KR101498450B1

KR101498450B1 - 초고속 철도 차량의 독립 차륜형 일축 대차장치

Info

Publication number: KR101498450B1
Application number: KR20130137041A
Authority: KR
Inventors: 김남포
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2015-03-04

Abstract

일축 방식의 독립형 차륜의 적용을 통해 초고속 주행 영역에서 안정성을 확보하고, 대차 간 가로방향으로 배치되는 링크 구조물의 적용을 통해 곡선부 자기 조향기능을 확보하며, 차체와 대차 사이에 다단의 현수장치를 설치하여 우수한 진동 절연의 성능 확보와 함께 승차감을 향상시킬 수 있는 초고속 철도차량용 일축 방식의 독립 차륜형 대차장치를 개시한다.
전술한 대차장치는 차체(100)의 하중을 지지하는 대차 프레임(140), 상기 대차 프레임(140)의 좌우에 각각 설치되는 액슬 박스(160), 상기 액슬 박스(160)에 대해 공회전 가능하게 설치되는 독립 차륜(180), 상기 대차 프레임(140)에 설치되어 상기 액슬 박스(160)와 함께 상기 독립 차륜(180)을 지지하는 일축의 차축 빔(200), 및 상기 대차 프레임(140) 중에서 인접하는 서로 다른 대차 프레임(140) 사이를 가로방향으로 연결하는 조향링크(300)를 구비한다.

Description

초고속 철도 차량의 독립 차륜형 일축 대차장치{Bogie installation with single axle type independent driving wheel for superhigh-speed railway vehicle}

본 발명은 초고속 철도차량에 적합한 대차장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속철도 네트워크의 확대에 따라 기존과 호환 가능한 차륜 대 레일 방식의 초고속 열차에 대한 요구에 부응할 수 있는 주행장치로서 일축 방식의 독립 차륜의 적용을 통해 초고속 주행 영역에서 안정성이 상실되는 문제를 해소하고 인접하는 두 대차 사이에서 조향각을 가로방향으로 연동시켜 주는 조향링크의 적용을 통해 자동 복원기능과 함께 원활한 곡선부 자기 조향기능을 부여함과 더불어 구조적으로 경량화를 구현할 수 있는 초고속 철도 차량용 독립 차륜형 일축 방식의 대차장치에 관한 것이다.

전 세계적으로 환경과 에너지 문제에 대한 관심이 대두되면서 교통수단은 점차 철도 중심으로 재편되고 있다. 특히, 국가와 국가 사이를 비롯하여 대륙과 대륙 사이를 연결하는 고속철도 네트워크는 그 적용범위를 더욱 확장시키고 있다. 이에 따라 기존 네트워크와 호환 가능한 차륜 대 레일 방식의 초고속 열차에 대한 필요성이 대두되고 있는 실정이다.

일반적으로 철도 차량은 승객을 탑승시키기 위해 필요한 적정의 공간을 형성하는 차체와, 이 차체의 하부에서 승객을 포함한 차체의 전체 하중을 지지하고 설치된 고정 궤도를 따라 주행을 가능하게 하는 대차로 구성된다. 이 경우 대차는 주행을 위한 직접적인 구동력을 발생시키는 동력 대차와, 동력 대차에 대해 기구적으로 연결되어 동력 대차의 견인력에 의해 종속적인 진행만을 가능하게 하는 무동력 대차로 구분될 수 있는 데, 이러한 무동력 대차는 통상적으로 대차라 지칭되는 주행 장치에 해당된다.

종래, 철도 차량에 있어 대차는 차체의 전방과 후방부위에 각각 개별적으로 설치되고, 각각의 대차에 구비되는 윤축(51)은 도 6에 도시된 바와 같이, 단일의 축부재에 대해 한 쌍의 차륜(53)이 좌우측 양단부에 각각 고정되는 일체형 구조로 이루어져, 윤축(51)과 차륜(53)은 동일한 속도로 회전할 수 있게 된다.

