KR101318402B1 - 무궤도 열차의 객차프레임 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무궤도 열차의 객차프레임 조향장치에 관한 것으로, 객차프레임, 상기 객차프레임에 설치된 전륜축과 전륜축 양단에 구비된 전륜, 상기 전륜과 간격을 두고 객차프레임에 설치된 후륜축과 후륜축 양단에 구비된 후륜, 상기 전륜축에 회전가능하게 고정된 프론트벨크랭크, 상기 후륜축에 회전가능하게 고정된 리어벨크랭크, 상기 프론트벨크랭크의 움직임에 따라 상기 전륜을 조향하는 프론트조향로드, 상기 리어벨크랭크의 움직임에 따라 상기 후륜을 조향하는 리어조향로드, 상기 프론트벨크랭크의 양측면에 돌출형성된 프론트우측아암과 프론트좌측아암, 상기 리어벨크랭크의 양측면에 돌출형성된 리어우측아암과 리어좌측아암, 상기 프론트우측 및 좌측아암 중 어느 하나와 상기 리어우측 및 좌측아암 중 어느 하나를 연결하되 서로 엇갈리게 결속하여 4륜 조향을 유도하는 전후륜연동로드, 상기 객차프레임을 견인하도록 견인차에 링크된 견인로드를 포함하는 무궤도 열차에 있어서; 상기 견인로드의 선단은 일정경사를 갖고 상향 절곡되게 형성된 상태로 견인차에 링크되고; 상기 견인로드의 후단은 상기 객차프레임의 하부에 배치된 상태로 상기 프론트벨크랭크에 직접 링크된 것을 특징으로 하는 무궤도 열차의 객차프레임 조향장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 조향동력 전달 구조가 간단하고 단순하여 제어가 용이하고, 응답성이 빠르며, 후행 객차의 반경방향 미끄러짐 현상인 잭나이프 현상이 극소화되어 탑승 안정성 및 주행 안전성을 확보하고, 제조 및 유지 관리 비용이 줄어드는 효과를 얻을 수 있다.

Description

무궤도 열차의 객차프레임 조향장치{STEERING MACHANISM OF PASSENGER CAR FRAME USING TRACKLESS TRAIN}

본 발명은 무궤도 열차의 객차프레임 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 객차프레임의 벨크랭크에 견인로드를 직접 연결하여 응답속도를 높이고, 응력집중에 따른 연동로드의 파손을 방지하며, 부품수를 줄여 구조적으로 간소화시킨 무궤도 열차의 객차프레임 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로, 무궤도 열차는 놀이공원 등에서 관람객의 운송을 위해 운행되는 소위 로드 트레인(Road Train)과 같은 것으로, 엔진이 탑재된 동력 견인차와 이 견인차에 복수 량의 무동력 객차를 연결하여 운행된다.

그러나 종래의 무궤도 열차는 견인차로서 전륜만 조향되는 2륜조향차량을 사용하고, 객차는 4륜 모두 조향되지 않는 차량을 사용하고 있으므로 객차가 견인차의 궤도를 정확히 추종하지 못하고 그 궤도를 벗어나게 되어 주변의 시설물이나 관람객과 접촉 또는 추돌하는 등의 안전사고를 초래하는 문제점이 있었다.

이에, 이를 개량하기 위해 등록특허 제0865515호가 개시된 바 있다.

상기 등록특허는 견인차와 객차가 동일한 트랙을 따라 주행할 수 있도록 4륜 모두 동시 조향되도록 한 것이다.

통상, 4륜 조향은 2륜 조향에 비해 저속에서 차량을 매우 용이하게 조종할 수 있고, 고속 주행시에도 차량의 안정성(Stability), 핸들링(Handling) 및 조정성(Control)을 향상시켜 주며, 특히 미끄러짐에 의한 차량 뒤쪽의 흔들림을 줄여 안정된 주행을 가능하게 하여 주는 장점을 갖는다.

그런데, 상기 등록특허는 도 1의 예시와 같이, 견인차로부터 객차프레임(F)의 후륜(30)을 조향하기 위한 리어벨크랭크(34)까지 조향동력이 전달되는 경로는 3단 링크구조를 가지고 있어 구조가 복잡하고, 다수의 부품 결합을 통해 조향동력이 전달되도록 구성되어 있기 때문에 조립공차 등을 감안할 때 응답성이 떨어지며, 이로 인해 내리막길 선회시 후행 객차가 횡방향으로 미끄러지는 잭나이프 현상을 줄일 수 없는 단점이 있다.

