KR101125769B1 - 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기에 관한 것으로서, 물리적인 충격이 가해지면 전진되는 펀치셋과, 상기 펀치셋이 전진시에 확관 및 티어링이 순차적으로 진행되며 충돌에너지를 흡수하는 충격흡수용 튜브로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 충격흡수용 튜브를 확관 및 티어링 공정을 순차적이면서도 독립적으로 2단계로 나누어 충격을 흡수함으로써 충돌에너지 흡수 능력을 극대화함은 물론 충격흡수용 튜브가 균일하게 티어링됨으로 인해 충돌에너지의 흡수 효율도 높다.

확관, 티어링, 충돌에너지, 흡수

Description

확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기 { tube-buffer using expanding and tearing progress }

본 발명은 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기에 관한 것으로, 좀더 구체적으로 설명하면 튜브의 확관과 티어링(찢어짐) 공정의 순차적인 진행을 통하여 충돌에너지를 흡수하는 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량의 충돌사고시 철도차량의 운전자와 승객의 안전을 보장하기 위하여 철도차량의 안전규정이 마련되고 이에 따라 철도차량을 제작하고 있다.

예를 들면, 유럽에서 통용되는 철도차량안전규정을 따르면, 건널목 사고의 경우 열차가 110kph로 주행 중 15톤의 정차 트럭과 충돌 후 철도차량의 운전석이 압괴되어서는 안되고, 철도차량 승객의 감속도가 5g(g:중력가속도, 약 9.8m/s²) 이 하여야만 하는 것으로 규정하고 있으며, 철도차량 대 철도차량의 경우는 철도차량의 상대속도 16kph의 속도로 충돌 후 철도차량의 구조물의 영구변형이 발생해서는 않되며, 철도차량 승객의 감속도가 3g이하여야 하는 것으로 규정하고 있다.

또한, 미국운수성의 규정에 의하면 철도차량 운전석 전방에서 5MJ(J:Joule, 1N의 힘으로 물체를 힘의 방향으로 1m 만큼 움직이는 동안 하는 일 또는 그렇게 움직이는 데 필요한 에너지) 이상의 에너지를 흡수하도록 규정하고 있다.

도 1은 통상적으로 철도차량(10)에 적용되는 전두부 충돌에너지 흡수장치의 개념도로서 커플러(20)와 헤드스톡(head stock)(40) 및 하니컴부재(30)로 구성된다. 상기 커플러(20)는 철도차량(10)의 충돌시 그 충돌에너지에 의해 가장 먼저 압괴되면서 1차적으로 충돌에너지를 흡수하고, 상기 헤드스톡(40)과 하니컴부재(30)는 커플러(20)에 의하여 흡수되지 못한 충돌에너지를 흡수하는 것으로서 충돌에너지의 대부분을 흡수하게 된다.

상기의 커플러(20) 및 헤드스톡(40)에는 철도차량(10)의 충돌시 그 충돌에너지를 흡수하기 위하여 도 2와 같은 원통형의 확관식 튜브완충기(400)가 설치되는데, 상기 확관식 튜브완충기(400)는 도 2와 같이 일측에 쐐기 형태의 다이(401)가 형성된 압입튜브(402)와 일측에 확관부(403)가 형성된 팽창튜브(404)가 결합하되, 상기 쐐기형태의 다이(401)가 상기 팽창튜브(404)의 확관부(403)에 접하도록 결합된다.

상기 확관식 튜브완충기(400)는 철도차량 전두부의 커플러(20) 및 헤드스 톡(40)에 설치되되, 도 3과 같이 압입튜브(402)의 다이(401)가 팽창튜브(404)의 확관부(403)에 접하도록 설치되고, 철도차량의 충돌시 도 4와 같이 압입튜브(402)의 일측에 형성된 쐐기 형태의 다이(401)가 팽창튜브(404)의 내부에서 길이방향으로 진행하면서 다이(401)가 팽창튜브(404)를 원주방향으로 확관시키면서 철도차량의 충돌시 발생하는 충돌에너지를 팽창튜브(404)를 확관시키는 소성 변형에너지로 변환하여서 충돌에너지를 흡수, 완충하는 것이다.

