KR101546947B1 - 철도차량용 제동 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도차량용 제동 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철도차량의 제동장치를 제어하는 각종 밸브를 모듈화하고 기능을 집약화하며, 제어기기인 제동전자제어유니트(ECU)와 전공제동밸브모듈을 일체형으로 구성함으로써, 전체 부피를 줄여줄 뿐만 아니라 조립을 용이하게 하며, 제어압력을 제공하는 전자밸브를 정확하게 제어하도록 하여 안정적으로 제동압력을 공급할 수 있는 철도차량용 제동 제어 장치에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제동을 위한 제어 신호를 생성하는 제동전자제어유니트(ECU)와, 상기 제동전자제어유니트에서 전송된 제어신호에 따라 제동작용을 하는 전공 제동 밸브 모듈로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

철도차량용 제동 제어 장치{brake control unit for railway vehicle}

본 발명은 철도차량용 제동 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철도차량의 제동장치를 제어하는 각종 밸브를 모듈화하고 기능을 집약화하며, 제어기기인 제동전자제어유니트(ECU)와 전공제동밸브모듈을 일체형으로 구성함으로써, 전체 부피를 줄여줄 뿐만 아니라 조립을 용이하게 하며, 제어압력을 제공하는 전자밸브를 정확하게 제어하도록 하여 안정적으로 제동압력을 공급할 수 있는 철도차량용 제동 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량을 제동하기 위한 제동장치로서 압축공기를 이용한 공기제동장치가 적용되고 있다. 이러한 철도차량용 제동장치는 밸브를 작동시켜 각 차량 간에 연결된 공기관을 통해 압력신호를 전달하는 방식이다.

구체적으로 설명하면, 철도차량용 제동장치는, 공기압축기, 공기통, 공기관, 제어부, 각종 밸브 및 제동기를 포함하여 이루어진다. 상기 철도차량용 제동장치의 동작은, 우선 공기압축기에 의해 발생된 압축공기로 인해 공기통과 공기관의 내부 압력이 일정하게 유지되고, 공기통과 공기관의 압력은 운전자의 조작에 따른 각종 밸브의 개폐로 선택적으로 제동기에 전달되어 제동기는 이 공기압력으로 제동자를 차륜에 밀착시켜 목적한 제동력을 얻게 된다.

이러한 공기관, 제어부 및 각종 밸브들은 그 기능에 따라 크게 네 개의 파트로 구분될 수 있다. 이 네 개의 파트는, 공기통과 연결되어 압축공기를 공급하는 공급부, 공급부를 통해 공급되는 압축공기를 확인하고 철도차량의 주행 중에 그 압축공기를 복수의 제동기에 배분하여 전달하는 배분부, 공급부에서 배분부로 공급되는 압축공기를 제어하는 제어기기들을 포함하는 제어부, 및 공급부를 통해 공급되는 압축공기를 확인하고 철도차량의 주차 중에 그 압축공기를 복수의 제동기에 배분하여 전달하는 주차배분부이다.

여기서 공기압축기는 기관차 혹은 운전실이 있는 제어부수차에 탑재되고 복수의 제동기는 각 철도차량의 휠 부근에 구비되는데, 종래의 철도차량용 제동장치에 있어서, 이 같은 제어부(1), 배분부(2), 주차배분부(3), 공급부(4) 및 제동장치의 구성요소는 아니지만 철도차량의 완충작용을 하는 공기스프링에 압축공기를 공급하는 완충공급부(5)는 도 1의 배관도 및 도 2의 사시도에 도시된 바와 같이, 철도차량의 하부에 산재(散在)된 상태로 작업자에 의해 하나씩 각각 별도 조립된다.

그리고 제어부(1), 배분부(2), 주차배분부(3), 공급부(4) 및 완충공급부(50)에 구비되는 제어기기 및 각종밸브들을 연결하는 공기관에 대한 배관 작업도 각각 개별적으로 이루어진다.

따라서 이와 같은 조립 작업 및 공기관의 배관 작업이 철도차량의 하부에서 작업자에 의해 각각 별도로 이루어지므로, 그 조립 및 배관 작업에 많은 시간과 노동력이 소요되며, 협소한 철도차량의 하부에서 장시간 조립 및 배관 작업을 진행함에 따라 작업자의 피로도와 능률이 크게 저하되는 문제점이 있다.

