KR101075871B1 - 철도차량용 윤축 조향 장치 - Google Patents

철도차량용 윤축 조향 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량용 윤축 조향 장치에 관한 것으로, 특히 1차 현가 장치의 길이방향 강성을 소프트하게 유지하여 윤축의 조향 성능을 향상시킴과 아울러, 링크와 레버 사이에 댐퍼를 설치하여 높은 주파수의 하중에 대한 강성을 강화하여 직진 안정성을 확보할 수 있는 철도차량용 윤축 조향 장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 대차 프레임에 회전가능하게 장착된 토션바에 의해 한 쌍의 좌우 조향 링크 기구가 상호 대칭적으로 연결되어, 곡선주행시에는 상기 좌우 조향 링크 기구의 일측에서 발생하는 조향 작용이 상기 토션바를 통해 반대측 조향 링크 기구의 원활한 조향을 돕고, 직선주행시에는 상기 토션바의 강성에 의해 상기 좌우 조향 링크 기구의 조향 작용이 구속되도록 이루어지는 철도차량용 윤축 조향장치로서, 상기 좌우 조향 링크 기구의 각각은, 상기 토션바에 고정되는 레버 부재와, 상기 레버 부재의 양 단부에 일단이 연결되고 타단이 윤축의 저널 박스에 연결되는 한 쌍의 링크와, 상기 레버 부재와 상기 한 쌍의 링크 사이에 설치되며, 고속 직진주행시 발생하는 높은 주파수의 하중에는 길이 방향으로의 신축변위가 억제되고, 저속 곡선 주행시 발생하는 낮은 주파수의 하중에는 길이 방향으로 신축변위 하는 댐퍼를 포함함으로써, 철도차량의 직선주행시에는 상기 댐퍼에 의해 길이 방향 강성이 유지되어 직진 안정성이 향상되고, 곡선주행시에는 길이 방향 강성을 줄여 윤축의 조향 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
윤축 조향, 조향 링크 기구, 토션 바, 댐퍼

Description

철도차량용 윤축 조향 장치{WHEEL-AXLE SET STEERING DEVICE OF RAILWAY VEHICLE}
본 발명은 철도차량용 윤축 조향 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대차 프레임에 회전 가능하게 장착된 토션 바(torsion bar)에 의해 한 쌍의 좌우 조향 링크 기구(steering linkage)가 상호 대칭적으로 연결되어, 곡선주행시에는 상기 좌우 조향 링크 기구의 일측에서 발생하는 조향 작용이 상기 토션 바를 통해 반대측 조향 링크 기구의 원활한 조향 작용을 돕고, 직선주행시에는 상기 토션 바의 강성에 의해 상기 좌우 조향 링크 기구의 조향 작용이 구속되도록 이루어지는 철도 차량용 윤축 조향 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 윤축(200, 300)에서 발생하는 진동이 대차 프레임에 전달되는 것을 방지하고, 윤축(200, 300)의 조향 작용이 이루어질 수 있도록 1차 현가 장치(211, 221, 311, 321)를 저널 박스(210, 220, 310, 320)에 장착한다.
상기 1차 현가 장치(211, 221, 311, 321)는 윤축(200, 300)의 원활한 조향 작용을 위해 대차 프레임의 길이 방향으로의 강성을 소프트하게 유지할 필요가 있 으나, 직진 안정성을 유지하기 위해서는 1차 현가 장치(211, 221, 311, 321)의 길이 방향 강성을 일정 수준 이상으로 유지할 필요가 있다. 즉, 조향성과 직진 안정성은 상호 배타적인 특징이 있다.
이를 보완하기 위해서, 도 4에 도시한 바와 같이, 1차 현가 장치(211, 221, 311, 321)의 길이 방향 강성을 소프트하게 유지하면서, 직진 안정성을 확보하기 위한 윤축 조향 장치(100)가 윤축(200, 300)의 저널 박스(210, 220, 310, 320)에 장착된다.
상기 윤축 조향 장치(100)는 토션바(110)와, 이 토션 바(110)의 양 단부에 결합되는 좌우 한 쌍의 조향 링크 기구(120, 130)를 포함한다.
좌측 조향 링크 기구(120)는 상기 토션 바(100)에 고정되는 제 1 레버 부재(121)와, 상기 제 1 레버 부재(121)의 양 단부에 일단이 각각 연결되고 타단이 전후 윤축(200, 300)의 저널 박스(210, 310)에 각각 연결되는 제 1 및 제 2 링크(122, 123)를 포함한다.