이 경우, 좌우 각 차륜(53)의 답면은 차축의 중심부위를 향해 직경이 점진적으로 확장되는 경사진 형태로서 좌우 대칭의 테이퍼 면을 형성한다. 이에 따라, 철도 차량의 대차는 윤축(51)이 고정 레일을 따라 주행할 때, 항상 레일의 중심(Track Center; C)을 향한 위치로 자동적으로 복원될 수 있는 중심 복원기능을 가지게 된다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이 곡선궤도를 주행할 때, 차륜(53)은 답면이 가지는 테이퍼 형태의 형상적 특징에 의해 가상의 주행방향 중심위치를 기준으로 선회방향의 내측과 외측에 각각 위치한 내측궤도(55)와 외측궤도(57)에 대해 접촉하는 구름반경의 차이(A,B)를 조성하여 윤축(51)과 함께 동일한 회전속도로 주행함으로써 궤도의 곡률방향을 추종하여 자연스러운 조향이 이루어질 수 있게 하는 곡선부 자기 조향특성을 구현하게 된다.

한편, 종래 일반적인 형태의 철도차량은 각 대차별로 두 개의 나란한 윤축을 갖추기 때문에 한 량(輛)의 객차에 총 4개의 윤축을 구비하게 된다. 이와 같은 이축 방식의 주행장치는 하중 지지능력과 곡선 주행성능 등 여러 방면에서 유리한 점이 있어 전통적으로 많이 채택되어 왔다.

그런데, 좌우측 차륜이 단일의 차축에 대해 일체로 고정되어 동일한 회전속도로 구동하는 종래 고정식 이축 방식의 대차는 중심 복원이나 곡선 자기조향의 기능적인 측면에서는 만족할 만한 성능을 발휘할 수 있으나, 주행속도가 어느 이상이 되면 안정성을 상실하고 좌우방향으로 격렬하게 요동을 치는 헌팅(Hunting) 현상을 유발하는 문제점을 내재하고 있다. 즉, 기존 이축방식의 주행 장치로는 400km/h 내지 500km/h 이상의 주행속도를 구현해야 하는 초고속 철도차량에 적합하지 못한 한계를 낳게 된다.

특히, 기존 고정식 이축 방식의 주행장치는 구조적으로도 복잡할 뿐만 아니라, 자체 중량도 상당하기 때문에 고속의 주행 영역까지 가속하는 데 필요로 하는 추진력을 최적화하고 궤도 및 하부구조에 대한 부담을 줄이기 위한 차량의 경량화 구현에도 적합하지 않은 문제를 초래하게 된다.

또한, 종래 철도 차량은 선행 대차와 후행 대차 사이를 링크방식으로 연결하고 있어 선행 대차의 차체 선회각을 후속 대차에 전달하는 구조이고, 특히 대차의 고주파 운동이 완충 없이 차체로 직접 전달되어 승차감을 저해함과 더불어 선회 시 차체의 요잉 운동 등으로 인해 과도한 조향각이 유발되어 조향성능에 나쁜 영향을 미치게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 일축 방식의 독립형 차륜의 적용을 통해 구조적인 경량화 달성과 함께 초고속 주행 영역에서 안정성을 확보하고, 인접하는 두 대차 사이에서 가로방향으로 설치되는 링크 구조물의 적용을 통해 후속 대차에 대한 곡선부 자기 조향기능을 확보하며, 차체와 대차 사이에 다단의 현수장치를 설치하여 우수한 진동 절연의 성능 확보와 함께 승차감을 향상시킬 수 있는 초고속 철도차량의 독립 차륜형 일축 방식의 대차장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차체의 하중을 지지하는 대차 프레임, 상기 대차 프레임의 좌우에 각각 설치되는 액슬 박스, 상기 액슬 박스에 대해 공회전 가능하게 설치되는 독립 차륜, 상기 대차 프레임에 설치되어 상기 액슬 박스와 함께 상기 독립 차륜을 지지하는 일축의 차축 빔, 및 상기 대차 프레임 중에서 인접하는 서로 다른 대차 프레임 사이를 가로방향으로 연결하는 조향링크를 구비한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 대차 프레임은 차량의 가로방향에서 대향된 위치로 배치되는 한 쌍의 횡방향 구조물, 및 상기 횡방향 구조물의 양단부 사이를 차량의 길이방향으로 연결하고 상기 액슬 박스를 설치하는 한 쌍의 종방향 구조물을 구비한다.