그래서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 한국등록특허 제10-1130616호에 기재된 기술이 제안되었는데, 그 기술적 특징은 철도차량의 하부에 장착되며, 표면상에 소정의 공급영역(11), 배분영역(12), 및 제어영역(13)이 구획된 통합 패널(10); 상기 철도차량의 제동장치의 구성요소로서 압축공기를 공급하는 필터(21), 공기관 및 밸브를 포함하며, 상기 공급영역(11)에 설치되는 공급부(20); 상기 공급부(20)를 통해 공급되는 압축공기를 확인하고 상기 철도차량의 주행 중에 그 압축공기를 복수의 제동기에 배분하여 전달하는 공기관 및 밸브를 포함하며, 상기 배분영역(12)에 설치되는 배분부(30); 및 상기 공급부(20)에서 상기 배분부(30)로 공급되는 압축공기를 제어하는 제어기기(41)들을 포함하며, 상기 제어영역(13)에 설치되는 제어부(40);를 포함하되, 상기 공급부(20), 배분부(30) 및 상기 제어부(40)는 상기 통합 패널(10)에 설치된 상태로 상기 통합 패널(10)을 통해 일시에 상기 철도차량의 하부에 장착되는 것을 특징으로 한다.

그런데, 한국등록특허 제10-1130616호에 기재된 기술은 기능별로 구분된 제동장치의 구성요소들이 체계적으로 구획된 소정의 영역 내에 콤팩트하게 구성될 수 있고, 구성요소들을 잇는 공기관의 길이도 대폭 줄일 수 있어 철도차량에 간편하게 설치할 수 있는 장점은 있으나, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 각 구성요소들은 통합패널(10)의 전면에 설치되고, 각 구성을 연결하기 위한 공기관은 통합패널(10)의 후면에 돌출되도록 설치됨으로써, 여전히 전체적인 구성이 비대할 뿐만 아니라, 각 구성요소를 연결하기 위한 공기관을 일일이 연결하여야 하므로, 조립에 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전공 제동 밸브 모듈과 상기 전공 제동 밸브 모듈을 제어하는 제동 전자 제어 유니트로 형성되되, 상기 전공 제동 밸브 모듈을 직육면체 형상으로 형성되는 본체와 상기 본체에 응하중 밸브, 중계밸브, 상용제동 공급 전자밸브, 상용제동 배기 전자밸브, 비상제동 전자밸브, 압력 점검구 및 압력 센서를 설치하고, 상기 본체의 내부에 각 밸브들을 연결하는 연결통로를 형성하여 모듈화함으로써, 전체적인 부피를 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 기존에 별도 구성품으로 구비되던 평균압밸브의 기능을 응하중밸브에 내장함으로써, 부피축소를 극대화하였으며, 이를 통해 장치의 경량화 및 콤팩트한 형상을 실현하여 좁은 공간에서도 설치/운용 가능하도록 하여 차량의 공간/배치 설계에 크나큰 장점이 있을 뿐만 아니라, 각 밸브들을 연결하기 위한 파이핑 공정을 생략할 수 있어 보다 용이하게 제작할 수 있는 철도차량용 제동 제어 장치를 제공하는 것이다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 본체의 상면에 형성되는 상용제동 전자밸브를 상용제동 공급 전자밸브와 상용제동 배기 전자밸브의 두 가지 밸브를 사용하며, 상기 전자밸브를 제어할 때, 종래의 전류제어 방식을 사용하지 않고 환경의 영향을 적게 받는 전압제어 방식으로 제어함으로써, 열악한 환경에서도 보다 정확하게 제어압력을 제어할 수 있는 철도차량용 제동 제어 장치를 제공하는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;