예컨대, 종래에는 견인차에 링크된 견인로드(10)의 단부가 객차프레임(F)의 선단면 중앙에 구비된 히치부(14)에 링크되고, 히치부(14)에 링크된 견인로드(10)의 단부에 구비된 연동아암(12)에 연동로드(L1)가 연결되며, 연동로드(L1)의 단부는 전륜(20)을 조향하기 위해 전륜축(22)에 구비된 프론트벨크랭크(24)의 프론트우측아암(26)에 링크되고, 프론트좌측아암(28)에는 전후륜연동로드(L2)의 일단이 링크되며, 전후륜연동로드(L2)의 타단은 후륜(30)이 고정된 후륜축(32)의 리어벨크랭크(34) 상의 리어우측아암(36)에 링크된다.

그리고, 프론트벨크랭크(24) 및 리어벨크랭크(34)에는 각각 전륜(20)의 양측, 후륜(30)의 양측을 조향하기 위한 프론트조향로드(R1) 및 리어조향로드(R2)가 링크된다.

그리하여, 견인로드(10)가 도시와 같이 선회방향으로 기울어지면 연동아암(12)이 당겨지면서 연동로드(L1)를 당기게 되고, 이와 링크된 프론트벨크랭크(24)가 회전되면서 전후륜연동링크(L2)를 밀게 되며, 전후륜연동링크(L2)의 밀림은 리어벨크랭크(34)를 프론트벨크랭크(24)와 반대방향으로 회전시켜 결국 전륜(20)과 후륜(30)이 선회될 반경을 추종하도록 제어하게 된다.

이와 같이, 종래 구조는 견인로드(10)로부터 후륜(30)까지 도달하는 조향동력의 경로가 3단 링크 구조로 이루어져 있기 때문에 길고 복잡하여 응답성이 떨어지는데, 이를 테면 이들 링크들의 조립공차가 1mm 씩 차이 난다고 가정했을 때 후륜(30)의 반응은 적어도 3초 정도 더디게 나타날 것이므로 구조적으로 문제가 있다.

더구나, 조향동력을 전달하기 위한 부품이 너무 많아 유지 보수 및 관리도 힘들 뿐만 아니라, 비용도 증가되며, 무엇보다도 응답성이 떨어지기 때문에 특히, 내리막길 선회시 후행 객차가 반경방향으로 미끄러지는 현상, 즉 소위 잭나이프 현상이라고 일컬어지는 문제가 발생되어 객차에 탑승하고 있는 승객의 안전은 물론 차량의 주행안정성이 떨어지고, 심할 경우 전복사고의 위험도 있어 개선이 요구되고 있다.

뿐만 아니라, 종래 조향동력 전달 구조는 싱글 링크 구조이기 때문에 응력 집중에 의한 연동로드(L1), 특히 전후륜연동로드(L2)의 파단 가능성이 높아 견인차의 과도한 선회시 후행 객차의 안전성을 보장할 수 없다는 점도 제기되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 4륜 조향형 객차프레임에서 복잡 다대한 링크 연결구조로 인해 유발되는 낮은 응답성 및 그에 따른 잭나이프 현상을 해소하고, 객차 안전성 및 주행 안정성이 더욱 향상되며, 조향 동력 전달 구조를 간소하시켜 제조비용은 물론 유지 관리 비용을 줄이며, 내구성도 향상시킨 무궤도 열차의 객차프레임 조향장치를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 객차프레임, 상기 객차프레임에 설치된 전륜축과 전륜축 양단에 구비된 전륜, 상기 전륜과 간격을 두고 객차프레임에 설치된 후륜축과 후륜축 양단에 구비된 후륜, 상기 전륜축에 회전가능하게 고정된 프론트벨크랭크, 상기 후륜축에 회전가능하게 고정된 리어벨크랭크, 상기 프론트벨크랭크의 움직임에 따라 상기 전륜을 조향하는 프론트조향로드, 상기 리어벨크랭크의 움직임에 따라 상기 후륜을 조향하는 리어조향로드, 상기 프론트벨크랭크의 양측면에 돌출형성된 프론트우측아암과 프론트좌측아암, 상기 리어벨크랭크의 양측면에 돌출형성된 리어우측아암과 리어좌측아암, 상기 프론트우측 및 좌측아암 중 어느 하나와 상기 리어우측 및 좌측아암 중 어느 하나를 연결하되 서로 엇갈리게 결속하여 4륜 조향을 유도하는 전후륜연동로드, 상기 객차프레임을 견인하도록 견인차에 링크된 견인로드를 포함하는 무궤도 열차에 있어서; 상기 견인로드의 선단은 일정경사를 갖고 상향 절곡되게 형성된 상태로 견인차에 링크되고; 상기 견인로드의 후단은 상기 객차프레임의 하부에 배치된 상태로 상기 프론트벨크랭크에 직접 링크된 것을 특징으로 하는 무궤도 열차의 객차프레임 조향장치를 제공한다.

