일반적으로 철도차량용 안티롤바 장치는 철도차량 몸체와 대차 프레임에 설치되어, 대차 프레임에 대해 철도차량 몸체가 좌우로 기울어지는 롤링 현상을 완화하기 위한 장치이다.
종래의 철도차량용 안티롤바 장치(이하, '안티롤바 장치'라 한다)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 철도차량 대차(TR)의 대차 프레임(TF) 하부에 설치된 하우징(10), 이 하우징(10) 내부의 압착부재에 의해 압착 지지되는 안티롤바(20), 안티롤바(20)의 양단에 단단히 압입 고정되는 한 쌍의 암(30), 한 쌍의 암(30)과 철도차량 몸체를 각각 연결하는 한 쌍의 로드(40)로 구성된다.
여기서, 철도차량 몸체에 롤링 현상이 발생하면, 롤링 현상에 의한 하중이 한 쌍의 로드(40)를 통해 한 쌍의 암(30)에 인가되면서 안티롤바(20)에는 회전력이 인가된다. 이때, 압착부재가 탄성 비틀림 변형하여 안티롤바(20)의 회전이 억제됨으로써, 철도차량 몸체의 롤링 현상이 완화된다.
이러한 종래의 안티롤바 장치는, 안티롤바(20), 한 쌍의 암(30) 및 한 쌍의 로드(40)가 모두 견고하게 조립된 상태에서 하우징(10)에 의해 지지되게 대차 프레임(TF) 하부에 설치되므로, 대차 프레임(TF) 하부에 안티롤바 장치를 설치하기 위한 공간이 필수적으로 필요한 한계가 있다.
따라서 철도차량용 대차의 종류에 따라 대차 프레임 하부에 집전장치, 제동장치 등이 밀집되게 설치되어 안티롤바 장치가 설치될 공간이 없는 경우가 있는데, 이런 경우에는 대차 프레임의 양쪽 끝단에 앤드빔을 설치한 후, 집전장치나 제동장치 등을 이 앤드빔을 이용해 이동 취부함으로써 안티롤바 장치가 설치될 수 있는 공간을 확보한다.
그러나 이러한 방식을 취할 경우, 대차 프레임의 양쪽 끝단에 별도의 앤드빔이나 브래킷을 설치하고, 이를 통해 집전장치나 제동장치를 돌출 구비하므로, 대차의 중량이 증가하고 구조적으로 취약한 문제점이 있다. 또한, 안티롤바 장치를 대차 프레임에 장착하기 위한 공수가 많이 필요한 단점이 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 그 범위가 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 철도차량용 안티롤바 장치는, 철도차량 몸체와 대차 프레임에 설치되어 대차 프레임에 대해 철도차량 몸체가 좌우로 기울어지는 롤링 현상을 완화하는 장치이다.
이하, 첨부된 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 철도차량용 안티롤바 장치(이하, '안티롤바 장치'라 한다)의 구성 및 작용효과를 구체적으로 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 안티롤바 장치는, 안티롤바(100), 한 쌍의 압착부재(200), 한 쌍의 암부(300), 한 쌍의 가압고정부(400) 및 한 쌍의 로드부(500)를 포함한다.
상기 안티롤바(100)는 철도차량 몸체의 롤링에 의해 로드부(500)에 인가되는 하중이 암부(300)를 통해 토크로 변환되면, 그 토크에 의한 회전력을 받는 막대 형 상의 부재이다.
상기 안티롤바(100)는 양단부에 연결된 한 쌍의 암부(300)를 통해 회전력을 전달받는데, 철도차량 몸체에 롤링이 발생하면 그 좌측과 우측 중 어느 한 측은 상승하고 다른 한 측은 하강하므로, 안티롤바(100)의 양단부에는 서로 다른 방향의 회전력이 인가된다.
이러한 회전력은 안티롤바(100)에 비틀림 탄성 변형을 가져오고, 이러한 변형에 의한 안티롤바(100)의 탄성력은 해당 회전력을 억제하여 철도차량 몸체의 롤링을 완화한다.
상기 안티롤바(100)는 대차 프레임(TF)에 철도차량의 폭 방향 수평으로 구비된 트랜솜 파이프(TP)의 내부를 관통하여 그 양단부가 대차프레임(TF) 양측의 설치홀(TF')을 통해 돌출되게 설치된다. 상기 안티롤바(100)가 트랜솜 파이프(TP)의 내부에 설치될 때에는 그 일단이 상기 설치홀(TF') 중 어느 하나를 통해 삽입됨으로써 설치된다.
상기 압착부재(200)는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 대차 프레임(TF)의 설치홀(TF')의 외측부에 각각 나사(SC)를 통해 고정되는 하우징(210)의 수용홈(211) 내부에 구비되어 안티롤바(100)의 외주면을 압착 지지한다. 상기 안티롤바(100)는 이 한 쌍의 압착부재(200)에 의해 그 양단부가 각각 압착 지지되어, 대차 프레임(TF)에 고정된다.