제동을 위한 제어 신호를 생성하는 제동전자제어유니트(ECU)와, 상기 제동전자제어유니트에서 전송된 제어신호에 따라 제동작용을 하는 전공 제동 밸브 모듈로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 전공 제동 밸브 모듈은, 내부에 공기의 이동로가 형성되는 본체와, 상기 본체에 설치되되, 상기 제동전자제어유니트에서 전송되는 제어신호에 따라 제어압력을 생성하는 전자밸브와, 상기 본체에 설치되되, 상기 전자밸브에서 공급된 제어압력에 따라 제동장치의 브레이크 실린더로 공급되는 제동압력을 생성하는 중계밸브로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 본체에는 비상상황에서 제동을 수행하는 비상제동 전자밸브와 응하중 밸브가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 비상제동 전자밸브는 철도차량의 비상시에, 상기 상용제동 전자밸브에서 공급되는 제어압력을 차단하고, 제동 제어 장치에 연결되는 공급 공기통에서 공급되는 공기를 상기 응하중 밸브로 공급하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 응하중 밸브는 철도차량의 에어스프링에서 공급되는 압력에 따라 상기 비상제동 전자밸브에서 제공되는 공기의 압력을 보정하여 중계밸브로 공급하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 응하중 밸브는, 상기 본체의 내부 일측에 형성되는 제1공간부에 구비되는 제2피스톤과, 상기 제1공간부의 측부에 형성되는 제2공간부에 구비되는 제3피스톤과, 상기 제1공간부와 제2공간부를 연결하는 제3공간부에 구비되어, 제2피스톤의 가압력을 제3피스톤으로 전달하는 밸런스 빔과, 상기 제2공간부의 상단에 구비되는 메인 밸브와, 상기 제2공간부의 상부와 연통되도록 형성되는 제3공급구와, 상기 제2공간부의 측부와 연통되도록 형성되는 제4공급구로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 상용제동 전자밸브는 제동 제어 장치에 연결되는 공급 공기통에서 공급되는 공기를 중계밸브로 공급하는 상용제동 공급 전자밸브와, 상기 상용제동 공급 전자밸브에서 공급되는 공기를 외부로 배출하는 상용제동 배기 전자밸브로 이루어지는 특징으로 한다.

여기서, 상기 상용제동 공급 전자밸브와 상용제동 배기 전자밸브는 상기 제동전자제어유니트에서 전송되는 전압 신호에 따라 ON-OFF 제어되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본체의 상면에는 각 밸브로 공급되는 공기의 압력을 감지하는 압력 감지 센서가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 본체의 하면에는 각 밸브로 공급되는 공기의 압력을 외부의 장비를 사용하여 감지할 수 있는 압력 점검구가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 전공 제동 밸브 모듈과 상기 전공 제동 밸브 모듈을 제어하는 제동 전자 제어 유니트로 형성되되, 상기 전공 제동 밸브 모듈을 직육면체 형상으로 형성되는 본체와 상기 본체에 응하중 밸브, 중계밸브, 상용제동 공급 전자밸브, 상용제동 배기 전자밸브, 비상제동 전자밸브, 압력 점검구 및 압력 센서를 설치하고, 상기 본체의 내부에 각 밸브들을 연결하는 연결통로를 형성하여 모듈화함으로써, 전체적인 부피를 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 기존에 별도 구성품으로 구비되던 평균압밸브의 기능을 응하중밸브에 내장함으로써, 부피축소를 극대화하였으며, 이를 통해 장치의 경량화 및 콤팩트한 형상을 실현하여 좁은 공간에서도 설치/운용 가능하도록 하여 차량의 공간/배치 설계에 크나큰 장점이 있을 뿐만 아니라, 각 밸브들을 연결하기 위한 파이핑 공정을 생략할 수 있어 보다 용이하게 제작할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 본체의 상면에 형성되는 상용제동 전자밸브를 상용제동 공급 전자밸브와 상용제동 배기 전자밸브의 두 가지 밸브를 사용하며, 상기 전자밸브를 제어할 때, 종래의 전류제어 방식을 사용하지 않고 환경의 영향을 적게 받는 전압제어 방식으로 제어함으로써, 열악한 환경에서도 보다 정확하게 제어압력을 제어할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 철도차량용 제동장치의 공기배관도이다.
도 2는 종래의 철도차량용 제동장치를 공기통을 포함하여 도시한 사시도이다.
도 3은 종래의 개선된 철도차량용 제동장치 통합 모듈의 정면도이다.
도 4는 종래의 개선된 철도차량용 제동장치 통합 모듈의 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 공기 배관도이다.
도 7은 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 전공 제동 밸브 모듈의 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 상용제동시 공기 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 비상제동시 공기 흐름도이다.
도 10은 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 상용제동 전자밸브의 작용 상태도이다.
도 11은 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 중계밸브의 작용 상태도이다.
도 12는 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 비상제동 전자밸브의 작용 상태도이다.
도 13은 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 응하중 밸브의 단면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 응하중 밸브의 제1공간부 부분의 확대 단면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 응하중 밸브의 제2공간부 부분의 확대 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 5는 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 공기 배관도이고, 도 7은 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 전공 제동 밸브 모듈의 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 상용제동시 공기 흐름도이고, 도 9는 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 비상제동시 공기 흐름도이고, 도 10은 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 상용제동 전자밸브의 작용 상태도이고, 도 11은 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 중계밸브의 작용 상태도이고, 도 12는 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 비상제동 전자밸브의 작용 상태도이고, 도 13은 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 응하중 밸브의 단면도이고, 도 14는 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 응하중 밸브의 제1공간부 부분의 확대 단면도이고, 도 15는 본 발명에 따른 철도차량용 제동 제어 장치의 응하중 밸브의 제2공간부 부분의 확대 단면도이다.

