KR101433733B1 - 철도 차량용 대차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도 차량용 대차에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철도 차량이 곡선구간을 주행할 때, 보다 단순한 구성으로 차축의 조향각을 제어하도록 하고, 곡률반경에 따라 보다 정확하게 차축의 조향각을 제어할 수 있는 철도 차량용 대차에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 선로의 곡률반경에 따라 차축의 조향각을 제어하는 철도 차량용 대차에 있어서, 대차의 사이드 프레임에 구비되는 서보 모터와, 상기 서보 모터에 회전가능하게 연결되어 액슬박스를 전후로 이동시키는 리드스크류를 포함하여 이루어지되, 상기 액슬박스에는 길이방향으로 나사홈이 형성된 이동부재가 설치되고, 상기 리드스크류의 단부가 상기 나사홈에 삽입 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

철도 차량용 대차{bogie for railway vehicle}

본 발명은 철도 차량용 대차에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철도 차량이 곡선구간을 주행할 때, 보다 단순한 구성으로 차축의 조향각을 제어하도록 하고, 곡률반경에 따라 보다 정확하게 차축의 조향각을 제어할 수 있는 철도 차량용 대차에 관한 것이다.

일반적으로, 철도차량에 적용되는 대차의 경우 차체의 중량을 지지함과 동시에 각 차륜에 차체의 중량이 고르게 분포되도록 하고, 상기 차체와 자유롭게 유동하여 철도차량의 주행을 원활하게 하는 장치로서, 다음과 같이 구성되어 있다.

상기한 종래 철도차량용 대차는 차륜과 차축으로 이루어진 전방 및 후방 윤축과, 상기 차축 양 단부의 저널부를 지지함과 동시에 회전 가능하도록 베어링이 내장된 전방 및 후방 액슬박스와, 상기 액슬박스의 상단에 안착 고정되는 대차프레임과 상기 대차프레임과 액슬박스의 사이에 설치되어 차륜으로부터 전달된 진동을 1차적으로 감쇄하는 1차 현수장치와, 상기 대차프레임의 상단 중앙부에 설치됨과 동시에, 그 상단에 차체가 연결 고정되어 차체로 전달되는 진동을 2차적으로 감쇄하는 2차 현수장치 및 상기 대차 프레임의 하단 중앙부에 설치되어 대차와 차체 사이의 견인력을 전달하는 센터 피봇(center pivot)을 포함하여 구성되어 있다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 대차를 통한 철도차량의 직선 주행시, 차축의 단부에 배치된 차륜이 레일 상부에서 고속으로 주행할 때 플랜지로부터 경사져 형성된 차륜의 답면과의 접촉점 변화에 따라 지그재그로 주행하는 사행동에 따라 상호 이율배반적인 진동이 발생되면서 철도차량의 직선부 주행에 따른 주행안정성이 떨어지게 되는 단점이 있었다.

또한, 종래의 대차를 통한 철도차량의 곡선 주행시, 차륜의 레일 사이에 발생하는 초과원심력 및 안내하중(Guide Force)을 완화시킬 수 있는 대차의 조향량이 충분하지 못하여 차륜의 플랜지와 레일 측면간의 마찰로 높은 소음이 발생함과 동시에 진동까지 수반되면서 승객에 대한 승차감이 크게 저하되는 문제점이 발생하게되고, 이와 아울러 차륜의 마모 및 레일의 파손으로까지 이어지면서 차량의 탈선으로 인한 대형사고가 발생할 우려가 있는 문제점도 있었다.

그래서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 한국공개특허 제10-2010-0076671호에 기재된 기술이 개발되었는데, 그 기술적 특징은 철도차량용 조향대차에 있어서, 대차 프레임(10)의 하부에는 철도차량의 주행시 발생하는 센터피봇의 요변위를 전달받아 전,후방 윤축(12a,12b)의 조향을 발생시키는 3절 링크로 이루어진 조향장치(20)가 설치되고, 상기 조향장치(20)는 전방 액슬박스(14a)에 연결 설치되는 제1 및 제2전방 조향링크(22a,22b)와, 후방 액슬박스(14b)에 연결 설치되는 제1 및 제2후방 조향링크(24a,24b)와, 상기 대차 프레임(10)의 하부에 횡방향으로 설치되어 제1 및 제2 전,후방 조향링크(22a,22b, 24a,24b)와 연결되는 크로스 링크(26)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