우측 조향 링크 기구(130)는 상기 토션 바(100)에 고정되는 제 2 레버 부재(131)와, 상기 제 2 레버 부재(131)의 양 단부에 일단이 각각 연결되고 타단이 윤축(200, 300)의 저널 박스(220, 320)에 각각 연결되는 제 3 및 제 4 링크(132, 133)를 포함한다.
상기 좌우 조향 링크 기구(120, 130)는 토션 바(110)에 의해 상호 대칭적으로 연결된다. 이에 의해, 예컨대, 좌향 조향의 경우 좌우 조향 링크 기구(120, 130)의 일측에서 발생하는 조향 작용이 상기 토션 바(110)를 통해 반대측 조향 링 크 기구의 원활한 조향 작용을 돕고, 직선주행시에는 상기 토션 바(110)의 강성에 의해 상기 좌우 조향 링크 기구(120, 130)의 조향 작용이 구속됨으로써 직진 안정성이 유지된다.
그러나, 도 4에 도시한 바와 같은 윤축 조향 장치(100)에서는, 상기 좌우측 조향 링크 기구(120, 130)를 구성하는 요소인 제 1 및 제 2 레버(121, 131)와 토션 바(110) 사이가 조립 방식으로 고정되고, 제 1 및 제 2 레버(121, 131)와 링크(122, 123, 132, 133)간의 결합이 힌지 결합 방식으로 서로 조립되어 있기 때문에, 제작 공차에 의한 연결 부위간의 놀림 현상이 발생할 수 있어, 하중의 전달 능력이 저하될 수 있으며, 높은 주파수의 하중에 대한 토션 바(110)의 반응성이 늦어져서, 윤축의 전후 방향 움직임을 의도한 대로 제어하지 못하게 될 수 있다.
이에 의해, 직선 주행시 대차 프레임의 요잉 운동이 허용 기준 이상으로 발생하고, 차량의 주행 안정성이 저감하며, 궤도에 과대한 횡압이 인가되어 궤도의 피로를 증대시키는 원인이 된다.
또한, 상기와 같이 직진 안정성에 문제가 발생할 수 있는 경우에는, 조향 작용의 가장 중요한 인자인 1차 현가 장치(211, 221, 311, 321)의 길이 방향 강성을 소프트하게 유지하는데 어려움이 있다.
이에, 본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 1차 현가 장치의 길이방향 강성을 소프트하게 유지하여 윤축의 조향 성능을 향상시킴과 아울러, 링크와 레버 사이에 댐퍼를 설치하여 높은 주파수의 하중에 대한 강성을 강화하여 직진 안정성을 확보할 수 있는 철도차량용 윤축 조향 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 대차 프레임에 회전가능하게 장착된 토션바에 의해 한 쌍의 좌우 조향 링크 기구가 상호 대칭적으로 연결되어, 곡선주행시에는 상기 좌우 조향 링크 기구의 일측에서 발생하는 조향 작용이 상기 토션바를 통해 반대측 조향 링크 기구의 원활한 조향을 돕고, 직선주행시에는 상기 토션바의 강성에 의해 상기 좌우 조향 링크 기구의 조향 작용이 구속되도록 이루어지는 철도차량용 윤축 조향장치로서, 상기 좌우 조향 링크 기구의 각각은, 상기 토션바에 고정되는 레버 부재와, 상기 레버 부재의 양 단부에 일단이 연결되고 타단이 윤축의 저널 박스에 연결되는 한 쌍의 링크와, 상기 레버 부재와 상기 한 쌍의 링크 사이에 설치되며, 고속 직진주행시 발생하는 높은 주파수의 하중에는 길이 방향으로의 신축변위가 억제되고, 저속 곡선 주행시 발생하는 낮은 주파수의 하중에는 길이 방향으로 신축변위 하는 댐퍼를 포함함으로써, 철도차량의 직선주행시에는 상기 댐퍼에 의해 길이 방향 강성이 유지되어 직진 안정성이 향상되고, 곡선주행시에는 길이 방향 강성을 줄여 윤축의 조향 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
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본 발명의 윤축 조향 장치에 따르면, 1차 현가장치의 길이방향 강성을 소프트하게 하여 윤축의 조향 성능을 향상시킴과 아울러, 댐퍼에 의해 높은 주파수의 하중에 대한 강성을 강화하여 직진 안정성을 확보할 수 있게 된다.