본 발명은 철도차량의 제동을 제어하는 철도차량용 제동 제어 장치(100)에 관한 것으로 도 5에 도시된 바와 같이, 제동을 위한 제어 신호를 생성하여 각 구성으로 전송하는 제동전자제어유니트(ECU,110)와 상기 제동전자제어유니트(110)에서 전송된 제어신호에 따라 제동작용을 하는 전공 제동 밸브 모듈(200)로 이루어진다.

여기서, 상기 전공 제동 밸브 모듈(200)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 내부에 공기의 이동로(미도시)가 형성되는 본체(210)와 상기 본체(210)에 설치되는 상용제동 전자밸브(300)와 상기 본체(210)에 설치되는 중계밸브(400)와 본체(210)에 설치되는 비상제동 전자밸브(600)와 본체(210)에 설치되는 응하중 밸브(500)로 이루어진다.

그리고, 상기 상용제동 전자밸브(300)는 제동전자제어유니트(110)에서 전송되는 제어신호에 따라 제어압력을 생성하여 상기 중계밸브(400)로 공급하게 되는데, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 상용제동 전자밸브(300)는 제동 제어 장치(100)에 구비되는 공급 공기통(미도시)에서 공급되는 공기를 중계밸브(400)로 공급하는 상용제동 공급 전자밸브(310)와 상기 상용제동 공급 전자밸브(310)에서 공급되는 공기를 외부로 배출하는 상용제동 배기 전자밸브(320)로 이루어진다.

이때, 상기 상용제동 공급 전자밸브(310)와 상용제동 배기 전자밸브(320)는 상기 제동전자제어유니트(110)에서 전송되는 전압 신호에 따라 ON-OFF 제어되어, 공급, 중립, 배기 상태를 유지하게 된다.

종래의 전자밸브는 하나의 밸브로만 이루어지고, 제동전자제어유니트(110)에서 전송되는 전류 신호에 의하여 제어되며, 이러한 종래의 전류제어방식은 공급, 중립, 배기 상태에 따라 이미 결정된 전류를 공급받아 제어된다.

그런데, 전류는 환경적인 영향(온도, 노이즈)에 상대적으로 취약하여, 환경적인 영향에 의해 전류신호의 값이 변하게 되는 경우가 있어 하나의 전자밸브를 이용해 정확한 3위치(공급, 중립, 배기) 제어가 어려운 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 전류제어의 경우 솔레노이드의 선형성, 히스테리시스 및 스트로크에 따른 출력 특성 등이 만족되어야 전류 대비 밸브의 유량이 정확히 출력되고 이에 따른 압력도 정확히 제어된다. 이와 같이 전류제어방식의 경우 압력의 정확한 제어를 위해서는 사전에 충족되어야 할 조건이 많다.

반면 전압제어방식은 ON/OFF 신호만 인가되면 제어할 수 있기 때문에 최소작동전압(일반적으로 60% 이하임) 이상만 보장되면 정확한 압력 제어가 가능하며, 환경적인 요인에 의해 밸브의 정밀도가 저하되는 문제도 발생하지 않는다.

