KR101429153B1

KR101429153B1 - 철도 차량용 탈선 방지 차륜

Info

Publication number: KR101429153B1
Application number: KR1020130018111A
Authority: KR
Inventors: 서승일; 문형석; 정현승; 사공명
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2014-08-11

Abstract

본 발명은 철도 차량용 탈선 방지 차륜에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철도 차량이 곡선 구간과 전철기를 주행할 때와 같이 차륜 플랜지가 레일에 접촉할 때 발생하는 횡 방향의 힘이 수직 방향의 힘인 윤중보다 일정 이상으로 커지게 되면 차륜이 레일을 이탈하여 탈선에 이르게 되므로, 횡 방향으로 순간적으로 충격력이 가해지더라도 횡 방향으로 가해지는 힘을 안정적으로 감쇄시켜 철도 차량이 탈선하는 것을 방지할 수 있는 철도 차량용 탈선 방지 차륜에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 철도차량의 차축 양측에 구비되는 철도 차량용 탈선 방지 차륜에 있어서, 레일의 상면에 접하도록 형성되는 답면부와, 상기 답면부의 측면에 구비되어 레일의 측면과 접하는 플랜지가 형성되는 플랜지부와, 상기 답면부와 플랜지부를 인력(引力)이 작용하도록 연결하는 탄성수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

철도 차량용 탈선 방지 차륜{derailment prevention wheel for railway vehicle}

본 발명은 철도 차량용 탈선 방지 차륜에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철도 차량이 곡선 구간과 전철기를 주행할 때와 같이 차륜 플랜지가 레일에 접촉할 때 발생하는 횡 방향의 힘이 수직 방향의 힘인 윤중보다 일정 이상으로 커지게 되면 차륜이 레일을 이탈하여 탈선에 이르게 되므로, 횡 방향으로 순간적으로 충격력이 가해지더라도 횡 방향으로 가해지는 힘을 안정적으로 감쇄시켜 철도 차량이 탈선하는 것을 방지할 수 있는 철도 차량용 탈선 방지 차륜에 관한 것이다.

일반적으로, 철도차량의 대차장치는 곡선궤도에서의 원심력에 의해 횡방향으로 쏠리는 현상을 궤도 외측을 높게 설치하는 캔트(CANT)에 의해 일부분 해소하고 있으나, 쏠림현상에 의한 차량의 탈선 및 승차감 확보를 고려하여 곡선궤도에서는 비교적 낮은 곡선주행속도로 운행되고 있다.

또한, 차륜은 곡선 통과시 원활한 운전을 할 수 있도록 차륜의 답면에 구배를 주게 되는데, 답면의 구배는 운전 속도 120km/h까지 1/20 - 1/10로 하고 121km/h이상일 때는 1/40로 하도록 되어 있으며, 현재 새마을호 객차의 차륜 답면 구배는 1/40이 대부분이지만 일부에서는 선진국에서 사용하고 있는 호이만(HEUMANN) 답면도 사용하고 있다.

특히, 우리나라와 같이 곡선궤도가 많은 철도노선의 경우 여행시간을 단축하기 위해서는 곡선부의 속도 제한을 높이는 것이 효과적임에 따라, 종래차량에 비해 곡선궤도에서 약 30%이상의 높은 속도로 주행을 하기 위해서는 차체를 강제적으로 경사시켜 주는 별도의 경사장치를 필요로 하게 된다.

하지만, 곡선궤도에서 고속주행을 위한 종래의 경사장치는 차체를 안전하고 에너지 소비가 작도록 경사시키는 기구학적 구조가 매우 복잡하며, 복잡한 구조로 인해 넓은 설치공간을 필요로 하게 되고, 동력원으로 유압을 이용하기 때문에 차량에 별도의 유압시스템을 구성하여야 하는 등 그만큼 구조가 복잡해져 취급 및 유지 보수성이 저하되는 문제점을 갖는 것이다.

그래서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 한국공개특허 제10-2003-0054575호에 기재된 기술이 개발되었는데, 그 기술적 특징은 대차프레임(10)의 하부에 위치되며 복수개 차축설치공(111)이 양 측면부에 대칭형성되는 설치프레임(11)과, 차축의 중앙부를 분리하되, 차륜(21,21')의 일측으로 형성되는 고정구(22)를 통해 상기 설치프레임(11)에 설치되는 분리형 차축(2,2')과, 상기 차축의 분리된 부위를 수용할 수 있도록 한조의 수용공(31)이 대칭형성되며, 이 수용공(31)의 내측으로는 탄성체(4)가 내설되는 지지차축(3)으로 이루어지는 것에 특징이 있다.

