK)에 따라, 철도 차량(1)의 직선 주행시 가이드 롤러(122)가 레일(3)의 측면(3d)으로부터 이격되고 차륜 플랜지(21)가 레일(3)의 측면(3d)에 접촉된다. 따라서, 직선 주행시 가이드 롤러(122)는 수직 하중은 물론 횡하중을 전혀 받지 않으므로 직선 레일(3)을 고속 주행하더라도 가이드 롤러(122)가 마모되거나 접촉 소음이 발생하지 않는다.

도 10은 곡선 주행시 차륜 플랜지(21), 가이드 롤러(122), 레일(3)의 위치 관계를 설명한다. 도 9 내지 도 11에 도시된 실시예에서는 레일(3)의 곡률이 일정치 미만으로 완만한 곡선 주행시나 직선 레일(3)을 주행시 가이드 롤러(122)가 레일(3)에 접촉되지 않는다. 레일(3)의 곡률이 일정치 이상으로 많이 휘어져 횡하중이 일정값 이상인 경우에 비로소 가이드 롤러(122)가 레일(3)에 접촉되어 원심력에 의한 횡하중을 지지한다.

즉, 레일(3)의 휘어진 정도(곡률)가 약하면 가이드 롤러(122)가 레일(3)에 접촉되지 않지만, 레일(3)의 곡률이 심하면 기하학적 배치 구조에 따라 차륜 플랜지(21)가 레일(3)의 측면(3d)으로부터 이격되고 가이드 롤러(122)가 레일(3)의 측면(3d)에 접촉된다. 가이드 롤러(122)의 접촉시 차륜 플랜지(21)가 이격되며 차륜 플랜지(21)는 횡하중을 받지 않게 되고, 이에 따라 차륜 플랜지(21)의 스퀼링 노이즈가 발생하지 않고, 가이드 롤러(122)가 구름 접촉되면서 횡하중을 지지한다.

도 11을 참조하면 곡률 반경에 따라 차륜 플랜지 윤거(WG) 및 가이드 롤러 윤거(GRG)의 차이의 절반에 해당하는 ΔK를 어떻게 설정해야 하는지 보여준다.

철도 차량(1)의 길이 방향을 따른 차축(6) 사이의 이격 거리를 차축 거리(WD)로 정의하고, 철도 차량(1)의 길이 방향을 따른 가이드 롤러(122) 사이의 이격 거리를 가이드 롤러 축간 거리(GRD)로 정의하며, 차축(6) 방향을 따른 차륜 플랜지(21) 및 가이드 롤러(122) 사이의 이격 거리를 ΔK로 정의한다.

또한, 레일(3)의 곡률 반경이 스레스홀드값 R 이하일 때 비로소 차륜 플랜지(21)가 레일(3)의 측면(3d)에서 이격되기 시작한다고 정의한다. 즉, 레일(3)의 곡률 반경이 스레스홀드값 R 미만이거나 직선 레일(3)인 경우는 차륜 플랜지(21)가 레일(3)의 측면(3d)에 접촉되고 가이드 롤러(122)는 레일(3)에 접촉되지 않는다.

이때, 다음과 같은 수학식이 성립한다.

수학식 1 내지 수학식 3을 정리하면 다음의 수학식 4가 성립한다.

ΔK는 0 이상 및 상기 ΔK max 이하의 값 중에서 선택된다. 따라서, 레일(3)의 곡률 반경이 스레스홀드값 R 이하일 때 비로소 차륜 플랜지(21)가 레일(3)의 측면(3d)에서 이격되기 시작한다. 레일(3)의 곡률 반경이 스레스홀드값 R 미만이거나 직선 레일(3)인 경우는 차륜 플랜지(21)가 레일(3)의 측면(3d)에 접촉되고 가이드 롤러(122)는 레일(3)에 접촉되지 않는다.

그 결과, 직선 레일(3)이나 곡률이 작은 레일(3)을 고속 주행하더라도 가이드 롤러(122)가 마모되거나 접촉 소음이 발생하지 않으며, 가이드 롤러(122)의 사용 수명과 신뢰성이 향상된다. 곡률 반경의 역수인 곡률이 일정치 이상일 때 비로소 가이드 롤러(122)가 횡하중을 지지하고 차륜 플랜지(21)는 레일(3)의 측면(3d)에서 이격된다.