그리고 상기 압착부재(200)는 고무, 수지 등의 탄성을 갖는 재질로 이루어져 철도차량 몸체의 롤링에 의해 안티롤바(100)에 회전력이 인가되면 안티롤바(100)와 같이 탄성 비틀림 변형을 일으키고 이러한 변형에 의한 탄성력으로 안티롤바(100)의 회전을 억제하여 철도차량 몸체의 롤링을 완화시키는 역할을 한다.
상기 암부(300)는 철도차량 몸체의 롤링에 의해 로드부(500)에 수직으로 인가되는 하중을 토크로 변환시켜 안티롤바(100)에 전달한다. 이를 위해, 상기 암부(300)는 도 2에 도시된 바와 같이, 소정의 막대 형상을 가지며, 그 일단은 안티롤바(100)에 고정 결합되고, 그 타단은 회동 가능하게 힌지(H)를 통해 로드부(500)에 결합된다.
상기 암부(300)는 철도차량의 폭 방향 좌측과 우측을 각각 담당하도록 한 쌍이 구비되고, 이 한 쌍의 암부(300)는 각각 안티롤바(100)의 양단부에 고정 결합된다.
한편, 전술된 바와 같이 안티롤바(100)가 안티롤바(100)의 단면적에 대응되는 작은 크기의 설치홀(TF')을 통해 일단이 삽입되는 방식으로 트랜솜 파이프(TP)에 설치되므로, 한 쌍의 암부(300) 중에서 적어도 하나는 안티롤바(100)로부터 분리 가능하게 구비되면서도, 다시 장착되었을 때 안티롤바(100)에 견고하게 고정될 수 있어야 한다.
이러한 조건을 충족시키기 위해, 상기 안티롤바(100)의 단부는 그 끝단으로 갈수록 단면적이 작아지도록 외주면이 경사지게 형성되고, 안티롤바(100)의 단부가 삽입되도록 암부(300)의 일단에 구비된 고정홀(310)은 그 내주면이 안티롤바(100) 단부의 외주면 형상에 대응되도록 역시 경사지게 형성된다.
따라서 안티롤바(100)의 단부가 고정홀(310)에 삽입되면 안티롤바(100)의 단 부 외주면과 고정홀(310)의 내주면이 밀착 접촉된다. 이때, 후술되는 가압고정부(400)가 암부(300)를 강하게 안티롤바(100) 측으로 가압하면, 안티롤바(100)의 단부가 고정홀(310)에 강하게 압입되면서, 안티롤바(100) 단부의 외주면과 고정홀(310) 내주면 사이에 작용하는 수직 항력이 증가하면서 마찰력이 증대되어, 안티롤바(100)가 암부(300)에 견고하게 압입 고정된다.
또한, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 안티롤바(100)의 단부 외주면에는 제1키홈(120)이 형성되고, 고정홀(310)의 내주면에는 제1키홈(120)에 대응되게 제2키홈(311)이 형성되며, 이 제1ㆍ제2키홈(120, 311)에는 고정키(130)가 설치됨으로써, 안티롤바(100)와 암부(300) 간에 미끄러짐이 발생하는 것을 원천적으로 차단한다.
그러므로 한 쌍의 암부(300)를 통해 전달되는 회전력이 안티롤바(100)에 손실 없이 전달될 수 있고, 안티롤바(100)와 압착부재(200)는 이 회전력을 효과적으로 완화할 수 있다.
상기 한 쌍의 가압고정부(400)는 전술된 바와 같이 한 쌍의 암부(300)를 각각 강하게 안티롤바(100) 측으로 가압함으로써, 안티롤바(100)의 단부가 고정홀(310)에 강하게 압입 고정될 수 있게 한다.
이를 위해, 한 쌍의 가압고정부(400)는 가압부재(410) 및 고정나사(420)를 각각 포함하여 이루어진다. 상기 가압부재(410)는 중심부에 고정나사(420)가 체결될 수 있는 나사홀(412)이 형성된 소정의 플레이트 형상을 가지며, 도 5에 도시된 바와 같이, 그 일면의 외주부를 따라 암부(300)의 고정홀(310) 주변부와 접촉되는 돌출면(411)을 갖는다.
상기 고정나사(420)는 가압부재(410)의 나사홀(412)을 통해 안티롤바(100)의 고정홈(110)에 체결된다. 이 고정나사(420)의 고정홈(110)에 대한 체결 강도에 비례하여 고정나사(420)의 머리가 가압부재(410)를 안티롤바(100) 측으로 강하게 가압하게 되는데, 이렇게 가압부재(410)가 안티롤바(100) 측으로 가압되면 그 가압력을 돌출면(411)을 통해 암부(300)에 전달함으로써 암부(300)가 안티롤바(100) 측으로 가압된다.
따라서 안티롤바(100)의 단부가 암부(300)의 고정홀(310)에 강하게 압입되면서 안티롤바(100)와 암부(300)가 견고하게 고정될 수 있다.