그러나, 상기와 같은 확관식 튜브완충기(400)는 팽창튜브(404)와 같은 길이의 압입튜브(402)가 필요하기 때문에, 이러한 확관식 튜브완충기(400)를 철도차량에 설치하기 위해서는 팽창튜브(400) 길이의 두 배에 해당하는 많은 설치공간이 필요한 문제점이 있었다.

물론, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 출원인은 등록특허 제0916598호를 제시한 바 있다. 이는 철도차량용 티어링 튜브완충기에 관한 것으로, 다이가 티어링튜브를 절개하되, 상기 다이의 일측에는 팽창경사부가 연장 형성되고, 상기 팽창경사부 선단에는 안내부가 돌출 형성되며, 상기 다이에는 상기 티어링튜브를 절개하는 블레이드가 형성되어, 철도차량의 충돌사고시에 다이가 티어링튜브를 확관시키고, 상기 티어링튜브 확관과 동시에 확관된 티어링튜브를 다이의 외주면에 형성된 블레이드가 절개하도록 구성된 것으로서, 종래 튜브완충기에 비해 더 많은 충돌에너지를 흡수할 수 있으며, 동일한 충돌에너지 흡수량을 전제로 한다면 본 발명의 티어링 튜브완충기가 종래의 튜브완충기에 비하여 길이를 짧게 구성할 수 있기 때문에 설치공간이 적게 소요되는 효과가 있다.

그런데, 상기 등록특허 제0916598호의 티어링 튜브완충기는 철도차량의 충돌사고시에 1차로 다이가 티어링 튜브를 강재 확관시키고, 2차로 다이의 외주면에 형성된 블레이드가 강재 확관된 티이링 튜브를 절개하는 구성으로 이루어져 있어, 튜브의 확관시에 고르게 분산된 힘이 가해지지 않는 경우 튜브의 단부 일측이 불균일하게 찢어질 우려가 있고, 튜브가 블레이드에 의해 재단되는 경우 균일하게 티어링(찢어짐)되지 못해 충돌에너지의 흡수 효율이 저감되는 구조적인 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 충격 흡수용 튜브의 확관 및 티어링(tearing) 공정이 순차적으로 진행되도록 하여 충돌로 인한 충돌에너지를 효율적으로 흡수할 수 있는 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기를 제공함에 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 철도차량의 전두부 충격흡수장치와 차량정지장치 등에 용이하게 장착할 수 있고, 철도차량이 충돌하는 경우 충격을 원활하게 흡수하여 철도차량의 파손을 최소화함은 물론 인명피해 역시 최소화할 수 있는 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기를 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

물리적인 충격이 가해지면 전진되는 펀치셋과; 상기 펀치셋이 전진시에 확관 및 티어링이 순차적으로 진행되며 충돌에너지를 흡수하는 충격흡수용 튜브;로 구성되는 것을 특징으로 하는 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기를 제공한다.

이때, 상기 충격흡수용 튜브는; 원통형 몸체의 전단에 직경이 확장되는 초기확관부가 형성되고, 상기 초기확관부의 테두리에는 일정간격을 유지하며 초기컷이 형성되며, 상기 초기컷이 연장되어 원통형 몸체의 전후방향으로 티어링이 용이하도록 취약홈이 형성되어서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 펀치셋은; 상기 충격흡수용 튜브의 확관을 위한 펀치헤드와, 상기 펀치헤드에 의해 확관된 충격흡수용 튜브를 티어링하기 위한 티어링 다이와, 상기 펀치헤드 및 티어링 다이가 고정되며 충격하중이 가해지는 샤프트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 펀치헤드는 완만한 확관경사면을 가지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 티어링 다이는 상기 펀치헤드를 거치면서 확관된 충격흡수용 튜브를 티어링이 발생하도록 하기 위해 완만한 곡률을 가지는 티어링경사면이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 사프트의 중앙 외주면에는 지지돌부가 형성되고, 상기 티어링 다이는 링형상으로 이루어져 상기 샤프트에 끼워져 상기 지지돌부에 밀착되고, 상기 샤프트의 전단부에는 상기 펀치헤드가 체결되고, 상기 펀치헤드는 샤프트의 단부에 고정핀으로 체결 고정된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 충격흡수용 튜브를 확관 및 티어링 공정을 순차적이면서도 독립적으로 2단계로 나누어 충격을 흡수함으로써 충돌에너지 흡수 능력을 극대화함은 물론, 충격흡수용 튜브가 균일하게 티어링됨으로 인해 충돌에너지의 흡수 효율도 높다.