그런데, 한국공개특허 제10-2010-0076671호에 기재된 기술은 3절 링크구조를 이용하여 윤축(12a,12b)의 각도를 조절함으로써, 곡선구간 주행시 레디얼 조향(radial steering)을 추종함으로써 곡선반경과, 차륜과 레일 사이의 공격각(attack angle)을 최소화하고, 차륜과 레일 사이의 횡압을 저감시킬 수 있는 장점이 있으나, 그 구조가 복잡하여 제조가 용이하지 않을 뿐만 아니라, 작동 구조가 복잡하므로 장시간 사용에 의해 쉽게 손상될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 철도차량을 형성하는 대차에 액슬박스가 구비되어 차축을 지지하게 되는데, 대차의 사이드 프레임에 서보 모터가 구비되고, 상기 서보 모터에는 리드스크류가 구비되며, 각 액슬박스의 단부에는 상기 리드스크류가 삽입되는 나사홈이 형성된 이동부재가 설치되어, 철도 차량이 곡선 구간을 주행할 때, 곡선구간의 곡률반경에 따라 제어부에서 서보 모터를 회전시켜 차축을 회전시키도록 함으로써, 보다 간단한 구성으로 조향제어를 할 수 있게 하는 철도 차량용 대차을 제공하는 것이다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 대차의 사이드 프레임에 서보 모터를 설치할 때, 사이드 프레임에는 단부에 제1볼이 형성된 제1연결바를 형성하고, 서보 모터의 케이스에는 상기 제1볼이 수용되는 제1볼수용부를 형성하고, 관통공이 형성된 제1볼커버를 사용하여 제1볼의 이탈을 방지하는 구면 조인트를 사용하며, 액슬박스의 단부에 이동부재를 연결할 때, 구면 조인트를 사용함으로써, 조향 제어시 차축과 리드스크류가 서로 일정 각도를 이루게 굽혀지더라도 안정적으로 차축의 방향을 제어할 수 있는 철도 차량용 대차를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 리드스크류를 제어하여 이동부재를 전후로 이동시키는 서보 모터에 엔코더를 구비함으로써, 서보 모터의 회전을 정확하게 감지할 수 있어, 각 차축의 회전각도를 제어할 때, 보다 정확하게 제어할 수 있는 철도 차량용 대차를 제공하는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;

선로의 곡률반경에 따라 차축의 조향각을 제어하는 철도 차량용 대차에 있어서, 대차의 사이드 프레임에 구비되는 서보 모터와, 상기 서보 모터에 회전가능하게 연결되어 액슬박스를 전후로 이동시키는 리드스크류를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 액슬박스에는 길이방향으로 나사홈이 형성된 이동부재가 설치되고, 상기 리드스크류의 단부가 상기 나사홈에 삽입 설치되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 액슬박스에는 반구 형상의 제2볼수용부가 형성되고, 상기 이동부재에는 상기 제2볼수용부에 수용되는 제2볼이 구비되는 제2연결바가 돌출 형성되며, 상기 제2볼수용부의 개방된 부분은 제2연결바가 삽입되는 관통공이 형성된 제2볼커버에 의해 커버되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 서보 모터에는 회전을 감지하는 엔코더가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 철도차량을 형성하는 대차에 액슬박스가 구비되어 차축을 지지하게 되는데, 대차의 사이드 프레임에 서보 모터가 구비되고, 상기 서보 모터에는 리드스크류가 구비되며, 각 액슬박스의 단부에는 상기 리드스크류가 삽입되는 나사홈이 형성된 이동부재가 설치되어, 철도 차량이 곡선 구간을 주행할 때, 곡선구간의 곡률반경에 따라 제어부에서 서보 모터를 회전시켜 차축을 회전시키도록 함으로써, 보다 간단한 구성으로 조향제어를 할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 대차의 사이드 프레임에 서보 모터를 설치할 때, 사이드 프레임에는 단부에 제1볼이 형성된 제1연결바를 형성하고, 서보 모터의 케이스에는 상기 제1볼이 수용되는 제1볼수용부를 형성하고, 관통공이 형성된 제1볼커버를 사용하여 제1볼의 이탈을 방지하는 구면 조인트를 사용하며, 액슬박스의 단부에 이동부재를 연결할 때, 구면 조인트를 사용함으로써, 조향 제어시 차축과 리드스크류가 서로 일정 각도를 이루게 굽혀지더라도 안정적으로 차축의 방향을 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 리드스크류를 제어하여 이동부재를 전후로 이동시키는 서보 모터에 엔코더를 구비함으로써, 서보 모터의 회전을 정확하게 감지할 수 있어, 각 차축의 회전각도를 제어할 때, 보다 정확하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 철도 차량용 조향대차의 하부 사시도이다.
도 2는 종래의 철도 차량용 조향대차의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 철도 차량용 대차의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 철도 차량용 대차의 이동부재의 단면도이다.