한편, 도 12의 실시예에서는, 브라켓(140)이 설치된다. 브라켓(140)은 가이드 롤러(122)의 회전축(130)이 일단부에 설치되고 타단부가 대차(4)에 연결되는 구조물이다. 도 12에서 가이드 롤러(122)의 회전축(130)은 철도 차량(1)의 정면에서 보았을 때 차축(6)과 수직하거나 레일(3)의 측면(3d)에 평행하게 설치된다. 브라켓(140)이 설치되는 경우, 가이드 롤러(122) 및 대차(4)의 결합 구조를 철도 차량(1)의 형상이나 용도에 맞게 자유로운 설계를 할 수 있는 장점을 갖는다.

브라켓(140)의 크기(D2)가 큰 경우 브라켓(140)이 결선 틈새(ΔA)에 간섭될 수 있으므로, 가이드 롤러(122)가 결선 틈새(ΔA)에 도달하기 전에 브라켓(140)을 상승시키는 액츄에이터(150)를 마련한다. 액츄에이터(150)는 제어부(200)에 의하여 동작 제어되는 유압 실린더, 공압 실린더, 또는 솔레노이드 등이 될 수 있다. 액츄에이터(150)에 의하여 브라켓(140)이 승강되면 브라켓(140)과 결선 틈새(ΔA)의 간섭이 방지됨은 물론 가이드 롤러(122)와 대차(4)의 결합 구조를 플렉시블하게 변형할 수 있는 장점이 있다.

한편, 도 15에는 가이드 롤러(122)의 회전축(130)이 경사지게 설치되는 실시예가 도시된다. 즉, 철도 차량(1)의 정면에서 보았을 때 가이드 롤러(122)의 회전축(130)은 차축(6) 및 레일(3)의 측면(3d)에 경사지게 설치된다. 이때, 가이드 롤러(122)는 레일(3)의 상면 모서리(3c)에 구름 접촉된다. 이러한 실시예에서도 가이드 롤러(122)는 레일(3)의 상면 모서리(3c)에 점 접촉되거나 선 접촉될 뿐이며, 가이드 롤러(122)는 면 접촉되지 않고 차륜 플랜지(21)가 형성하는 간섭부(도 2 및 도 3의 30) 또는 마찰면을 유발하지 않는다.

이러한 실시예는 결선 틈새(ΔA)의 크기에 좌우되지 않고 가이드 롤러(122)의 외경을 크게 키울 수 있는 장점을 갖는다. 가이드 롤러(122)가 레일(3)의 상면 모서리(3c)와 접촉하면서 충분한 횡하중을 지지하고 내마모성을 향상시킬 수 있도록, 가이드 롤러(122)의 단면 외주는 도 15에 도시된 것과 같은 레일(3)의 상면 모서리(3c)에 대하여 평탄한 직선, 도 16에 도시된 것과 같은 볼록한 곡선, 도 17에 도시된 것과 같은 오목한 곡선 중 적어도 하나가 될 수 있다.

도 15의 실시예에서는, 가이드 롤러(122)의 외주(122r)가 평탄한 직선이다. 이때, 철도 차량(1)의 주행에 따라 대차(4)가 상하 진동되더라도 가이드 롤러(122) 및 레일(3)의 상면 모서리(3c) 사이에 일정 범위 내에서 상하 유동이 자유로우므로 주행 저항을 방지할 수 있게 된다. 이러한 효과를 더욱 강조한 것이 도 16에 도시된 것과 같이 가이드 롤러(122)의 외주(122r)를 볼록한 곡선으로 하는 것이다.

반면, 도 17에 도시된 오목한 실시예에서는 가이드 롤러(122)의 외주(122r)가 레일(3)의 상면 모서리(3c)에서 이탈되는 것을 방지하는 효과가 강조된다. 레일(3)의 설치 상태 및 철도 차량(1)의 종류에 따라 가이드 롤러(122)의 외주(122r) 형상은 도 15 내지 도 17 중에서 적절하게 선택될 수 있다.

한편, 도 15 내지 도 17과 같이 가이드 롤러(122)의 회전축(130)이 경사지게 설치되고 가이드 롤러(122)의 외경이 큰 경우에는 결선 틈새(ΔA)의 통과가 문제될 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위한 실시예로서, 링크(160) 및 링크(160)를 회동시키는 액츄에이터(150)를 마련한다.

링크(160)는 철도 차량(1)의 정면에서 보았을 때, 차축(6) 및 레일(3)의 측면(3d)에 경사지게 설치된다. 따라서, 가이드 롤러(122)의 외주(122r)는 레일(3)의 상면 모서리(3c)에 구름 접촉된다.