그런데, 한국공개특허 제10-2003-0054575호에 기재된 기술은 차축을 분리하여 단부를 지지차축(3)의 내부로 슬라이딩되도록 하고, 탄성체(4)에 의해 탄성지지되게 하여, 차량의 곡선부 통과시 차륜에 발생하는 횡압을 감쇄시키면서 곡선부 고속주행시 탈선의 발생비율을 줄이는 장점은 있으나, 차축이 두부분으로 분리되게 되어 차축의 중심부에 가해지는 차체의 하중에 의해 장시간 주행하게 되면 지지차축(3)에 지속적으로 피로가 누적되어, 차축이 손상되어 대형 사고를 유발할 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 차축의 양측 단부에 설치되는 차륜을 답면부와 플랜지부로 형성하고, 답면부와 플랜지부가 접하는 부분에 인력(引力)이 작용하도록 탄성수단과 같은 탄성수단을 구비함으로써, 차축을 일체로 형성하여 종래와 같은 차축에 무리한 부담이 가해지는 것을 방지할 수 있으며, 철도 차량이 곡선부를 주행할 때와 같이 횡 방향으로 강한 힘이 작용하게 되더라도 답면부와 플랜지부 사이에 형성된 탄성수단의 강한 탄성력에 의해 횡방향의 힘을 감쇄시켜 줌으로써, 플랜지가 레일을 넘어 탈선되는 것을 안정적으로 방지할 수 있는 철도 차량용 탈선 방지 차륜을 제공하는 것이다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 답면부와 플랜지부로 이루어지는 차륜에서 답면부의 측면에는 수용홈이 형성되고 상기 플랜지부의 측면에는 상기 수용홈에 대응되도록 삽입돌부가 형성되어, 주행 중에 발생하는 측 방향을 답면부와 플랜지부의 변위에 의해서 흡수할 수 있으며, 상기 수용홈의 내주면에는 일정간격으로 가이드홈이 형성되고 상기 삽입돌부의 외주면에는 상기 가이드홈에 대응되도록 가이드돌기가 형성되어 답면부와 플랜지부가 일체로 회전할 수 있게 함으로써, 답면부와 플랜지부를 연결하는 탄성수단과 같은 탄성수단이 손상되는 것을 방지할 수 있는 철도 차량용 탈선 방지 차륜을 제공하는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;

철도차량의 차축 양측에 구비되는 철도 차량용 탈선 방지 차륜에 있어서, 레일의 상면에 접하도록 형성되는 답면부와, 상기 답면부의 측면에 구비되어 레일의 측면과 접하는 플랜지가 형성되는 플랜지부와, 상기 답면부와 플랜지부를 인력(引力)이 작용하도록 연결하는 탄성수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 답면부의 측면에는 수용홈이 형성되고, 상기 플랜지부의 측면에는 상기 수용홈에 대응되도록 삽입돌부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 수용홈의 내주면에는 일정 간격으로 가이드홈이 형성되고, 상기 삽입돌부의 외주면에는 상기 가이드홈에 대응되도록 가이드돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 수용홈은 다각형으로 형성되고, 상기 삽입돌부는 상기 수용홈의 형상에 대응되는 다각형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 삽입돌부에는 탄성수단이 삽입 설치되는 탄성수단 수용홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 탄성수단은 인장코일 탄성수단 또는 탄성고무인 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 차축의 양측 단부에 설치되는 차륜을 답면부와 플랜지부로 형성하고, 답면부와 플랜지부가 접하는 부분에 인력(引力)이 작용하도록 탄성수단과 같은 탄성수단을 구비함으로써, 차축을 일체로 형성하여 종래와 같은 차축에 무리한 부담이 가해지는 것을 방지할 수 있으며, 철도 차량이 곡선부를 주행할 때와 같이 횡 방향으로 강한 힘이 작용하게 되더라도 답면부와 플랜지부 사이에 형성된 탄성수단의 강한 탄성력에 의해 횡방향의 힘을 감쇄시켜 줌으로써, 플랜지가 레일을 넘어 탈선되는 것을 안정적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 답면부와 플랜지부로 이루어지는 차륜에서 답면부의 측면에는 수용홈이 형성되고 상기 플랜지부의 측면에는 상기 수용홈에 대응되도록 삽입돌부가 형성되어, 주행 중에 발생하는 측 방향을 답면부와 플랜지부의 변위에 의해서 흡수할 수 있으며, 상기 수용홈의 내주면에는 일정간격으로 가이드홈이 형성되고 상기 삽입돌부의 외주면에는 상기 가이드홈에 대응되도록 가이드돌기가 형성되어 답면부와 플랜지부가 일체로 회전할 수 있게 함으로써, 답면부와 플랜지부를 연결하는 탄성수단과 같은 탄성수단이 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 철도차량의 탈선방지용 탄성차축이 구비된 대차의 사시도이다.
도 2는 종래의 철도차량의 탈선방지용 탄성차축의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 철도 차량용 탈선 방지 차륜의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 철도 차량용 탈선 방지 차륜의 답면부와 플랜지부가 이격된 상태의 상태도이다.
도 5는 본 발명에 따른 철도 차량용 탈선 방지 차륜의 답면부의 측면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 철도 차량용 탈선 방지 차륜의 플랜지부의 측면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명에 따른 철도 차량용 탈선 방지 차륜의 개념도이고, 도 4는 본 발명에 따른 철도 차량용 탈선 방지 차륜의 답면부와 플랜지부가 이격된 상태의 상태도이고, 도 5는 본 발명에 따른 철도 차량용 탈선 방지 차륜의 답면부의 측면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 철도 차량용 탈선 방지 차륜의 플랜지부의 측면도이다.