이때, 상기 전후륜연동로드 외에 전후륜보조연동로드를 더 구비하되, 상기 전후륜보조연동로드는 상기 전후륜연동로드와 크로스되게 교차 배열되고, 상기 전후륜연동로드는 상기 프론트좌측 및 우측아암과 상기 리어좌측 및 우측아암의 상부면에 링크되며, 상기 전후륜보조연동로드는 상기 프론트좌측 및 우측아암과 상기 리어좌측 및 우측아암의 하부면에 링크되게 하여 상호 간섭되지 않게 배열된 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 조향동력 전달 구조가 간단하고 단순하여 제어가 용이하고, 응답성이 빠르며, 후행 객차의 반경방향 미끄러짐 현상인 잭나이프 현상이 극소화되어 탑승 안정성 및 주행 안전성을 확보하고, 제조 및 유지 관리 비용이 줄어드는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 조향장치가 설치된 무궤도 열차 객차프레임의 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 조향장치가 설치된 무궤도 열차 객차프레임의 예시적인 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 조향장치가 설치된 무궤도 열차 객차프레임의 예시적인 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 조향장치가 설치된 무궤도 열차 객차프레임의 예시적인 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 조향장치가 설치된 무궤도 열차 객차프레임의 요부 확대사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 조향장치가 설치된 무궤도 열차 객차프레임의 동작예를 보인 예시도이다.
도 7은 본 발명 다른 예에 따른 조향장치가 설치된 무궤도 열차 객차프레임의 예시도이다.
도 8은 도 7의 요부를 확대하여 보인 예시도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무궤도 열차의 객차프레임 조향장치는 객차프레임(100)을 포함한다.

상기 객차프레임(100)은 그 상부에 객차(미도시)가 설치되어 승객이 탑승할 수 있도록 하는 객차의 주된 뼈대이다.

그리고, 상기 객차프레임(100)에는 이를 회전이동시킬 수 있도록 한 쌍의 전륜(200)과 후륜(300)이 구비되며, 이들은 각각 전륜축(210)과 후륜축(310)에 조립되어 회전구동될 수 있도록 구성된다.

이때, 상기 전륜(200)과 후륜(300)은 통상적인 드럼브레이크, 휠, 타이어, 서스펜션 등을 포함하지만, 이는 차량에 구비되어야 하는 당연한 사항이므로 구체적인 설명은 생략한다.

아울러, 상기 전륜축(210)에는 견인로드(400)가 링크되고, 상기 견인로드(400)는 도시하지 않은 견인차에 연결된다.

즉, 본 발명에서는 기존처럼 연동로드(L1, 도 1 참고)를 경유하지 않고 상기 견인로드(400)가 상기 전륜축(210)에 직접 연결되는 것이 특징이다.

또한, 상기 견인로드(400)로부터 받은 조향동력은 전후륜연동로드(500)를 통해 곧바로 후륜(300)에 전달되도록 구성된다.

때문에, 기존처럼 3단 링크구조가 아니라, 2단 링크구조를 갖추게 되므로 그 만큼 부품수를 줄일 수 있고, 조립 공차를 줄일 수 있어 그 만큼 응답성을 높일 수 있다.