그리고, 상기 상용제동 전자밸브(300)에서 생성한 제어압력은 본체(210)의 내부에 형성되는 공기 이동로(미도시)를 통하여 중계밸브(400)로 공급되며, 상기 중계밸브(400)는 도 11에 도시된 바와 같이 본체(210)의 내부에 형성되는 공간(부호 미도시)의 하부에 구비되는 샤프트 밸브(410)와 상기 샤프트 밸브(410)의 상부에 일정거리 이격되게 구비되는 제1 서플라이 밸브(420)으로 이루어지며, 상기 샤프트 밸브(410)와 제1 서플라이 밸브(420)의 사이에는 중심부에 관통공이 형성된 밸브시트(405)가 형성되며, 상기 중계밸브(400)가 구비되는 공간부의 하부와 연통되도록 제1 배출구(440)가 형성된다.

여기서, 상기 샤프트 밸브(410)와 제1 서플라이 밸브(420)는 제1,2스프링(412, 422)에 의해 하부로 탄성 지지되며, 상기 제1 서플라이 밸브(420)는 밸브시트(405)의 관통공을 밀폐하게 되는데, 상기 샤프트 밸브(410)의 하부에 형성되는 챔버(430)로 본체(210)의 내부에 형성된 이동로를 통하여 상용제동 전자밸브(300)에서 생성된 제어압력이 공급되게 되면, 상기 챔버(430)는 샤프트 밸브(410)의 하부 공간과 연통되어 있어, 파란색 화살표(A1)처럼 샤프트 밸브(410)의 하부에 구비되는 다이아프램 방식의 제1 피스톤(414)을 상부로 가압하여 제1스프링(412)의 힘을 이기고 상부로 이동시키게 된다.

이때, 상기 샤프트 밸브(410)의 상단은 상기 제1 서플라이 밸브(420)의 하부를 가압하여 제1 서플라이 밸브(420)를 상부로 이동시키게 되며, 그에 따라 상기 제1 서플라이 밸브(420)의 측부에 형성되는 제1공급부(450)를 통하여 공급되는 공기가 빨간색 화살표(A2)처럼 밸브시트(405)의 관통공을 통하여 샤프트 밸브(410)의 측부에 형성되는 제2공급부(460)로 공급되게 된다.

한편, 상기 제1공급부(450)는 본체(210)의 내부에 형성된 이동로를 통하여 외부에 구비되는 공급 공기통과 연결되어 공급 공기통의 공기를 공급받아 상기 제2공급부(460)를 통하여 제동장치의 브레이크 실린더(미도시)로 공급되어 제동작용을 하게 된다.

여기서, 상기 제2공급부(460)으로 공급된 공기의 압력이 상기 제어압력보다 작을 경우에는 지속적으로 제2공급부(460)으로 공급되게 되고, 제2공급부(460)으로 공급된 공기의 압력이 상기 제어압력보다 클 경우에는 샤프트 밸브(410)의 하부에 형성된 다이아프램 방식의 제1피스톤(414)을 하부로 가압하여 샤프트 밸브(410)가 하부로 이동하게 하며, 그에 따라 샤프트 밸브(410)에 의해 상부로 가압되던 제1 서플라이 밸브(420) 역시 제2스프링(422)의 탄성력에 의해 하부로 이동하여 밸브시트(405)의 관통공을 밀폐하게 된다.

그래서, 상기 제1공급부(450)를 통하여 공급되던 공급 공기통의 공기가 차단되게 되며, 제2공급부(460)를 통하여 공급되던 공기는 샤프트 밸브(410)의 중심부에 형성되는 관통공을 통하여 중계밸브(400)의 하부에 형성되는 제1 배출구(440)을 통하여 외부로 배출되게 되며, 상기 제2공급부(460)에 공급된 공기의 압력과 샤프트 밸브(410)의 제1피스톤(414)를 상부로 가압하던 제어압력이 동일한 압력이 되게 되면 상기 제1피스톤(414)을 상하로 가압하는 힘이 동일하기 때문에 샤프트 밸브(410)의 상단은 제1 서플라이 밸브(420)의 하면과 접하여 밀폐되게 되므로 제2공급부(460)에 공급되어 제동작용을 하는 제동 압력은 상용제동 전자밸브(300)에서 공급된 제어압력과 동일한 압력을 유지하게 된다.