그리고 상기 가압부재(410)는 고정홀(310)의 외측 방향을 폐쇄함으로써 분진이나 빗물 등이 유입되지 않도록 차단하는 덮개부재의 역할도 수행하며, 고정키(130)가 이탈되지 않도록 하는 보호부재의 역할도 수행하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 가압고정부(400)는 가압부재(410)와 고정나사(420)로 구비되었으나 그 구현방식이 이에 한정되는 것은 아니며, 암부(300)를 안티롤바(100)에 탈착할 수 있는 구조에 대해서도 전술된 실시예와 같이 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.
상기 한 쌍의 로드부(500)는 막대 형상을 가지며 수직으로 배치되고, 그 상단부와 하단부는 각각 철도차량 몸체의 좌측과 우측 및 한 쌍의 암부(300)에 회동 가능하게 각각 힌지(H)로 연결된다. 따라서 철도차량 몸체가 롤링 현상으로 좌우로 기울어지면 그에 따라 로드부(500)에 인가되는 수직 하중을 암부(300)에 전달하는 역할을 한다.
본 발명에 따른 안티롤바 장치에 있어서, 암부(300)가 안티롤바(100)에 탈착될 수 있는 구조는, 한 쌍의 암부(300) 중 어느 하나에만 구현될 수 있고, 둘 모두에 구현될 수도 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 안티롤바 장치의 설치 순서, 동작 및 사용 상태를 구체적으로 설명한다.
먼저, 상기 안티롤바 장치를 대차 프레임(TF)에 설치하기 위해서는 한 쌍의 암부(300) 중 어느 하나는 안티롤바(100)에서 분리되고 다른 하나는 결합된 상태로, 해당 암부(300)가 분리된 안티롤바(100)의 일단부를 설치홀(TF')을 통해 트랜솜 파이프(TP) 내부로 삽입한다.
그리고 안티롤바(100)의 해당 일단부가 반대측 설치홀(TF')을 통해 돌출될 때까지 삽입하여, 안티롤바(100)가 트랜솜 파이프(TP) 내부에 완전히 위치되게 한 상태에서, 한 쌍의 하우징(210)과 한 쌍의 압착부재(200)를 설치홀(TF')의 외측 주변부에 설치하여, 한 쌍의 압착부재(200)가 안티롤바(100)의 양단부를 압착 지지하게 한다.
이 상태에서 상기 암부(300)를 안티롤바(100)의 해당 단부에 결합한다. 이때, 해당 단부의 외주면에 형성된 제1키홈(120) 및 암부(300)에 형성된 고정홀(310) 내주면의 제2키홈(311)에 고정키(130)를 설치하고, 가압부재(410)의 나사홀(412)을 통해 안티롤바(100)의 고정홈(110)에 고정나사(420)를 체결한다.
이 고정나사(420)가 고정홈(110)에 체결되는 강도에 따라 고정나사(420)의 머리가 가압부재(410)를 안티롤바(100) 측으로 가압하게 되고, 이에 따라 서로 대응되도록 경사지게 형성되어 접촉되는 안티롤바(100)의 단부 외주면과 암부(300)의 고정홀(310) 내주면이 강하게 밀착되면서, 안티롤바(100)와 암부(300)가 견고하게 압입 고정된다.
이처럼 본 발명에 따른 안티롤바 장치는 대차 프레임(TF) 하부에 장착되는 방식이 아닌, 안티롤바(100)가 트랜솜 파이프(TP)에 내장되는 방식을 취함으로써, 대차 프레임(TF) 하부에 공간이 협소하거나 없는 경우에도 용이하게 설치될 수 있다.
한편, 철도차량이 운행되면서 철도차량 몸체에 롤링이 발생하면서 좌측 또는 우측으로 기울어지면, 그 기울어짐에 따라 수직 하중을 한 쌍의 로드부(500)가 받는다. 한 쌍의 로드부(500)는 이 수직 하중을 각각 연결된 한 쌍의 암부(300)에 전달하고 한 쌍의 암부(300)는 이를 토크로 변환하여 안티롤바(100)에 전달함으로써 안티롤바(100)에 회전력이 인가되게 한다.
이때, 철도차량 몸체의 롤링에 의해 철도차량 몸체의 좌측과 우측 중 어느 한 측은 상승하고 다른 한 측은 하강하게 되는데, 이에 따라 한 쌍의 로드부(500) 중 어느 하나는 상승하고, 다른 하나는 하강한다.
그러므로 안티롤바(100)의 양단부에는 서로 다른 방향의 회전력이 인가되고, 이는 안티롤바(100)와 압착부재(200)에 비틀림 탄성 변형을 초래하는데, 이러한 변형에 의한 탄성력이 안티롤바(100)의 회전을 억제하여 철도차량 몸체의 롤링을 효 과적으로 완화시키게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 안티롤바 장치에 의하면, 안티롤바(100)의 일단 또는 양단의 암부(300)가 안티롤바(100)에 탈착될 수 있게 구비되고, 안티롤바(100)가 대차 프레임(TF)에 구비된 트랜솜 파이프(TP) 내부에 관통하여 위치될 수 있으므로, 대차 프레임(TF)의 하부에 설치 공간이 협소하거나 없는 대차에도 용이하고 신속하게 설치될 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부되어 있는 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.