본 발명은 상기 대차 프레임과 상기 액슬 박스 사이에서 높이방향으로 설치되는 1차 현수장치, 상기 차체와 상기 대차 프레임 사이에서 높이방향으로 설치되는 2차 현수장치, 상기 차체와 상기 대차 프레임 사이에서 길이방향으로 설치되는 3차 현수장치, 및 상기 차체와 상기 대차 프레임 사이에서 가로방향으로 설치되는 4차 현수장치를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 1차 현수장치는 상기 대차 프레임의 종방향 구조물과 상기 액슬 박스 사이에서 높이방향으로 설치되는 스프링, 및 상기 차체와 상기 대차 프레임의 종방향 구조물 사이에서 높이방향으로 설치되는 댐퍼를 구비하고, 상기 2차 현수장치는 상기 차체의 하부와 상기 대차 프레임의 종방향 구조물 사이에서 높이방향으로 설치되는 에어 스프링으로 이루어지고, 상기 3차 현수장치는 상기 차체의 하부와 상기 대차 프레임의 종방향 구조물 사이에서 길이방향으로 설치되는 댐퍼로 이루어지며, 상기 4차 현수장치는 상기 차체의 하부와 상기 대차 프레임의 횡방향 구조물 사이에서 가로방향으로 설치되는 댐퍼로 이루어진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 액슬 박스는 상기 차축 빔과 결합되어 상기 독립 차륜을 설치하는 스핀들, 및 상기 스핀들을 중심으로 좌우 양측에서 상기 스프링의 설치를 위해 외부로 돌출된 플랜지부를 구비한다.

본 발명은 상기 대차 프레임으로부터 길이방향을 따라 연장되고 상기 조향링크의 설치를 위한 마운팅 블록을 형성하는 연결 프레임을 더 포함하고, 상기 연결 프레임은 상기 대차 프레임의 횡방향 구조물의 일측 선단부에서 길이방향으로 연장되며, 상기 횡방향 구조물과 상기 연결 프레임 사이에는 경사방향으로 보강 프레임이 설치된다.

본 발명은 상기 차체와 상기 대차 프레임의 횡방향 구조물 사이에서 길이방향으로 설치되는 견인링크를 더 포함하고, 상기 견인링크는 상기 대차 프레임의 횡방향 구조물의 중간부위에서 길이방향을 따라 상하 2열의 구조로 배치된다.

본 발명은 고속철도 네트워크의 확대에 따라 기존과 호환 가능한 차륜 대 레일 방식의 초고속 열차에 적합한 주행장치로서, 대차에 대해 일축 방식의 독립 차륜을 적용함으로써 초고속 주행 영역에서 발생하는 헌팅 현상에 의한 안정성 상실에 대한 문제를 해소할 수 있고, 인접하는 두 대차 사이에서 조향각을 가로방향으로 연동시켜 주는 조향링크를 설치함으로써 선행 대차로부터 후행 대차에 이르는 원활한 조향각의 전달을 통해 자동 복원기능의 구현과 함께 독립형 차륜의 채택에 따라 상실되는 곡선부 자기 조향기능의 저하를 보완할 수 있고, 무엇보다도 인접한 대차의 선회각을 이용하여 조향각을 전이할 수 있으므로 차체의 요잉 운동 등에 의해 과도한 조향각이 전이되는 문제를 해소할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 단일의 대차에 대해 일축의 독립 차륜을 적용하여 대차의 구조적 경량화를 구현할 수 있고, 차체와 대차 사이에서 길이방향과 높이방향으로 각각 설치되는 다단의 현수장치를 적용함으로써 초고속 철도 차량에 적합한 추진력의 확보와 함께 우수한 진동 절연의 성능을 확보하여 승차감을 개선할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 독립 차륜형 일축 방식의 주행 장치에 해당하는 대차를 적용하고 있는 초고속 철도 차량에서 선행 차량과 후행 차량 사이의 연결부위만을 국부적으로 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초고속 철도차량용 독립 차륜형 일축 방식의 대차장치에 대한 구성을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 독립 차륜형 대차의 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 독립 차륜형 대차의 측면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 독립 차륜형 일축 방식의 대차에 있어, 주요 구성부위를 분해하여 도시한 사시도이다.
도 6은 종래 철도 차량에서 일체형 구조의 윤축에 의한 자동 중심 복원기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 종래 철도 차량에서 일체형 구조의 윤축에 의한 자기 조향기능을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1을 참조로 하면, 초고속 철도 차량은 승객을 위한 탑승 공간 및/또는 화물의 적재를 위한 공간을 형성하는 차체(100)와, 상기 차체(100)의 하부에 설치되어 승객과 화물을 비롯한 차량의 전체 하중을 지지하고 지면에 대해 고정된 레일 형태의 궤도를 따라 주행 가능한 대차(120)를 포함하여 구성된다.