한편, 상기 본체(210)에는 비상제동 전자밸브(600)와 응하중 밸브(500)가 구비되는데, 상기 비상제동 전자밸브(600)는 비상상황에서 제동을 수행하도록 하며, 상기 응하중 밸브(500)는 비상상황에서 에어스프링의 압력에 따라 적절한 제어압력을 생성하여 중계밸브(400)로 공급하여 제동을 수행하도록 한다.

여기서, 상기 비상제동 전자밸브(600)는 도 12 (a)에 도시된 바와 같이, 본체(210)의 내부에 형성된 공간부(미도시)의 하부에 구비되는 밸브시트(632)와 상기 밸브시트(632)의 내측에 구비되는 제2 서플라이 밸브(630)와 상기 밸브시트(632)의 상부에 이격되도록 구비되는 로드 부시(622)와 상기 로드 부시(622)의 내부에 구비되는 로드밸브(620)와 상기 로드 밸브의 상부에 위치하는 솔레노이드 밸브(610)로 이루어진다.

따라서, 상기 솔레노이드 밸브(610)는 평상시에는 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 전원이 들어온 상태로 유지하게 되며, 그에 따라 외부의 공급 공기통에서 공급되는 공기가 로드 밸브(620)의 상부를 가압하게 되고, 그에 따라 로드 밸브(620)의 하단은 제2 서플라이 밸브(630)를 하부로 가압하게 되어, 로드 밸브(620)의 하단이 제2 서플라이 밸브(630)의 중심부에 상하로 관통되도록 형성되어 공간부의 하부에 형성되는 제2주입구(660)와 연통되는 관통공(부호 미도시)의 상단을 밀폐하여 상기 제2주입구(660)로 공급되는 공급 공기통의 공기가 차단되게 되며, 상용제동 전자밸브(300)에서 공급되는 제어압력이 상기 제2주입구(660)의 상부에 형성되는 제1주입구(640)로 주입되고, 이렇게 주입된 제어압력은 공간부를 통해 제1주입구(640)의 상부에 형성된 제2 배출구(650)를 통하여 배출되어 응하중밸브(500)를 경유하여 중계밸브(400)로 공급되어 제어압력으로 사용되게 된다.

또한, 상기 솔레노이드 밸브(610)는 긴급상황에서 전원이 공급되지 않게 되면 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이, 솔레노이드 밸브(610)가 작동되지 않게 되고, 그에 따라 공급 공기통에서 로드 밸브(620) 상부로 공급되던 공기는 차단되게 되며, 상기 로드 밸브(620)를 지지하는 스프링에 의해 로드 밸브(620)는 상부로 이동하게 되고, 로드 밸브(620)의 가압력이 제거되면 하부에 위치한 제2 서플라이 밸브(630) 역시 스프링의 탄성력에 의해 상부로 이동하게 되어, 상기 제2 서플라이 밸브(630)에 의해 상용제동 전자밸브(300)에서 생성된 제어압력을 공급하는 상기 제1주입구(640)는 밀폐되게 되며, 외부에 구비되는 공급 공기통에서 공급되는 공기가 본체(210)의 내부에 형성되는 공기의 이동로를 통하여 이동하여 상기 제2주입구(660)와 상기 제2 서플라이 밸브(630)의 중심부에 형성되는 관통공을 통하여 공간의 내부로 공급되며, 이렇게 공급된 공기는 제1주입구(640)의 상부에 형성된 제2 배출구(650)을 통하여 배출되게 되어, 응하중밸브(500)로 공급되며 응하중밸브(500)에서 미리 설정된 비상제동압력으로 조정되어 중계밸브(400)의 제어압력으로 공급되게 된다.

한편, 도 12에 도시된 바와 같이 정상 또는 비상시에 제동 작용을 할 때, 상용제동 전자밸브(300) 또는 비상제동 전자밸브(600)에서 공급되는 공기는 본체(210)의 내부에 형성된 이동로를 통하여 응하중 밸브(500)로 공급되게 되며, 정상시에 상용제동 전자밸브(300)에서 공급되는 제어압력은 응하중 밸브(500)를 통과하여 중계밸브(400)로 공급되게 되며, 비상시에 상기 비상제동 전자밸브(600)에 의해 공급되는 공기는 응하중 밸브(500)에서 승객 또는 화물에 의해 변동되는 에어스프링의 압력을 반영하여 변동하중에 상응하는 제어압력을 형성한 후, 상기 중계밸브(400)로 공급하게 된다.