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 도면을 참조하여 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 발명의 일 실시예에 따른 철도차량용 윤축 조향 장치(1)의 연결 구조를 설명하는 도면이며, 도 2는 도 1의 "A" 부위의 부분 확대도이고, 도 3은 윤축 조향 장치의 조향 구동을 모식적으로 설명하는 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 전륜축(6)의 저널박스(2, 4)와 후륜축(7)의 저널 박스(3, 5)에는 1차 현가 장치(2a, 2b, 3a, 3b)가 설치되어, 윤축(6, 7)으로 부터의 진동이 대차 프레임에 전달되는 것을 방지하고, 곡선 주행시 윤축(6, 7)의 조향이 원활히 이루어지게 한다.
본 발명에 따른 철도차량용 윤축 조향 장치(1)는 대차 프레임에 회전 가능하게 장착되는 토션 바(10)와, 상기 토션 바(10)에 의해 상호 대칭적으로 연결되는 한 쌍의 좌우 조향 링크 기구(20, 30)를 크게 포함한다.
상기 좌우 조향 링크 기구(20, 30)는 곡선주행시에는 상기 좌우 조향 링크 기구의 일측에서 발생하는 조향 작용이 상기 토션 바(10)를 통해 반대측 조향 링크 기구의 원활한 조향 작용을 돕고, 직선주행시에는 상기 토션 바(10)의 강성에 의해 상기 좌우 조향 링크 기구(20, 30)의 조향 작용이 구속되도록 조립된다.
상기 제 1 및 제 2 레버(21, 31)는 토션 바(10)의 양 단부에 서로 대략 90°의 회전 각도를 갖도록 조립되어, 고정 너트(11)에 의해 고정된다.
이하에서는, 좌측 조향 링크 기구(20)의 연결 구조에 대하여 설명한다.
제 1 링크(22)의 일단(22a)은 제 1 레버 부재(21)의 일단(21a)에 볼팅 체결되는 제 1 지지축(41)에 지지되며, 제 1 링크(22)의 타단(22b)은 전륜측 저널 박스(2)에 형성된 브래킷(2c)에 볼팅 체결되는 제 3 지지축(43)에 의해 지지된다.
제 2 링크(23)의 일단(23a)은 제 1 레버 부재(21)의 타단(21b)에 볼팅 체결되는 제 2 지지축(42)에 지지되며, 제 2 링크(23)의 타단(23b)은 후륜축 저널 박스(3)에 볼팅 체결되는 제 4 지지축(44)에 의해 지지된다.
상기 제 1 링크(22)의 타단(22b)측에는 상기 제 1 링크(22)로부터 하방으로 연장하는 제 1 브래킷(51)이 설치되고, 상기 제 1 레버 부재(21)에는 하방으로 연장하는 제 2 브래킷(52)이 설치되어 있다.
상기 제 1 및 제 2 브래킷(51, 52)에 볼팅 체결되는 제 5 및 제 6 지지축(45, 46)에는 유압 댐퍼인 제 1 댐퍼(24)의 실린더 본체(24a)에 형성된 부시(24c)와 실린더 로드(24b)에 형성된 로드 부시(24d)가 각각 지지된다.
상기 제 1 내지 제 4 지지축(41~44)에 의한 지지 구조는 상기 좌우 조향 링크 기구(20, 30)가 신축 구동할 수 있도록 힌지 결합 방식으로 이루어지고, 각 지지 부위에는 고무 부시(RB)가 설치되어 충격을 흡수하도록 되어 있어, 윤축(6, 7)으로부터의 진동에 의해 조향 링크 기구(20)의 각 구성 부품이 손상되는 것을 방지하도록 되어 있다.
한편, 우측 조향 링크 기구(30)의 결합 구조는 제 2 레버 부재(31)가 제 1 레버 부재(21)와 대칭되는 자세로 토선 바(10) 결합되고, 이에 따라 제 3 링크(32), 제 4 링크(33), 제 2 댐퍼(34)의 설치 자세가 제 1 링크(22), 제 2 링크(23), 제 1 댐퍼(24)의 설치 자세와 상하 대칭인 것을 제외하면 좌측 조향 링크 기구(20)의 결합 구조와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 상기 "높은 주파수의 하중"은 철도차량의 고속 직진 주행시 좌우측 조향 링크 기구(20, 30)에 인가되는 하중으로서, 순간적으로 인가되는 강한 하중을 의미하고, 상기 "낮은 주파수의 하중"은 철도차량의 저속 곡선 주행시 좌우측 조향 링크 기구(20, 30)에 인가되는 하중으로서, 상기 높은 주파수의 하중에서보다 상대적으로 긴 시간에 걸쳐 인가되는 약한 하중을 의미한다.