이 경우, 상기 대차(120)는 상기 차체(100)의 전방부위와 후방부위에서 각각 하부로 위치하도록 배치된다. 또한, 열차와 열차 사이의 연결부위에서 상호 인접하게 배치되는 서로 다른 2량의 대차(120)는 기구학적으로 연결되는 구조를 이루게 된다. 도 1과 도 2 및 도 5에서 도면을 기준으로 좌측에 위치하는 대차는 선행하는 차량에서 후방에 위치하는 선행 대차(120a)에 해당하고, 우측에 위치하는 대차는 후행하는 차량에서 전방에 위치하여 상기 선행 대차(120a)와 연결되는 후행 대차(120b)에 해당한다.

도 2 내지 도 5를 참조로 하면, 상기 대차(120)는 격자 형태의 사각틀 형상으로 이루어지고 상기 차체(100)의 하중을 지지하는 대차 프레임(140), 상기 대차 프레임(140)의 양단부에서 차량의 길이방향 중심에 대해 좌우로 대칭되는 위치로 각각 설치되어 고정되는 한 쌍의 액슬 박스(160), 상기 액슬 박스(160)에 대해 개별적으로 공회전 가능하게 설치되어 고정 궤도와 구름 접촉하는 독립 차륜(180), 및 상기 대차 프레임(140)의 내부에서 차량의 가로방향을 따라 설치되고 상기 액슬 박스(160)와 함께 상기 독립 차륜(180)을 공회전 가능하게 지지하는 차축 빔(200)을 구비한다.

여기서, 상기 대차 프레임(140)은 차량의 가로방향으로 상호 대향된 위치에서 평행하게 배치되는 한 쌍의 횡방향 구조물(142)과, 상기 횡방향 구조물(142)의 양단부 사이를 차량의 길이방향을 따라 연결하도록 결합되고 상기 액슬 박스(160)를 설치하는 한 쌍의 종방향 구조물(144)을 구비한다. 이 경우, 상기 종방향 구조물(144)은 상기 액슬 박스(160)와 상기 독립 차륜(180)의 설치 위치를 확보하기 위해 상방향으로 볼록하게 절곡된 형상으로 이루어진다.

또한, 상기 독립 차륜(180)은 상기 액슬 박스(160)의 일측에서 상기 대차 프레임(140)의 내부를 향해 돌출된 스핀들(162)에 대해 외주면으로 끼워져 공회전 가능하게 설치되고, 상기 스핀들(162)의 자유단부는 상기 차축 빔(200)의 일단부에 대해 고정된다. 즉, 상기 한 쌍의 액슬 박스(160)는 상기 대차 프레임(140)의 좌/우측 양단부에 각각 고정되고, 상기 각각의 액슬 박스(160)의 스핀들(162)은 상기 좌/우 한 쌍의 독립 차륜(180)을 공회전 가능하게 지지한 상태에서 상기 차축 빔(200)의 양단부에 견고하게 고정된다. 아울러, 상기 독립 차륜(180)의 답면은 좌우 대칭 구조로서 상기 차축 빔(200)의 중심을 향해 직경이 점진적으로 확장되는 형태의 테이퍼 면을 형성한다.

이에 따라, 상기 액슬 박스(160)의 스핀들(162)과 상기 차축 빔(200)은 차량의 길이방향(X; 열차의 진행방향)과 가로방향(Y; 열차의 좌우방향) 및 높이방향(Z; 열차의 상하방향)에 대한 상기 독립 차륜(180)의 병진운동과, 차량의 길이방향(X)과 높이방향(Z)에 대한 상기 독립 차륜(180)의 회전운동을 구속함과 동시에, 단지 차량의 가로방향(Y)에 대한 상기 독립 차륜(180)의 회전운동만을 허용하게 된다. 즉, 상기 좌/우측 독립 차륜(180)은 상기 차축 빔(200)의 양단부에 대해 상기 한 쌍의 액슬 박스(160)를 매개로 각각 서로 다른 회전속도로 회전할 수 있는 구속 해제의 상태로 설치되므로, 고속의 주행 영역에서 차량의 거동 자세에 대한 안정성을 상실시키는 헌팅 현상의 발생을 억제하여 주행 안정성의 저하에 대한 문제를 근본적으로 배제할 수 있게 된다.