링크(160)의 일단부에는 가이드 롤러(122)의 회전축(130)이 설치되고, 링크(160)의 타단부는 대차(4)에 회동 가능하게 고정된다. 액츄에이터(150)는 대차(4)에 대하여 링크(160)를 회동시킨다. 링크(160) 및 액츄에이터(150)는 제어부(200)에 의하여 제어된다.

제어부(200)는 가이드 롤러(122)가 결선 틈새(ΔA)에 도달하기 전에 링크(160)를 상측으로 회동시킴으로써 가이드 롤러(122)가 결선 틈새(ΔA)와 접촉 간섭되어 주행이 방해되지 않도록 한다.

다음으로 본 발명의 철도 차량용 가지 조향 장치의 동작 및 특장점들을 요약 정리한다.

도 8에 도시된 실시예에서는 가이드 롤러(122)는 곡선 주행시 레일(3)의 측면(3d)에 구름 접촉되고 차륜 플랜지(21)는 레일(3)의 측면(3d)에서 이격된다. 직선 주행시 가이드 롤러(122) 및 레일(3)의 측면(3d) 사이의 접촉 여부와 상관없이 차륜 플랜지(21)가 레일(3)의 측면(3d)에 대면되어 탈선 방지를 한다.

이러한 모든 동작은 별도의 외력에 의한 것이 아니라 오로지 차륜 플랜지(21) 및 가이드 롤러(122)의 기하학적 배치 구조와, 가이드 롤러(122)의 구름 접촉 성질 등 2가지 특징에 의한 것이다. 가이드 롤러(122)는 결선 틈새(ΔA)를 통과할 수 있으면서 충분한 횡하중을 견딜 수 있다. 가이드 롤러(122)의 승강 수단은 원칙적으로 마련되지 않아도 된다.

이러한 가이드 롤러(122)의 예를 들면 니들 베어링을 들 수 있으며, 니들 베어링은 내경이 충분히 커서 가이드 롤러(122)의 회전축(130)의 직경(d)은 충분히 크게 할 수 있으면서 결선 틈새(ΔA)의 통과를 위하여 가이드 롤러(122)의 외경(D1)은 충분히 작게 할 수 있다.

도 9 및 도 11에 도시된 실시예에서는 가이드 롤러(122)가 차륜(2)의 내측에 설치된다. 즉, 가이드 롤러 윤거(GRG)는 차륜 플랜지 윤거(WG)보다 더 작다. 따라서, 직선 주행 또는 곡률 반경이 큰 선로에서는 가이드 롤러(122)가 레일(3)에 접촉되지 않고, 곡률 반경이 스레스홀드값 R 이하로서 심하게 휘어진 선로에서만 가이드 롤러(122)가 레일(3)의 측면(3d)에 접촉된다.

따라서, 가이드 롤러(122)의 내마모성 및 신뢰성이 크게 증가되며 곡선 주행시 차륜 플랜지(21) 및 레일(3)의 간섭부(30)가 발생하지 않는다. 차축 방향을 따른 차륜 플랜지(21) 및 가이드 롤러(122) 사이의 이격 거리 ΔK는, 차축 거리 WD와, 가이드 롤러 축간 거리 GRD와, 레일(3)의 곡률 반경의 스레스홀드값 R의 상관 관계에 따라 정해진다.

도 12에 도시된 실시예에서는 가이드 롤러(122)의 설치 구조에 가변성을 주기 위하여 가이드 롤러(122)를 브라켓(140)에 설치하고 브라켓(140)을 액츄에이터(150)로 승강시킨다. 따라서, 결선 틈새(ΔA)를 만나면 액츄에이터(150)로 브라켓(140)을 들어서 가이드 롤러(122) 및 브라켓(140)이 결선 틈새(ΔA)에 끼지 않도록 한다. 또한, 곡선 주행시 가이드 롤러(122) 및 대차(4)의 연결 구조물인 브라켓(140)의 설계를 자유롭게 할 수 있어서 횡하중의 지지 성능이 매우 양호하게 할 수 있다.

도 13 및 도 14에 도시된 실시예에서는 가이드 롤러(122)의 형상을 다양하게 할 수 있고, 그 형상에 따라 레일(3)의 측면(3d), 상면 모서리(3c) 등 다양한 접촉 부분을 선택할 수 있는 장점이 있다. 가이드 롤러(122)의 외경이 커지게 되면 가이드 롤러(122)의 회전축(130)을 승강시킬 수 있는 유압 실린더(미도시) 등을 설치하여 결선 틈새(ΔA) 통과시 가이드 롤러(122)를 들어올릴 수 있다.