이하, 전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 윤축 조향 장치(1)의 작용을 설명한다.
도 3에 모식적으로 도시한 바와 같이, 대차 프레임에 회전 가능하게 장착된 토션 바(10)에 의해 한 쌍의 좌우 조향 링크 기구(20, 30)가 상호 대칭적으로 연결됨으로써, 곡선주행시에는 상기 좌우 조향 링크 기구(20, 30)의 일측에서 발생하는 조향 작용이 상기 토션 바(10)를 통해 반대측 조향 링크 기구의 원활한 조향 작용을 돕고, 직선주행시에는 상기 토션 바(10)의 강성에 의해 상기 좌우 조향 링크 기구(20, 30)의 조향 작용이 구속된다.
이때, 제 1 및 제 2 레버(21, 31)와 토션 바(10)가 조립 연결되고, 좌우 조향 링크 기구(20, 30)의 각 링크(22, 23, 32, 33)가 힌지 결합 방식으로 조립됨에 따른 하중 전달 능력의 저감과 높은 주파수의 하중에 대한 토션 바(10)의 늦은 반응성은, 높은 주파수의 하중에 대해서 감쇄력이 상승하고 낮은 주파수의 하중에 대해서는 감쇄력이 낮아지도록 작용하는 제 1 및 제 2 댐퍼(24, 34)에 의해 향상된다. 이에 의해 철도차량의 직진 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 상기와 같이 직진 안정성이 확보됨에 따라, 조향 작용의 가장 중요한 인자인 1차 현가 장치(2a, 2b, 3a, 3b)의 길이 방향 강성을 더욱 소프트하게 유지할 수 있게 되어, 윤축(6, 7)의 조향 성능 또한 추가로 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량용 윤축 조향 장치의 연결 구조를 설명하는 도면.
도 2는 도 1의 "A" 부위의 부분 확대도.
도 3은 윤축 조향 장치의 조향 구동을 모식적으로 설명하는 도면.
도 4는 종래의 윤축 조향 장치의 구조를 설명하는 도면.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
1: 윤축 조향 장치 10: 토션 바
20: 좌측 조향 링크 기구 21: 제 1 레버 부재
22: 제 1 링크 23: 제 2 링크
24: 제 1 댐퍼 30: 우측 조향 링크 기구
31: 제 2 레버 부재 32: 제 3 링크
33: 제 4 링크 34: 제 2 댐퍼
2a, 2b, 3a, 3b: 1차 현가 장치

Claims (3)

  1. 대차 프레임에 회전가능하게 장착된 토션바에 의해 한 쌍의 좌우 조향 링크 기구가 상호 대칭적으로 연결되어, 곡선주행시에는 상기 좌우 조향 링크 기구의 일측에서 발생하는 조향 작용이 상기 토션바를 통해 반대측 조향 링크 기구의 원활한 조향을 돕고, 직선주행시에는 상기 토션바의 강성에 의해 상기 좌우 조향 링크 기구의 조향 작용이 구속되도록 이루어지는 철도차량용 윤축 조향장치로서,
    상기 좌우 조향 링크 기구의 각각은, 상기 토션바에 고정되는 레버 부재와, 상기 레버 부재의 양 단부에 일단이 연결되고 타단이 윤축의 저널 박스에 연결되는 한 쌍의 링크와, 상기 레버 부재와 상기 한 쌍의 링크 사이에 설치되며, 고속 직진주행시 발생하는 높은 주파수의 하중에는 길이 방향으로의 신축변위가 억제되고, 저속 곡선 주행시 발생하는 낮은 주파수의 하중에는 길이 방향으로 신축변위 하는 댐퍼를 포함함으로써,
    철도차량의 직선주행시에는 상기 댐퍼에 의해 길이 방향 강성이 유지되어 직진 안정성이 향상되고, 곡선주행시에는 길이 방향 강성을 줄여 윤축의 조향 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 철도차량용 윤축 조향장치.
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  3. 삭제
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