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 대차의 개념도이고, 도 4는 본 발명에 따른 철도 차량용 대차의 이동부재의 단면도이다.

본 발명은 철도차량이 주행시 곡선구간 선로의 곡률반경에 따라 차축의 조향각을 제어하는 철도 차량용 대차에 관한 것으로 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 그 구성은 대차의 사이드 프레임(100)에 구비되는 서보 모터(200)와 대차의 액슬박스(140)에 설치되는 이동부재(240)와 상기 서보 모터(200)에 회전가능하게 연결되어 차축이 지지되는 액슬박스(140)를 전후로 이동시키는 리드스크류(230)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 리드스크류(230)의 외주면에는 스크류가 형성되며, 상기 이동부재(240)는 내부에 길이방향으로 나사홈(246)이 형성되어, 상기 리드스크류(230)의 단부가 삽입 설치된다.

그래서, 상기 서보 모터(200)에 의하여 리드스크류(230)를 회전시키게 되면, 상기 이동부재(240)의 내주면에 형성된 나사홈(246)에 의해, 리드스크류(230)가 회전하는 방향에 따라 이동부재(240)가 전방향 또는 후방향으로 이동하게 되므로, 상기 이동부재(240)가 설치된 액슬박스(140)도 동일한 방향으로 이동하게 된다.

이러한 구성이 대차의 전부와 후부 양측에 각각 구비되는 액슬박스(140)에 모두 구비되므로, 철도 차량이 주행하는 곡선의 방향과 곡률에 따라 각 서보 모터(200)의 회전하는 방향과 회전수를 조절하여 차축의 조향각을 조절하게 된다.

즉, 철도 차량이 좌측으로 회전하는 선로를 주행할 경우 한 쌍의 레일 중, 주행방향을 기준으로 좌측에 위치하는 레일의 곡선반경이 우측에 위치하는 곡선반경보다 작게 형성되므로, 각 철도 차량의 제어부(미도시)에서는 대차의 좌측에 위치하는 서보 모터(200)는 액슬박스(140)에 연결된 이동부재(240)가 서보 모터(200) 방향으로 이동하도록 리드스크류(230)를 회전시키게 되며, 대차의 우측에 위치하는 서보 모터(200)는 액슬박스(140)에 연결된 이동부재(240)가 서보 모터(200)와 멀어지는 방향으로 이동하도록 리드스크류(230)를 회전시킴으로써, 차축의 조향각을 조절하게 된다.

이때, 각 레일의 곡률반경을 감지하는 구성은 이미 공지된 사항이므로 별도의 설명은 생략하도록 한다.

그리고, 상기 서보 모터(200)에는 서보 모터(200)의 회전을 감지할 수 있는 엔코더(미도시)가 구비되어, 리드스크류(230)의 회전에 따른 이동부재(240)의 이동 정도를 제어할 수 있게 된다.

즉, 상기 서보 모터(200)에 구비된 엔코더에 의해 서보 모터(200)에 연결된 리드스크류(230)의 회전 횟수뿐만 아니라 회전하는 각도까지 정확하게 감지할 수 있고, 리드스크류(230)의 외주면에 형성된 스크류의 각도를 고려하여 리드스크류(230)의 회전 정도를 대입하게 되면 이동부재(240)의 이동 정도를 정확하게 계산할 수 있게 되어, 정확한 제어가 가능하게 된다.