또한, 상기 차축 빔(200)은 단일의 대차 프레임(140)에 대해 단일의 수량으로 설치되고, 상기 독립 차륜(180)은 단일의 차축 빔(200)의 좌/우 양단부위에서 각각 개별적으로 설치된다. 즉, 상기 독립 차륜(180)은 상기 단일의 대차 프레임(140)에 대해 좌/우 한 쌍으로 이루어진 단일의 차륜으로 설치된다.

한편, 상기 대차(120)는 주행 중 외부로부터 전달되는 진동이나 충격의 흡수를 통해 승차한 탑승객과 함께 상기 차체(100)를 보호할 수 있는 현수장비를 구비하는 바, 본 발명에 있어 현수장비는 상기 차체(100)와 상기 대차(120) 사이의 여러 부위에서 다수의 수량으로 설치된다.

이와 같은 현수장비는 상기 대차 프레임(140)의 종방향 구조물(144)과 상기 액슬 박스(160) 사이에서 높이방향으로 수직하게 연결하도록 설치되어 주행 중 발생되는 진동이나 충격 등을 완충 및 완화시키는 1차 현수장치(220)와, 상기 차체(100)와 상기 대차 프레임(140)의 종방향 구조물(144) 사이에서 높이방향으로 수직하게 연결하도록 설치되어 주행 중 발생되는 진동이나 충격 등을 완충 및 완화시키는 2차 현수장치(240), 상기 차체(100)와 상기 대차 프레임(140)의 종방향 구조물(144) 사이에서 길이방향으로 수평하게 연결하도록 설치되어 주행 중 발생되는 진동이나 충격 등을 완충 및 완화시키는 3차 현수장치(260), 및 상기 차체(100)와 상기 대차 프레임(140)의 횡방향 구조물(142) 사이에서 가로방향으로 수평하게 연결하도록 설치되어 주행 중 발생되는 진동이나 충격 등을 완충 및 완화시키는 4차 현수장치(280)로 이루어진다.

먼저, 상기 1차 현수장치(220)는 상기 대차 프레임(140)의 종방향 구조물(144)과 상기 액슬 박스(160)의 양측에서 외부로 돌출된 플랜지부(164) 사이에서 높이방향을 따라 수직하게 설치되는 한 쌍의 스프링(222)과, 상기 차체(100)의 하부와 상기 대차 프레임(140)의 종방향 구조물(144) 사이에서 높이방향을 따라 수직하게 설치되는 적어도 하나 이상의 댐퍼(224)로 이루어진다. 이 경우, 상기 스프링(222)과 상기 댐퍼(224)는 주행 중 상기 대차 프레임(140)으로 전달되는 수직방향의 충격과 진동을 1차적으로 완충시켜 완화하는 기능을 수행한다.

또한, 상기 2차 현수장치(240)는 상기 차체(100)와 상기 대차 프레임(140) 사이를 완충 가능한 구조로 연결시켜 주는 장치로서, 상기 차체(100)의 하부와 상기 대차 프레임(140)의 종방향 구조물(144) 사이에서 높이방향으로 수직하게 설치되는 적어도 하나 이상의 에어 스프링으로 이루어진다. 이 경우, 상기 에어 스프링은 상기 차체(100)의 내부에 탑승한 승객에게 보다 안락한 진동 승차감을 제공하기 위해 주행 중 발생되는 수직방향의 충격이나 진동을 한층 더 유연하게 완화시키는 기능 외에도 내부 공기압의 조절을 통해 상기 차체(100)의 높이를 가변적으로 조절해 주는 역할도 함께 수행한다.

또한, 상기 3차 현수장치(260)는 상기 차체(100)의 하부와 상기 대차 프레임(140)의 종방향 구조물(144) 사이에서 길이방향으로 수평하게 설치되는 적어도 하나 이상의 댐퍼로 이루어진다. 이 경우, 상기 댐퍼는 상기 좌우측 종방향 구조물(144)에서 각각 차량의 길이방향을 따라 길게 배치되어 주행 중 발생되는 수평방향의 충격이나 진동을 완충시켜 완화하는 기능을 수행한다.

또한, 상기 4차 현수장치(280)는 상기 차체(100)의 하부와 상기 대차 프레임(140)의 횡방향 구조물(142) 사이에서 가로방향으로 설치되는 적어도 하나 이상의 댐퍼로 이루어진다. 이 경우, 상기 댐퍼는 상기 횡방향 구조물(142)의 좌우측 부위에서 차량의 가로방향을 따라 다소 경사진 상태로 길게 배치되어 주행 중 발생되는 수평방향의 충격이나 진동을 완충시켜 완화하는 기능을 수행한다.