이와 같은 조향동력 전달 구조를 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 견인로드(400)는 기존과 달리 객차프레임(100)의 하부에 위치하므로 견인차와의 링크를 위해 선단 일부가 상향 절곡된 형태로 구성된다.

그리고, 상기 견인로드(400)의 후단은 프론트벨크랭크(220)에 직접 연결된다.

이때, 상기 견인로드(400)의 후단은 고정핀(410, 도 5 참고)을 통해 상기 프론트벨크랭크(220)에 유동성을 갖고 힌지 고정되며, 상기 프론트벨크랭크(220)에서 돌출된 고정편(230)에는 프론트조향로드(240)가 한 쌍의 전륜(200) 각각에 링크된다.

또한, 상기 프론트벨크랭크(220)는 전륜축(210)에 힌지고정되어 좌우방향으로 회전 가능하게 구성되는데, 이는 기존과 같다.

뿐만 아니라, 상기 프론트벨크랭크(220)의 양측면에는 각각 프론트우측아암(250)과 프론트좌측아암(260)이 돌출 형성된다.

한편, 후륜축(310)에도 전류축(210)과 동일한 구성으로, 리어벨크랭크(320)가 설치되고, 상기 리어벨크랭크(320)의 양측면에는 리어우측아암(350)과 리어좌측아암(360)이 돌출 형성되며, 상기 리어벨크랭크(320)의 후면에 돌출된 부분에는 한 쌍의 후륜(300)을 동시 조향하기 위한 리어조향로드(340)가 링크되고 그 타단은 상기 후륜(300)에 연결된다.

그리고, 상기 프론트좌측아암(260)과 상기 리어우측아암(350) 간에는 전후륜연동로드(500)가 링크된다.

즉, 서로 엇갈린 상태로 링크되는데, 상기 프론트좌측아암(260)과 상기 리어우측아암(350) 간을 연결하는데 그치지 않고, 그 반대인 상기 프론트우측아암(250)과 상기 리어좌측아암(350) 간을 연결할 수도 있음은 물론이다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 다음과 같은 작동관계를 갖는다.

예컨대, 도 3 및 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 객차프레임이 일정곡률을 따라 선회하게 되면 견인로드(400)는 도시된 예를 기준으로 반시계방향으로 회전되게 된다.

그러면, 견인로드(400)의 일단이 링크된 프론트벨크랭크(220)는 회전축(H, 도 5 참조)을 중심으로 견인로드(400)와 함께 반시계방향으로 회전되게 되며, 이에 따라 상기 프론트벨크랭크(220)에 구속되어 있는 프론트조향로드(240)는 한 쌍의 전륜(200)을 동시에 반시계방향으로 회전시켜 선회되는 견인차(미도시)의 굴곡, 즉 곡률에 맞도록 추종하게 된다.

또한, 동시에 프론트우측아암(250)과 프론트좌측아암(260)도 반시계방향으로 일정각도 회동되므로 이에 결속되어 있던 전후륜연동로드(500)는 도시상 당겨지는 형태로 동작하게 되며, 이에 따라 리어벨크랭크(320)의 리어우측아암(350)과 리어좌측아암(360)은 상기 프론트우측아암(250)과 프론트좌측아암(260)의 회전방향과 반대 방향인 시계방향으로 동일 각도만큼 회동하게 되고, 이와 연동되는 리어조향로드(340)가 한 쌍의 후륜(300)을 동시 회동시켜 상기 전륜(200)과 대칭되게 굴곡 조향하여 선회되는 곡률을 추종하도록 유도하게 된다.

이러한 과정은 후행하는 다른 객차에서도 동일하게 수행된다.

이와 같이, 본 발명은 견인로드(400)가 프론트벨크랭크(320)에 직접 연결되는 구조를 취함으로써 2단 링크구조를 갖도록 간소화되기 때문에 그 만큼 조립공차 손실을 줄이고, 직접 제어에 따른 응답성을 높일 수 있게 되어 후행 객차의 차륜들이 갖는 선행 객차의 추종성이 커져 그 만큼 잭나이프 현상, 즉 반경방향으로의 미끄러짐이 줄어들고, 안정성이 증가하게 되는 것이다.