그리고, 상기 액슬박스(140)에는 반구 형상의 제1볼수용부(142)가 형성되고, 상기 이동부재(240)에는 제1연결바(242)가 돌출 형성되는데, 상기 제1연결바(242)의 단부에는 상기 제1볼수용부(142)에 삽입되는 제1볼(244)이 형성된다.

여기서, 상기 제1볼수용부(142)에는 개방된 부분을 커버하기 위한 제1볼커버(144)가 구비되며, 상기 제1볼커버(144)의 중심부에는 상기 제1연결바(242)가 삽입되는 관통공(146)이 형성되고, 제1볼수용부(142)와 접하는 면은 제1볼(244)의 일측이 삽입되도록 반구 형상으로 오목하게 형성된다.

이때, 상기 제1볼커버(144)는 볼트(미도시)와 같은 체결부재를 사용하여 액슬박스(140)에 체결하게 된다.

한편, 상기 이동부재(240)는 도 4에 도시된 바와 같이 액슬박스(140)의 일측 단부에 연결 설치될 수도 있고, 대차의 형태에 따라 액슬박스(140)의 면에 설치될 수도 있다.

또한, 상기 서보 모터(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 제2연결바(210)가 구비되어 대차의 사이드 프레임(100)의 하부에 연결되게 되는데, 대차의 형태에 따라 사이드 프레임(100)의 측부에 설치될 수도 있다.

여기서, 상기 서보 모터(200)는 사이드 프레임(100)에 설치될 때, 상기 제2연결바(210)를 기준으로 회전가능하게 설치된다.

그래서, 상기 서보 모터(200)에 의해 이동부재(240)가 전후로 이동하게 되면, 차축이 특정각도로 회전하게 되므로 액슬박스(140)와 이동부재(240)는 일정 각도로 굽혀진 상태가 되기 때문에, 전술한 바와 같이 상기 이동부재(240)와 액슬박스(140)가 구면 조인트의 형태로 결합하게 됨으로써, 액슬박스(140)와 이동부재(240)가 안정적으로 굽혀지게 한다.

또한, 차축이 회전함에 따라 이동부재(240)와 액슬박스(140)가 절곡되게 되고, 그에 따라 서보 모터(200)와 사이드 프레임(100) 역시 결합되는 각도가 변화되게 되는데, 전술한 바와 같이 서보 모터(200)는 사이드 프레임(100)에 제2연결바(210)를 기준으로 회전가능하게 설치되므로 안정적으로 결합된 상태를 유지하게 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.

본 발명은 철도 차량용 대차에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철도 차량이 곡선구간을 주행할 때, 보다 단순한 구성으로 차축의 조향각을 제어하도록 하고, 곡률반경에 따라 보다 정확하게 차축의 조향각을 제어할 수 있는 철도 차량용 대차에 관한 것이다.

100 : 사이드 프레임 146 : 관통공
130 : 차륜
135 : 차축 140 : 액슬박스
142 : 제1볼수용부 144 : 제1볼커버
150 : 현가장치
200 : 서보 모터 210 : 제2연결바
230 : 리드스크류
240 : 이동부재 242 : 제1연결바
244 : 제1볼 246 : 나사홈

Claims (4)

1. 선로의 곡률반경에 따라 차축의 조향각을 제어하는 철도 차량용 대차에 있어서,
   대차의 사이드 프레임에 구비되는 서보 모터와,
   상기 서보 모터에 회전가능하게 연결되어 액슬박스를 전후로 이동시키는 리드스크류를 포함하여 이루어지되,
   상기 액슬박스에는 길이방향으로 나사홈이 형성된 이동부재가 설치되고,
   상기 리드스크류의 단부가 상기 나사홈에 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 액슬박스에는 반구 형상의 제2볼수용부가 형성되고,
   상기 이동부재에는 상기 제2볼수용부에 수용되는 제2볼이 구비되는 제2연결바가 돌출 형성되며,
   상기 제2볼수용부의 개방된 부분은 제2연결바가 삽입되는 관통공이 형성된 제2볼커버에 의해 커버되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 서보 모터에는 회전을 감지하는 엔코더가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 대차.
   

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