한편, 상기 선행 대차(120a)와 상기 후행 대차(120b)는 상호 인접하는 대차 프레임(140) 사이에서 차량에 대해 가로방향으로 설치되는 조향링크(300)를 매개로 서로 기구적으로 연결되는 바, 상기 조향링크(300)는 소정의 강성을 가지는 로드 형태의 구조물로서 상기 선행 대차(120a)의 대차 프레임(140)과 상기 후행 대차(120b)의 대차 프레임(140) 사이를 강성적으로 견고하게 결속함으로써 구동력의 전달과 함께 선행 대차(120a)의 조향각을 후행 대차(120b)에 전달해 주는 일종의 연결링크의 역할을 수행한다.

이 경우, 상기 조향링크(300)는 상기 선행 대차(120a)와 상기 후행 대차(120b)에 대한 연결부위에 해당하는 양단부에 하중을 전달하는 과정에서 발생하는 불필요한 운동이나 진동의 발생을 흡수하기 위해 완충성 소재의 부싱을 갖춘 조인트 부재(302)를 포함한다. 이에 따라, 상기 조향링크(300)는 선행 대차(120a)와 후행 대차(120b) 사이를 가로방향으로 연동시켜 주는 역할을 수행함으로써, 본 발명의 구성과 같이 독립 차륜(180)을 적용함에 있어 수반될 수 있는 곡선부 자기 조향기능의 상실에 대한 문제를 해소할 수 있게 된다.

이를 위해, 상기 대차 프레임(140)은 상기 조향링크(300)의 설치를 위해, 상호 인접하게 배치되는 한 쌍의 횡방향 구조물(142)에서 철도차량의 길이방향을 따라 길게 돌출되어 연장되는 연결 프레임(146)을 각각 일체로 구비하고, 상기 연결 프레임(146)의 자유단부에는 상기 조향링크(300)의 일단부에 구비된 상기 조인트 부재(302)의 설치를 위한 마운팅 블록(148)이 개별적으로 구비된다. 또한, 상기 마운팅 블록(148)은 상기 조향링크(300)의 조인트 부재(302)에 대한 수용을 위해 오목한 형태의 요홈부와 함께 상하부위에 상기 조인트 부재(302)와의 결합을 위해 외부로 돌출된 결합면을 형성한다.

이때, 상기 연결 프레임(146)은 상기 대차 프레임(140)의 횡방향 구조물(142)의 전 부위 중에서 일측 선단부에 한정하여 차량의 길이방향으로 길게 연장되도록 각각 설치되어 인접한 다른 차량의 연결 프레임(146)과의 사이에 걸쳐 상기 조향링크(300)의 장착을 위한 필요 공간을 확보하게 된다. 특히, 상기 연결 프레임(146)은 상기 횡방향 구조물(142)에 대한 지지 강성을 향상시키기 위해 대략 경사진 사선방향으로 설치되는 보강 프레임(150)을 더 포함한다. 이 경우, 상기 보강 프레임(150)의 양단부는 상기 연결 프레임(146)과 상기 횡방향 구조물(142)에 대해 각각 견고하게 고정되어 상기 횡방향 구조물(142)에 대한 상기 연결 프레임(146)의 결합 상태를 보다 안정적으로 확보할 수 있게 된다.

한편, 상기 대차(120)는 상기 차체(100)와의 연결 강성을 더욱 보강하기 위해 견인링크(320)를 구비하는 바, 상기 견인링크(320)는 상기 차체(100)와 상기 대차 프레임(140)의 횡방향 구조물(142) 사이에서 철도차량의 길이방향을 따라 길게 배치되도록 설치된다. 이 경우에도 상기 견인링크(320)는 하중을 전달하는 과정에서 발생하는 불필요한 운동이나 진동의 발생을 흡수하기 위해 양단부에 완충성 소재의 부싱을 갖춘 조인트 부재(322)를 포함한다.

특히, 견인링크(320)는 상기 차체(100)와 상기 대차 프레임(140)의 횡방향 구조물(142)의 중간부위 사이에서 차량의 길이방향을 따라 상하 2열의 구조로 배치됨으로써 주행 중 추진력과 제동력을 효과적으로 차체(100)로 전달함과 동시에 일축 대차(120)에 대한 자립 기능을 부여할 수 있고, 또한 상하 2열 배치에 따라 차량의 길이방향을 중심으로 발생될 수 있는 롤링 현상을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.