여기서, 상기 응하중 밸브(500)는 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 본체(210)의 내측에 형성되는 제1공간부(500a)에 형성되는 제1 피스톤(510)과 상기 제1 피스톤(510)의 하부에 구비되는 제1피스톤로드(512)와 상기 제1피스톤로드(512)에 의해 일측 단부가 가압되는 밸런스빔(520)과 상기 밸런스빔(520)의 타측 단부를 가압하는 태핏(560)과 상기 태핏(560)에 의해 상부로 가압되되 본체(210)의 내측에 형성된 제2공간부(500b)에 구비되는 다이아프램 방식의 제3피스톤(570)과 상기 제3피스톤(570)이 구비되는 제2공간부(500b)의 상부에 구비되는 메인 밸브(580)로 이루어진다.

그리고, 상기 제2피스톤(510)은 단턱지게 형성되어 가장자리에는 제1가압부(514)가 형성되고, 중심부에는 상부로 돌출되는 제2가압부(516)이 형성되며, 상기 제2피스톤(510)의 상부에는 스프링에 의해 하부로 탄성지지되는 보조피스톤(508)이 구비되는데, 상기 보조피스톤(508)의 중심부에는 상기 제2가압부(516)가 삽입되는 수용부(509)가 형성된다.

이때, 철도차량에 구비되는 에어스프링과 연결되는 본체(210)의 공기 이동로는 상기 제1피스톤이(510)이 형성되는 제1공간부(500a)와 연통되도록 형성되어, 다수의 에어스프링에서 공기가 공급되는데, 다수의 에어스프링 중 일부에서 공급되는공기는 상기 제1가압부(514)쪽으로 공급되고, 나머지 에어스프링에서 공급되는 공기는 보조피스톤(508)에 형성된 관통공(미도시)을 통하여 상기 제2가압부(516)로 공급되어, 상기 제2피스톤(510)은 각 에어스프링에서 공급되는 공기의 압력을 평균화하게 된다.

즉, 종래에는 에어스프링에서 공급되는 공기의 압력을 평균화하기 위한 별도의 평균압 밸브가 구비되어 에어스프링에서 공급되는 압력을 평균화한 후 상기 제2피스톤(510)으로 공급하였으나, 본 발명에서는 별도의 평균압 밸브를 구비하지 않고, 제2피스톤(510)만으로 에어스프링에서 공급된 압력을 평균화할 수 있게 된다.

이렇게 평균화된 에어스프링의 압력에 의해 제2피스톤(510)의 하부에 구비되는 제1피스톤로드(512)는 하부로 이동하여 제1공간부(500a)와 제2공간부(500b)의 하부에 서로 연통되도록 형성되는 제3공간부(500c)에 구비되는 밸런스 빔(520)의 일측 단부를 하부로 가압하게 되어 밸런스 빔(520)은 하부에 위치하는 중심롤러(503)를 기준으로 타측 단부가 상부로 이동하게 된다.

여기서, 상기 밸런스 빔(520)의 타측 단부의 상부에 위치하는 태핏(560)이 상부로 이동하게 되며, 상기 태핏(560)이 제3피스톤(570)의 중심부에 구비되는 스템밸브(572)의 내측에 형성된 공간부에 삽입되어 있어, 태핏(560)에 의해 상기 제3피스톤(570)가 상부로 이동하게 되며, 상기 제3피스톤(570)의 상부에 위치하는 메인 밸브(580)가 상기 제3피스톤(570)에 의해 상부로 이동하여 제2공간부(500b)의 상단이 개방되게 되므로, 제3공급구(506)을 통하여 메인 밸브(580)가 구비되는 공간으로 공급되는 제어압력이 제3피스톤(570)이 구비되는 제2공간부(500b)의 측부에 형성되는 제4공급구(507)을 통하여 중계밸브(400)로 공급되게 된다.