본 발명은 철도 차량이 곡선 구간을 주행할 때와 같이 횡방향으로 힘이 가해지더라도 안정적으로 그 힘을 감쇄시켜 탈선을 방지할 수 있는 철도 차량용 탈선 방지 차륜에 관한 것으로 도 3에 도시된 바와 같이 그 구성은 철도차량의 차축(110) 양측에 구비되는 철도 차량용 탈선 방지 차륜에 있어서, 답면부(210)와 상기 답면부(210)의 내측에 구비되는 플랜지부(220)와 상기 답면부(210)와 플랜지부(220)를 연결하는 탄성수단(230)으로 이루어진다.

여기서, 상기 답면부(210)는 레일(130)의 상부에 외주면이 접하도록 형성되고, 상기 플랜지부(220)는 가장자리에 플랜지(221)가 형성되어, 레일(130)의 헤드부 측면과 접하도록 형성되며, 상기 탄성수단(230)은 답면부(210)와 플랜지부(220)를 연결하되 서로 인력(引力)이 작용하도록 연결하게 되고, 상기탄성수단(230)은 인장코일 스프링 또는 강한 탄성을 가진 탄성고무 등으로 이루어지되, 횡 방향으로 작용하는 힘에 견딜 수 있도록 적절한 탄성력을 갖도록 설계한다.

그래서, 본 발명의 탈선 방지용 차륜이 구비된 철도 차량이 곡선 구간을 주행할 때와 같이 횡 방향으로 바람이 힘이 작용하게 되면 도 4에 도시된 바와 같이, 차륜(200)을 형성하는 답면부(210)와 플랜지부(220)가 횡 방향 힘에 대응하는 만큼 이격되면서 탄성수단(230)의 탄성력에 의해 횡방향의 힘을 감쇄시켜 주어 차륜(200)이 탈선하는 것을 방지하게 된다.

즉, 종래에는 차륜이 일체로 형성되기 때문에 곡선 구간을 주행할 때와 같이 횡 방향으로 힘이 작용하게 되면, 이러한 횡 방향의 힘을 흡수할 수 있는 구성이 전혀 없기 때문에 차량의 주행 중 발생하는 차륜에 작용하는 횡 방향 힘이 그대로 차륜 플랜지에 작용하게 되어 플랜지가 레일(130)을 타고 넘어 보다 쉽게 탈선이 발생하게 된다.

그런데, 본 발명에서는 차륜(200)을 답면부(210)와 플랜지부(220)의 두부분으로 분할 형성함으로써, 철도 차량이 곡선부를 지날 때, 한계 이상의 강한 힘이 횡방향으로 작용하게 되더라도, 플랜지부(220)의 플랜지(221)가 레일(130)의 헤드부 측면에 지지되면서 상기 답면부(210)와 플랜지부(220)는 일정 간격 이격되면서 횡 방향 힘을 흡수하게 된다.

이때, 상기 답면부(210)와 플랜지부(220)를 연결하는 탄성수단(230)은 답면부(210)와 플랜지부(220) 사이에 인력(引力)이 작용되도록 설치되므로 답면부(210)와 플랜지부(220)가 이격되는 과정에서 탄성수단(230)의 탄성력에 의해 횡방향의 힘이 감쇄되어 차륜(200)이 레일(130)을 넘어 탈선되는 것을 방지하게 된다.