따라서 본 발명은 대차(120)에 설치된 차축 빔(200)에 대해 개별적으로 회전할 수 있는 일축 방식의 독립 차륜(180)의 적용과 함께 상기 대차(120)의 구성을 위한 대차 프레임(140)을 격자 형태의 구조로 설정하고 그 사이에 단일의 차축 빔(200)을 매개로 좌우 한 쌍의 독립 차륜(180)을 설치하며 상기 차축 빔(200)에 대한 독립 차륜(180)의 가로방향에 한정하는 회전만을 허용함으로써, 초고속 주행 영역에서 헌팅 현상에 따른 안정성의 상실에 대한 문제를 해소함과 더불어 차량의 경량화에 기여할 수 있으므로 초고속 철도 차량에 적합한 주행장치를 제공할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 선행 대차(120a)와 후행 대차(120b) 사이를 차체에 대해 가로방향으로 배치되는 조향링크(300)의 설치를 통해 곡선 궤도의 주행 시 선행 대차(120a)에 의한 조향각을 후행 대차(120b)에 대해 그대로 전달할 수 있으므로 독립 차륜(180)의 채택에 따라 상실될 수 있는 곡선부 자기 조향을 위한 기능성을 확보할 수 있게 된다.

아울러, 본 발명은 차체(100)와 대차(120) 사이에 걸쳐 차량의 길이방향(X)과 가로방향(Y) 및 높이방향(Z)으로 각각 설치되는 여러 종류의 현수장치에 대한 적용을 통해 주행 중 외부로부터 차체(100)로 전달되는 진동이나 충격을 효과적으로 흡수할 수 있는 우수한 진동 절연의 성능을 확보할 수 있으므로 보다 안락한 승차감을 제공할 수 있게 된다.

특히, 1차 현수장치(220)는 상기 대차 프레임(140)의 종방향 구조물(144)과 상기 액슬 박스(160)의 좌우 양쪽 플랜지부(164) 사이에서 높이방향으로 수직하게 설치되는 한 쌍의 스프링(222)과 상기 차체(100)의 하부와 상기 대차 프레임(140)의 종방향 구조물(144) 사이에서 높이방향으로 수직하게 설치되는 다수의 댐퍼(224)로 이루어져 주행 중 상기 대차 프레임(140)으로 전달되는 진동이나 충격 등을 중간에서 효과적으로 완충시킬 수 있게 된다.

또한, 2차 현수장치(240)는 상기 차체(100)의 하부와 상기 대차 프레임(140)의 종방향 구조물(144) 사이에서 높이방향으로 수직하게 설치되는 에어 스프링으로 이루어져 수직한 방향으로 전달되는 충격이나 진동을 상기 1차 현수장치(220)와 함께 절연할 수 있음과 더불어 내부 공기압에 대한 조절을 통해 차체(100)의 높이를 선택적으로 조절할 수 있는 부수적인 기능도 구현할 수 있게 된다.

한편, 3차 현수장치(260)는 상기 차체(100)의 하부와 상기 대차 프레임(140)의 횡방향 구조물(142) 사이에서 길이방향을 따라 수평하게 설치되는 댐퍼로 이루어져 주행 중 수평한 방향으로 전달되는 충격과 진동을 완화시킬 수 있고, 4차 현수장치(280)는 상기 차체(100)의 하부와 상기 대차 프레임(140)의 횡방향 구조물(142) 사이에서 가로방향을 따라 경사지게 배치될 수 있으므로 상기 차체(100)와 상기 대차 프레임(140) 사이에서 길이방향과 가로방향 및 높이방향 중 적어도 하나 이상의 방향에서 복합적으로 작용하는 충격이나 진동의 절연에 효과적인 기능성을 제공할 수 있게 된다.