특히, 본 발명은 철도차량의 전두부 충격흡수장치와 열차의 정지를 위해 선로에 설치되는 차량정지장치에 적용하는 경우 충격을 원활하게 흡수하여 철도차량 의 파손을 최소화함은 물론 인명 피해 역시 최소화할 수 있는 장점도 있다.

본 발명에 따른 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기를 첨부한 도면을 참고로 하여 이하에 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

이때, 도 5는 본 발명에 따른 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 에너지 흡수용 튜브를 확대 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 펀치셋을 확대 도시한 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 펀치셋의 단면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 튜브 완충기의 확관 및 티어링 과정을 순차적으로 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기의 설치 예를 도시한 도면이다.

도 5 내지 도 10에 의하면, 본 발명에 따른 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기(100)는 철도차량의 전두부에 설치되는 차량 전두부 충격흡수장치에 설치되는 것으로, 철도선로(미도시됨) 상에 철도차량을 강제로 정지시키기 위해 설치되는 차량정지장치에도 적용될 수 있으며, 차량 전두부(1)의 프레임(11)상에 설치되어, 철도차량이 충돌시에 철도차량의 파손이나 인명피해 등을 최소화하기 위해 충돌에너지를 흡수하게 된다.

좀 더 구체적으로는 본 발명에 따른 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완 충기(100)는 상기 차량 전두부(1)의 프레임(11)의 원하는 위치에 구비될 수 있는 것으로, 도면에 도시된 바와 같이 차량 전두부(1)의 정면에 철도차량 또는 장애물이 충돌하는 경우 가해지는 물리적 충격을 흡수하기 위해 전후방향으로 본 발명에 따른 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기(100)가 설치될 수 있다.

물론, 이와 같은 본 발명에 따른 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기(100)는 철도차량의 충돌로 인한 충격을 흡수하는 것에 한정되지 않는 것으로, 자동차 등의 교통수단이 이동하는 도로나 교량 등과 같이 충돌 사고가 빈번하게 일어날 수 있는 지역의 완충 장치나 진입금지 장치 등에도 적용될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기를 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기(100)는 물리적인 충격이 가해지면 전진되는 펀치셋(110)과, 상기 펀치셋(110)이 전진시에 확관과 티어링(찢어짐)이 순차적으로 진행되며 충돌에너지를 흡수하는 충격흡수용 튜브(120)로 구성된다.

즉, 본 발명은 충격흡수용 튜브(120)의 확관과 티어링(찢어짐) 공정의 순차적인 진행을 통하여 에너지를 흡수하는 장치로서, 확관과 티어링 공정이 각각 순차, 독립적으로 발생하도록 초기확관부(122), 초기컷(124), 취약홈(126)을 갖는 충격흡수용 튜브(120)와, 물리적인 힘에 의하여 상기 충격흡수용 튜브(120)의 확관과 티어링을 순차적으로 진행하도록 고안된 펀치셋(110)으로 구성된다.

이때, 상기 충격흡수용 튜브(120)는 열차의 충돌 등으로 인해 충격이 가해질 경우 전단부로 부터 서서히 확관 공정에 의하여 1차로 에너지를 흡수한 후 티어링 공정에 의하여 2차로 에너지를 흡수한다.

이와 같은 충격흡수용 튜브(120)는 금속재로 이루어지는 원통형 몸체(121)의 전단에는 직경이 확장되는 초기확관부(122)가 형성되고, 상기 초기확관부(122)의 테두리에는 일정간격을 유지하며 초기컷(124)이 형성되며, 상기 초기컷(124)이 연장되어 원통형 몸체(121)의 전후방향으로 티어링이 용이하도록 취약홈(126)이 형성된다.