도 15 내지 도 17에 도시된 실시예에서는 가이드 롤러(122)의 회전축(130)이 경사지게 설치된다. 따라서, 레일(3)의 상면 모서리(3c)에 가이드 롤러(122)가 접촉되며 결선 틈새(ΔA)에서 링크(160)를 회동시킬 수 있으므로 가이드 롤러(122)의 외경에 제한을 받지 않는다. 가이드 롤러(122)의 외경을 얼마든지 키울 수 있고 이에 따라 가이드 롤러(122)의 내마모성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있으며 결선 틈새(ΔA)의 크기에 저촉되지 않는 장점이 있다.

도 18은 본 발명의 일 실시예로서, 가이드 롤러(122)가 차축과 연결된 실시예를 도시한 사시도이다. 철도 차량의 주행시 노면 충격이나 진동을 흡수하기 위하여 대차(4)는 서스펜션(90)으로 지지된다. 차륜(2)은 레일(3)에 접촉된 상태이므로 차륜(2) 및 차축(6)은 레일(3)에 대하여 일정한 높이를 유지하지만 대차(4)는 철도 차량의 주행시 레일(3)에 대하여 일정한 높이에 있지 않고 높이 방향으로 계속 움직인다.

이때, 가이드 롤러(122) 및 가이드 롤러(122)의 회전축(130)이 대차(4)에 고정되어 있는 경우, 가이드 롤러(122)와 레일(3)의 접촉 위치가 철도 차량의 주행에 따라 계속 변동될 수 있다. 이를 개선하기 위하여 가이드 롤러(122)를 차축(6)에 연결한다. 즉, 가이드 롤러(122)의 회전축(130)을 차축(6)에 연결함으로써 철도 차량의 주행시 가이드 롤러(122) 및 차축(6)이 레일(3)에 대하여 일정한 높이를 유지할 수 있게 한다.

구체적으로 가이드 롤러(122)의 회전축(130)은 고정용 구조물(95)에 고정되며, 상기 고정용 구조물(95)은 차축(6)에 베어링(93)으로 연결된다. 고정용 구조물(95) 및 상기 베어링(93)의 위치 고정을 위하여 스토퍼(91)가 사용될 수 있다. 차축(6)은 차륜(2)과 함께 회전하며, 고정용 구조물(95)은 차축(6)의 회전에 불구하고 레일(3)에 대하여 일정한 높이를 유지한다. 고정용 구조물(95)은 높이 방향을 따라 차축(6)에 대하여 일정한 위치를 유지한다. 이를 위하여 고정용 구조물(95)과 대차(4) 사이에는 고정용 구조물(95)의 회전 방지 및 수평 자세 유지를 위한 스테빌라이저(stabilizer, 미도시)가 마련될 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

1... 철도 차량 2...차륜
2a...제1 차륜 2b...제2 차륜
3...레일 3a...바깥쪽 레일
3b...안쪽 레일 3c...레일의 상면 모서리
3d...레일의 측면 4...대차
5...차체 6...차축
21...차륜 플랜지 22...차륜 답면
30...간섭부 122...가이드 롤러
122r...가이드 롤러의 단면 외주 130...가이드 롤러의 회전축
140...브라켓 150...액츄에이터
160...링크 200...제어부
d...가이드 롤러의 회전축의 외경 Δd...가이드 롤러의 두께
D1...가이드 롤러의 외경 L...가이드 롤러의 길이
N...스퀼링 노이즈 발생부 NPA...스퀼링 노이즈 방지부
Fc...횡하중 Fx,Fz...마찰력
WG...차륜 플랜지 윤거 GRG...가이드 롤러 윤거
WD...차축 거리 GRD...가이드 롤러 축간 거리
ΔA...결선 틈새 R...레일의 곡률 반경의 스레스홀드값
2ΔK...가이드 롤러 윤거 및 차륜 플랜지 윤거의 차이
ΔK...차축 방향을 따른 차륜 플랜지 및 가이드 롤러 사이의 이격 거리
ΔL...철도 차량의 길이 방향을 따른 차륜 플랜지 및 가이드 롤러 사이의 이격 거리