이때, 상기 답면부(210)는 차축(110)에 견고하게 고정 결합되며, 상기 플랜지부(220)는 차축(110)을 따라 슬라이딩 가능하도록 형성되어, 답면부(210)와 플랜지부(220)가 이격될 수 있게 된다.

한편, 상기 답면부(210)의 외주면은 레일(130)의 상면과 접하도록 형성되며, 측면에는 내측으로 수용홈(212)이 형성되고, 상기 플랜지부(220)의 측면에는 상기 수용홈(212)에 대응되도록 삽입돌부(222)가 형성되어 상기 수용홈(212)에 삽입되게 된다.

그래서, 횡방항의 힘이 일정 크기 이상 작용할 때, 상기 답면부(210)와 플랜지부(220)는 이격되어 변위가 발생하여 안정적으로 힘을 흡수하게되고, 횡 방향 힘이 제거되면 다시 원위치될 수 있게 된다.

이때, 상기 삽입돌부(222)에는 탄성수단(230)이 삽입되는 탄성수단 수용홈(226)이 형성되어, 탄성수단(230)이 안정적으로 설치되는데, 상기 탄성수단(230)을 답면부(210)와 플랜지부(220)에 양 단부를 고정하는 방법은 공지의 결합 방법을 사용하므로 별도의 설명은 생략하도록 한다.

그리고, 상기 답면부(210)에 형성되는 수용홈(212)의 내주면에는 도 5에 도시된 바와 같이 일정간격으로 가이드홈(214)가 형성되고, 상기 수용홈(212)에 삽입되는 삽입돌부(222)의 외주면에는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 가이드홈(214)에 대응되도록 가이드돌기(224)가 형성된다.

그래서, 상기 답면부(210)가 차축(110)과 함께 회전하게 되면, 상기 답면부(210)의 가이드홈(214)에 삽입된 가이드돌기(224)에 의해 플랜지부(220)가 답면부(210)와 같이 회전하게 됨으로써, 답면부(210)와 플랜지부(220)를 연결하는 탄성수단(230)이 비틀림에 의해 파손되는 것을 안정적으로 방지하게 된다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예로 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 답면부(210)에 형성되는 수용홈(212) 그 형상을 다각형 형상으로 형성하고, 상기 수용홈(212)에 삽입되는 삽입돌부(222) 역시 수용홈(212)의 형상에 대응되는 다각형 형상으로 형성할 수 있다.

그래서, 별도로 가이드홈(214)와 가이드돌기(224)를 형성하지 않더라도, 답면부(210)와 플랜지부(220)는 차축(110)의 회전에 의해 동시에 회전하게 되므로, 답면부(210)와 플랜지부(220)를 연결하는 탄성수단(230)이 파손되는 것을 안정적으로 방지할 수 있게 된다.

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

110 : 차축 120 : 엑슬박스
130 : 레일 200 : 차륜
210 : 답면부 212 : 수용홈
214 : 가이드홈 220 : 플랜지부
222 : 삽입돌부 224 : 가이드돌기
226 : 탄성수단 수용홈 230 : 탄성수단

Claims

철도차량의 차축 양측에 구비되는 철도 차량용 탈선 방지 차륜에 있어서,
레일의 상면에 접하도록 형성되는 답면부와,
상기 답면부의 측면에 구비되어 레일의 측면과 접하는 플랜지가 형성되는 플랜지부와,
상기 답면부와 플랜지부를 인력(引力)이 작용하도록 연결하는 탄성수단으로 이루어지되,
상기 답면부의 측면에는 수용홈이 형성되고,
상기 플랜지부의 측면에는 상기 수용홈에 대응되도록 삽입돌부가 형성되고,
상기 수용홈의 내주면에는 일정 간격으로 가이드홈이 형성되고,
상기 삽입돌부의 외주면에는 상기 가이드홈에 대응되도록 가이드돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 탈선 방지 차륜.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 수용홈은 다각형으로 형성되고,
상기 삽입돌부는 상기 수용홈의 형상에 대응되는 다각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 탈선 방지 차륜.
제1항에 있어서,
상기 삽입돌부에는 탄성수단이 삽입 설치되는 탄성수단 수용홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 탈선 방지 차륜.
제1항에 있어서,
상기 탄성수단은 인장코일 탄성수단 또는 탄성고무인 것을 특징으로 하는 철도 차량용 탈선 방지 차륜.