즉, 상기 충격흡수용 튜브(120)는 티어링 공정 중 충격흡수용 튜브(120) 내부에서 티어링이 임의의 위치에서 발생하지 않고 정해진 초기위치로부터 시작되도록 하기 위해 다수의 초기컷(124)이 일정간격을 유지하며 형성되고, 각각의 초기컷(124)에서 발생한 티어링이 후방으로 직진하여 진행하도록 취약홈(126)을 형성함으로써 티어링을 유도한다.

이때, 취약홈(126)에서 찢어짐이 발생하지 않도록 적절한 홈 깊이를 유지해야 함은 당연하며, 이러한 티어링 공정은 확관 공정 후에 이루어져야 하는데 확관 공정 중 티어링이 발생하면 티어링 공정이 적절히 발생하지 않으므로 이를 피하기 위하여, 초기확관부(122)가 구비된다.

이와 같은 초기확관부(122)는 후술하는 펀치셋(110)의 펀치헤드(112)가 밀착될 수 있도록 형성함이 바람직하다.

이상의 초기확관부(122), 초기컷(124), 취약홈(126)의 사이즈는 충격흡수용 튜브(120)의 직경이나 길이 등의 사이즈에 따라 유동적으로 설계됨이 바람직하다.

다음으로 펀치셋(110)는 충격흡수용 튜브(120)의 확관 및 티어링 공정이 순차적으로 발생하도록 하여 충격흡수용 튜브(120)를 변형시키는 것으로, 펀치셋(110)은 열차 등의 충돌에 의한 충격으로 후방으로 진행한다.

이와 같은 펀치셋(110)은 확관 공정을 위한 펀치헤드(112)와, 상기 펀치헤드(112)에 의해 확관된 충격흡수용 튜브(120)의 초기컷(124) 및 취약홈(126)을 따라 충격흡수용 튜브(110)을 티어링하기 위한 티어링 다이(114)와, 상기 펀치헤드(112) 및 티어링 다이(114)가 고정되는 충격하중이 가해지는 샤프트(116)로 이루어진다.

이때, 상기 펀치헤드(112)는 열차 등의 충돌 에너지를 확관에 의하여 적절히 흡수하기 위해 일정한 확관비를 유지해야 하며 급격한 확관에 의하여 이 과정에서 충격흡수용 튜브(120)가 티어링 되지 않도록 완만한 확관경사면(112a)을 가진다.

또한, 상기 티어링 다이(114)는 상기 펀치헤드(112)를 거치면서 확관된 충격흡수용 튜브(120)를 더욱 급격히 확관시켜 초기컷(124) 및 취약홈(126)을 따라 티어링이 발생하도록 하는 것으로 완만한 곡률을 가지는 티어링경사면(114a)이 형성된다.

이때, 상기 티어링 다이(114)의 티어링경사면(114a)의 곡률을 적절히 완만하게 설계하여 짧은 순간 높은 반력이 열차로 작용하는 것을 방지하도록 함이 바람직하다.

한편, 상기 사프트(116)는 상기 펀치헤드(112) 및 티어링 다이(114)가 고정되며 충격이 기해지는 것으로, 상기 샤프트(116)의 중앙 외주면에는 지지돌부(116a)가 형성되어, 링(ring) 형태의 티어링 다이(114)가 끼워져 지지돌부(116a)에 밀착되고, 그 샤프트(116)의 단부에 펀치헤드(112)가 체결되고, 고정핀(117)으로 펀치헤드(112)를 샤프트(116)의 단부에 고정해 줌으로써 일체화된 펀치셋(110)을 형성하게 된다.

이하, 도 5 내지 도 10을 참고로 본 발명에 따른 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기의 작동 예를 상세히 설명한다.

먼저 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기(100)는 펀치셋(110)과, 충격흡수용 튜브(120)가 모듈화되어 있는 구조로 이루어져 공간활용이 극대화됨은 물론 설치가 매우 용이한 장점을 가지게 된다.

이와 같은 튜브 완충기(100)는 차량 전두부(1) 충격흡수장치와 철도차량을 강제로 정지시키기 위한 차량정지장치에 간단히 설치될 수 있는 것으로, 철도차량이 차량 전두부(1) 충격흡수장치에 충돌하는 경우 차량 전두부(1)의 프레임(11)을 지지하도록 설치되는 튜브 완충기(100)에 그 충격이 전달된다.