다른 예로, 도 7 및 도 8과 같이 전후륜연동로드(500) 외에 이와 크로스되는 형태로 배치되는 전후륜보조연동로드(510)를 더 구비하게 되면 연동로드에 걸리는 응력집중을 분산시켜 피로도 증가에 따른 파단을 막고, 내구성을 증대시켜 장수명화를 달성하도록 구성할 수도 있다.

이 경우, 상기 전후륜보조연동로드(510)는 상기 전후륜연동로드(500)가 링크되지 않은 프론트우측아암(250)과 리어좌측아암(360)이 상호 링크되는 형태일 수 있다.

여기에서, 상기 전후륜보조연동로드(510)는 상기 전후륜연동로드(500)가 서로 크로스되는 경우 길이 일부에서 중첩될 우려가 있다. 때문에 이를 방지하기 위해 도 8과 같이, 전후륜연동로드(500)가 프론트좌측아암(260)의 상면에 링크된 경우라면 상기 전후륜보조연동로드(510)는 프론트우측아암(250)의 하면, 즉 저면에 링크되도록 설치하여 양 로드가 상기 프론트우측아암(250) 또는 프론트좌측아암(260)의 두께만큼 단차를 두고 서로 교차 배열되게 하여 상호간의 간섭을 막도록 구성함이 바람직하다. 다만, 그 반대의 경우도 가능하기 때문에 도 7은 도 8과 반대의 경우를 예시하였다.

물론, 각 연동로드의 후단이 링크되는 리어우측아암(350)과 리어좌측아암(360)에서도 동일하게 적용되어야 한다.

이렇게 하면, 내구성을 높이고 장수명화를 달성할 수 있으며, 탑승자의 탑승 안전성이 더욱 더 향상되게 된다.

100: 객차프레임 200: 전륜
300: 후륜 400: 견인로드
500: 전후륜연동로드

Claims (2)

1. 객차프레임(100), 상기 객차프레임(100)에 설치된 전륜축(210)과 전륜축(210) 양단에 구비된 전륜(200), 상기 전륜(200)과 간격을 두고 객차프레임(100)에 설치된 후륜축(310)과 후륜축(310) 양단에 구비된 후륜(300), 상기 전륜축(210)에 회전가능하게 고정된 프론트벨크랭크(220), 상기 후륜축(310)에 회전가능하게 고정된 리어벨크랭크(320), 상기 프론트벨크랭크(220)의 움직임에 따라 상기 전륜(200)을 조향하는 프론트조향로드(240), 상기 리어벨크랭크(320)의 움직임에 따라 상기 후륜(300)을 조향하는 리어조향로드(340), 상기 프론트벨크랭크(220)의 양측면에 돌출형성된 프론트우측아암(250)과 프론트좌측아암(260), 상기 리어벨크랭크(320)의 양측면에 돌출형성된 리어우측아암(350)과 리어좌측아암(360), 상기 프론트우측아암(250) 및 프론트좌측아암(260) 중 어느 하나와 상기 리어우측아암(350) 및 리어좌측아암(360) 중 어느 하나를 연결하되 서로 엇갈리게 결속하여 4륜 조향을 유도하는 전후륜연동로드(500), 상기 객차프레임(100)을 견인하도록 견인차에 링크된 견인로드(400), 상기 견인로드(400)의 선단은 일정경사를 갖고 상향 절곡되게 형성된 상태로 견인차에 링크되고; 상기 견인로드(400)의 후단은 상기 객차프레임(100)의 하부에 배치된 상태로 상기 프론트벨크랭크(220)에 직접 링크된 것을 특징으로 하는 무궤도 열차에 있어서,
   상기 전후륜연동로드(500) 외에 전후륜보조연동로드(510)를 더 구비하되, 상기 전후륜보조연동로드(510)는 상기 전후륜연동로드(500)와 크로스되게 교차 배열되고, 상기 전후륜연동로드(500)는 상기 프론트좌측아암(260) 및 프론트우측아암(250)과 상기 리어좌측아암(360) 및 리어우측아암(350)의 상부면에 링크되며, 상기 전후륜보조연동로드(510)는 상기 프론트좌측아암(260) 및 프론트우측아암(250)과 상기 리어좌측아암(360) 및 리어우측아암(350)의 하부면에 링크되게 하여 상호 간섭되지 않게 배열된 것을 특징으로 하는 무궤도 열차의 객차프레임 조향장치.
   
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