Claims

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철도 차량의 차체를 지지하는 대차에 설치되는 차축;
상기 차축에 연결되는 것으로, 레일의 상면을 주행하며 상기 철도 차량의 수직 하중을 지지하는 차륜 답면과, 상기 철도 차량의 탈선 방지를 위하여 상기 차륜 답면으로부터 돌출되며 상기 철도 차량의 직선 주행시 상기 레일의 측면에 접촉됨으로써 간섭부를 형성하는 차륜 플랜지를 포함하는 차륜;
상기 철도 차량이 곡선 레일에 진입하면 상기 차륜의 전방 또는 후방에서 상기 레일의 상면 모서리 또는 상기 레일의 측면에 점접촉 또는 선접촉되며 상기 간섭부보다 더 많은 횡하중을 지지하는 가이드 롤러; 를 포함하고,
상기 가이드 롤러는, 상기 철도 차량의 곡선 주행시 상기 레일의 곡률 반경이 스레스홀드값 R 이하이면 상기 차륜 플랜지를 상기 레일의 측면으로부터 이격시키며,
상기 가이드 롤러의 상기 차축 방향 이격 거리인 가이드 롤러 윤거는 상기 차륜 플랜지의 상기 차축 방향 이격 거리인 차륜 플랜지 윤거보다 더 작고,
상기 가이드 롤러 윤거 및 상기 차륜 플랜지 윤거의 차이에 따라, 상기 철도 차량의 직선 주행시 상기 가이드 롤러가 상기 레일의 측면으로부터 이격되고 상기 차륜 플랜지가 상기 레일의 측면에 접촉되며,
상기 가이드 롤러 윤거 및 상기 차륜 플랜지 윤거의 차이에 따라, 상기 철도 차량의 곡선 주행시 상기 차륜 플랜지가 상기 레일의 측면으로부터 이격되고 상기 가이드 롤러가 상기 레일의 측면에 접촉되는 철도 차량용 자기 조향 장치.
제5항에 있어서,
상기 철도 차량의 길이 방향을 따른 상기 차축 사이의 이격 거리를 차축 거리 WD로 정의하고, 상기 철도 차량의 길이 방향을 따른 상기 가이드 롤러 사이의 이격 거리를 가이드 롤러 축간 거리 GRD로 정의하며, 상기 차축 방향을 따른 상기 차륜 플랜지 및 상기 가이드 롤러 사이의 이격 거리를 ΔK로 정의하고, 상기 레일의 곡률 반경이 스레스홀드값 R 이하일 때 비로소 상기 차륜 플랜지가 상기 레일의 측면에서 이격되기 시작하는 경우,
상기 ΔK의 최대값인 ΔK max는,