100-차체 120-대차
120a-선행 대차 120b-후행 대차
140-대차 프레임 142-횡방향 구조물
144-종방향 구조물 146-연결 프레임
148-마운팅 블록 150-보강 프레임
160-액슬 박스 162-스핀들
164-플랜지부 180-독립 차륜
200-차축 빔 220-1차 현수장치
222-스프링 224-댐퍼
240-2차 현수장치 260-3차 현수장치
280-4차 현수장치 300-조향링크
320-견인링크

Claims

차체(100)의 가로방향에서 대향된 위치로 배치되는 한 쌍의 횡방향 구조물(142), 및 상기 횡방향 구조물(142)의 양단부 사이를 차량의 길이방향으로 연결하는 한 쌍의 종방향 구조물(144)을 구비하는 대차 프레임(140);
상기 종방향 구조물(144)에 각각 설치되는 액슬 박스(160);
상기 액슬 박스(160)에 대해 공회전 가능하게 설치되는 독립 차륜(180);
상기 대차 프레임(140)에 설치되어 상기 액슬 박스(160)와 함께 상기 독립 차륜(180)을 지지하는 일축의 차축 빔(200);
상기 대차 프레임(140) 중에서 인접하는 서로 다른 대차 프레임(140) 사이를 가로방향으로 연결하는 조향링크(300);
상기 대차 프레임(140)과 상기 액슬 박스(160) 사이에서 높이방향으로 설치되는 1차 현수장치(220);
상기 차체(100)와 상기 대차 프레임(140) 사이에서 높이방향으로 설치되는 2차 현수장치(240);
상기 차체(100)와 상기 대차 프레임(140) 사이에서 길이방향으로 설치되는 3차 현수장치(260); 및
상기 차체(100)와 상기 대차 프레임(140) 사이에서 가로방향으로 설치되는 4차 현수장치(280)를 구비하는 것을 특징으로 하는 초고속 철도차량의 독립 차륜형 일축 대차장치.
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청구항 1에 있어서, 상기 1차 현수장치(220)는,
상기 대차 프레임(140)의 종방향 구조물(144)과 상기 액슬 박스(160) 사이에서 높이방향으로 설치되는 스프링(222); 및
상기 차체(100)와 상기 대차 프레임(140)의 종방향 구조물(144) 사이에서 높이방향으로 설치되는 댐퍼(224)를 구비하는 것을 특징으로 하는 초고속 철도차량의 독립 차륜형 일축 대차장치.
청구항 4에 있어서, 상기 액슬 박스(160)는,
상기 차축 빔(200)과 결합되어 상기 독립 차륜(180)을 설치하는 스핀들(162);
상기 스핀들(162)을 중심으로 좌우 양측에서 상기 스프링(222)의 설치를 위해 외부로 돌출된 플랜지부(164)를 구비하는 것을 특징으로 하는 초고속 철도차량의 독립 차륜형 일축 대차장치.
청구항 1에 있어서,
상기 2차 현수장치(240)는 상기 차체(100)의 하부와 상기 대차 프레임(140)의 종방향 구조물(144) 사이에서 높이방향으로 설치되는 에어 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초고속 철도차량의 독립 차륜형 일축 대차장치.
청구항 1에 있어서,
상기 3차 현수장치(260)는 상기 차체(100)의 하부와 상기 대차 프레임(140)의 종방향 구조물(144) 사이에서 길이방향으로 설치되는 댐퍼로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초고속 철도차량의 독립 차륜형 일축 대차장치.
청구항 1에 있어서,
상기 4차 현수장치(280)는 상기 차체(100)의 하부와 상기 대차 프레임(140)의 횡방향 구조물(142) 사이에서 가로방향으로 설치되는 댐퍼로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초고속 철도차량의 독립 차륜형 일축 대차장치.
청구항 1에 있어서,
상기 대차 프레임(140)으로부터 길이방향을 따라 연장되고 상기 조향링크(300)의 설치를 위한 마운팅 블록(148)을 형성하는 연결 프레임(146)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고속 철도차량의 독립 차륜형 일축 대차장치.
청구항 9에 있어서,
상기 연결 프레임(146)은 상기 대차 프레임(140)의 횡방향 구조물(142)의 일측 선단부에서 길이방향으로 연장되고, 상기 횡방향 구조물(142)과 상기 연결 프레임(146) 사이에는 경사방향으로 보강 프레임(150)이 설치되는 것을 특징으로 하는 초고속 철도차량의 독립 차륜형 일축 대차장치.
청구항 1에 있어서,
상기 차체(100)와 상기 대차 프레임(140)의 횡방향 구조물(142) 사이에서 길이방향으로 설치되는 견인링크(320)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고속 철도차량의 독립 차륜형 일축 대차장치.
청구항 11에 있어서,
상기 견인링크(320)는 상기 대차 프레임(140)의 횡방향 구조물(142)의 중간부위에서 길이방향을 따라 상하 2열의 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 초고속 철도차량의 독립 차륜형 일축 대차장치.