상기 펀치셋(110)의 사프트(116) 후단에 충격하중이 가해지면, 충격흡수용 튜브(120)의 초기확관부(122)와 펀치셋(110)의 펀치헤드(112) 전두부가 접촉 및 전진하게 되며, 그에 따라 충격흡수용 튜브(120)의 초기확관부(122)는 펀치헤드(112)의 확관경사면(112a)을 따라 이동하며 확관된다.

이때, 상기 충격흡수용 튜브(120)의 초기확관부(122)가 펀치헤드(112)를 따라 확관되는 과정중에는 충격흡수용 튜브(120)의 초기확관부(122) 테두리를 따라 형성된 초기컷(124)과, 그 초기컷(124)에서 연장되는 취약홈(126)에서 크랙이 발생하면 안된다.

한편, 상기 충격흡수용 튜브(120)의 전단부는 계속해서 전진하여 티어링 다이(114)의 티어링경사면(114a)을 거치면서 티어링 공정이 진행되면 이때야 비로서 충격흡수용 튜브(120)의 초기컷(124)에서 티어링이 발생되고, 펀치셋(110)이 진행하는 동안 티어링은 취약홈(126)을 따라 진행한다.

그리고, 상기 티어링된 충격흡수용 튜브(120)는 티어링 다이(114)를 따라 변형하면서 원형으로 말리면서 충격을 흡수하게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

도 1은 통상적으로 철도차량에 적용되는 전두부 충돌에너지 흡수장치의 개념도이다.

도 2는 종래의 확관식 튜브완충기의 분해 사시도이다.

도 3은 종래의 확관식 튜브완충기의 결합 단면도이다.

도 4는 종래의 확관식 튜브완충기가 압괴된 상태의 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기를 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 에너지 흡수용 튜브를 확대 도시한 사시도이다.

도 7은 본 발명에 따른 펀치셋을 확대 도시한 사시도이다.

도 8은 본 발명에 따른 펀치셋의 단면도이다.

도 9는 본 발명에 따른 튜브 완충기의 확관 및 티어링 과정을 순차적으로 도시한 도면이다.

도 10은 본 발명에 따른 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기의 설치 예를 도시한 도면이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

100: 튜브 완충기 110: 펀치셋

112: 펀치헤드 112a: 확관경사면

114: 티어링 다이 114a: 티어링경사면

116: 샤프트 120: 충격흡수용 튜브

122: 초기확관부 124: 초기컷

126: 취약홈

Claims (6)

1. 물리적인 충격이 가해지면 전진되는 펀치셋과;

   상기 펀치셋이 전진시에 확관 및 티어링이 순차적으로 진행되며 충돌에너지를 흡수하는 충격흡수용 튜브;로 구성되되,

   상기 펀치셋은;

   상기 충격흡수용 튜브의 확관을 위해 완만한 확관경사면이 형성된 펀치헤드와, 상기 펀치헤드에 의해 확관된 충격흡수용 튜브를 티어링하기 위한 티어링 다이와, 상기 펀치헤드 및 티어링 다이가 고정되며 충격하중이 가해지는 샤프트로 이루어지고,

   상기 티어링 다이는 상기 펀치헤드를 거치면서 확관된 충격흡수용 튜브를 티어링이 발생하도록 하기 위해 완만한 곡률을 가지는 티어링경사면이 형성되며,

   상기 샤프트의 중앙 외주면에는 지지돌부가 형성되고, 상기 티어링 다이는 링형상으로 이루어져 상기 샤프트에 끼워져 상기 지지돌부에 밀착되고, 상기 샤프트의 전단부에는 상기 펀치헤드가 체결되고, 상기 펀치헤드는 샤프트의 단부에 고정핀으로 체결 고정된 것을 특징으로 하는 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 충격흡수용 튜브는;

   원통형 몸체의 전단에 직경이 확장되는 초기확관부가 형성되고, 상기 초기확관부의 테두리에는 일정간격을 유지하며 초기컷이 형성되며, 상기 초기컷이 연장되어 원통형 몸체의 전후방향으로 티어링이 용이하도록 취약홈이 형성되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 확관 및 티어링 공정을 이용한 튜브 완충기.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제

Images