에 의하여 구해지며,
상기 ΔK는 0 이상 및 상기 ΔK max 이하의 값 중에서 선택되는 철도 차량용 자기 조향 장치.
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철도 차량의 차체를 지지하는 대차에 설치되는 차축;
상기 차축에 연결되는 것으로, 레일의 상면을 주행하며 상기 철도 차량의 수직 하중을 지지하는 차륜 답면과, 상기 철도 차량의 탈선 방지를 위하여 상기 차륜 답면으로부터 돌출되며 상기 철도 차량의 직선 주행시 상기 레일의 측면에 접촉됨으로써 간섭부를 형성하는 차륜 플랜지를 포함하는 차륜;
상기 철도 차량이 곡선 레일에 진입하면 상기 차륜의 전방 또는 후방에서 상기 레일의 상면 모서리 또는 상기 레일의 측면에 점접촉 또는 선접촉되며 상기 간섭부보다 더 많은 횡하중을 지지하는 가이드 롤러; 를 포함하고,
상기 가이드 롤러는, 상기 철도 차량의 곡선 주행시 상기 레일의 곡률 반경이 스레스홀드값 R 이하이면 상기 차륜 플랜지를 상기 레일의 측면으로부터 이격시키며,
상기 철도 차량의 정면에서 보았을 때 상기 차축과 수직하거나 상기 레일의 측면에 평행하게 설치되는 상기 가이드 롤러의 회전축이 일단부에 설치되고 타단부는 상기 대차에 연결되는 브라켓;
어느 하나의 레일과 다른 레일이 교차하는 부분에 상기 차륜 플랜지가 통과할 수 있도록 하는 결선 틈새가 존재할 때, 상기 가이드 롤러가 상기 결선 틈새에 도달하기 전에 상기 브라켓을 상승시키는 액츄에이터; 를 포함하는 철도 차량용 자기 조향 장치.
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철도 차량의 차체를 지지하는 대차에 설치되는 차축;
상기 차축에 연결되는 것으로, 레일의 상면을 주행하며 상기 철도 차량의 수직 하중을 지지하는 차륜 답면과, 상기 철도 차량의 탈선 방지를 위하여 상기 차륜 답면으로부터 돌출되며 상기 철도 차량의 직선 주행시 상기 레일의 측면에 접촉됨으로써 간섭부를 형성하는 차륜 플랜지를 포함하는 차륜;
상기 철도 차량이 곡선 레일에 진입하면 상기 차륜의 전방 또는 후방에서 상기 레일의 상면 모서리 또는 상기 레일의 측면에 점접촉 또는 선접촉되며 상기 간섭부보다 더 많은 횡하중을 지지하는 가이드 롤러;
일단부에는 상기 가이드 롤러의 회전축이 설치되고 타단부는 상기 대차에 회동 가능하게 연결되는 링크;
상기 링크를 회동시키는 액츄에이터; 를 포함하고,
상기 가이드 롤러는, 상기 철도 차량의 곡선 주행시 상기 레일의 곡률 반경이 스레스홀드값 R 이하이면 상기 차륜 플랜지를 상기 레일의 측면으로부터 이격시키며,
상기 철도 차량의 정면에서 보았을 때 상기 가이드 롤러의 회전축은 상기 차축 및 상기 레일의 측면에 경사지게 설치되고,
상기 가이드 롤러의 외주는 상기 레일의 상면 모서리에 구름 접촉되는 철도 차량용 자기 조향 장치.
제13항에 있어서,
어느 하나의 레일과 다른 레일이 교차하는 부분에 상기 차륜 플랜지가 통과할 수 있도록 하는 결선 틈새가 존재할 때,
상기 액츄에이터가 동작됨으로써 상기 가이드 롤러가 상기 결선 틈새에 도달하기 전에 상기 링크가 상측으로 회동되는 철도 차량용 자기 조향 장치.
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철도 차량의 차체를 지지하는 대차에 설치되는 차축;
상기 차축을 중심으로 회전하며 레일을 따라 주행되고, 상기 레일의 측면과 대면되어 탈선 방지를 하는 차륜 플랜지가 돌출되는 차륜;
상기 철도 차량의 길이 방향을 따라 상기 차륜을 사이에 두고 상기 대차의 전방 및 후방에 각각 배치되는 가이드 롤러; 를 포함하며,
상기 레일의 곡률 반경이 감소되면 상기 가이드 롤러가 상기 철도 차량의 횡하중을 지지하고 상기 차륜 플랜지가 상기 레일로부터 이격되고,
상기 가이드 롤러는, 상기 철도 차량의 곡선 주행시 상기 레일의 곡률 반경이 스레스홀드값 R 이하이면 상기 차륜 플랜지를 상기 레일의 측면으로부터 이격시키며,
상기 철도 차량의 길이 방향을 따른 상기 차축 사이의 이격 거리를 차축 거리 WD로 정의하고, 상기 철도 차량의 길이 방향을 따른 상기 가이드 롤러 사이의 이격 거리를 가이드 롤러 축간 거리 GRD로 정의할 때,
상기 가이드 롤러 축간 거리 GRD는 상기 차축 거리 WD보다 큰 철도 차량용 자기 조향 장치.
철도 차량의 차체를 지지하는 대차에 설치되는 차축;
상기 차축을 중심으로 회전하며 레일을 따라 주행되고, 상기 레일의 측면과 대면되어 탈선 방지를 하는 차륜 플랜지가 돌출되는 차륜;
상기 철도 차량의 길이 방향을 따라 상기 차륜을 사이에 두고 상기 대차의 전방 및 후방에 각각 배치되는 가이드 롤러; 를 포함하며,
상기 레일의 곡률 반경이 감소되면 상기 가이드 롤러가 상기 철도 차량의 횡하중을 지지하고 상기 차륜 플랜지가 상기 레일로부터 이격되고,
상기 가이드 롤러는, 상기 철도 차량의 곡선 주행시 상기 레일의 곡률 반경이 스레스홀드값 R 이하이면 상기 차륜 플랜지를 상기 레일의 측면으로부터 이격시키며,
상기 가이드 롤러의 상기 차축 방향 이격 거리인 가이드 롤러 윤거는 상기 차륜 플랜지의 상기 차축 방향 이격 거리인 차륜 플랜지 윤거보다 더 작고,
상기 가이드 롤러 윤거 및 상기 차륜 플랜지 윤거의 차이에 따라, 상기 레일의 곡률 반경이 스레스홀드값 R 이하일 때 비로소 상기 차륜 플랜지가 상기 레일의 측면에서 이격 개시되는 철도 차량용 자기 조향 장치.
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