즉, 상기 스템밸브(572)가 구비되는 제2공간부(500b)의 상단에는 밀폐부재(576)가 형성되고, 상기 밀폐부재(576)의 중심부에는 관통공(부호 미도시)이 형성되며, 상기 관통공으로 스템밸브(572)의 상단으로 돌출 형성되는 돌출부(574)가 삽입되어 메인밸브(580)의 하단에 접하게 되어, 스프링에 의해 하부로 탄성지지되는 메인밸브(580)를 상부로 이동시키게 되며, 상기 밀폐부재(576)의 관통공의 내주면은 상기 돌출부(574)의 외주면보다 크게 형성되므로, 상기 스템밸브(572)의 돌출부(574)에 의해 밀폐부재(576)과 밀착된 상태의 메인밸브(580)를 상부로 이동시킴에 따라 메인밸브(580)이 밀폐부재(576)과 이격되게 되어 메인밸브(580)가 구비된 공간으로 공급되는 제어압력은 밀폐부재(576)의 관통공과 돌출부(574) 사이의 공간을 통하여 하부로 이동되어 제2공간부(500b)로 공급되게 된다.

여기서, 상기 태핏(560)이 위치하는 밸런스 빔(520)의 일측 하부에는 제2조절볼트(504)가 구비되고, 제2조절볼트(504)의 상부에는 조절볼트(504)에 의해 상하 이동하는 제2가압판(504a)구비되며, 상기 제2가압판(504a)의 상부에는 스프링이 구비되어 상기 밸런스 빔(520)의 일측 하부를 가압하게 되며, 제2조절볼트(504)를 조절하여 밸런스 빔(520)의 하부를 가압하는 힘을 조절할 수 있게 되어, 에어스프링에서 공급되는 공기 압력이 없는 상태인 응하중 밸브(500)의 초기압력을 설정하게 된다.

그리고, 상기 밸런스 빔(520)의 중심부 하부에는 중심롤러(503)가 구비되는데, 상기 중심롤러(503)는 포크(502)에 회전가능하게 설치되며, 상기 포크(502)는 응하중 밸브(500)의 측부[본체(210)의 측부]로 돌출되도록 형성되는 제1조절볼트(501)에 의해 이동가능하게 설치된다.

즉, 상기 포크(502)에는 내주면에 스크류가 형성되는 볼트삽입홈(502a)이 형성되고, 상기 볼트삽입홈(502a)에 제1조절볼트(501)의 단부가 삽입되어 제1조절볼트(501)를 회전시킴에 따라 상기 포크(502)를 이동시킬 수 있게 된다.

그래서, 상기 포크(502)에 구비된 중심롤러(503)를 이동시킴에 따라, 상기 밸런스 빔(520)의 회전 중심을 제어할 수 있어, 제2피스톤(510)의 가압력에 의해 타측 단에 구비되는 태핏(560)을 가압하는 힘을 조절하게 되어 철도차량의 공차와 만차에 따른 제동 압력의 변화량(기울기)을 조절하게 되며, 상기 제2피스톤(510)의 상부에는 제3조절볼트(505)가 상부로 돌출되며, 상기 제3조절볼트(505)에는 제1가압판(505a)가 형성되고 상기 제1가압판(505a)의 하부에는 스프링이 구비되어, 상기 보조피스톤(508)은 스프링에 의해 하부로 탄성지지되며, 상기 제3조절볼트(505)를 조절하여 상기 제2피스톤(510)을 가압하는 힘을 설정할 수 있게 됨으로써, 에어스프링이 파손되더라도 철도차량의 공차 상태의 80%에 해당하는 비상제동 압력을 출력하도록 설정한다.

한편, 상기 제4공급구(507)을 통하여 중계밸브(400)로 공급된 공기의 압력이 상기 제1조절볼트(501), 제2조절볼트(504)에 의해 조절된 압력과 에어스프링에 의해 가해지는 압력의 합보다 적을 경우에는 지속적으로 공급되게 되며, 제4공급구(507)로 공급되는 압력이 더 클 경우에는 제4공급구(507)에 공급된 공기가 상기 제3피스톤(570)을 하부로 가압하게 되어, 제3피스톤(570)을 따라 메인 밸브(580)가 하부로 이동하면서 제2공간부(500b)의 상단을 밀폐하게 되어 제3공급구(506)를 통하여 유입되는 공기가 제4공급구(507)로 공급되는 것을 차단하게 된다.

또한, 이미 상기 제4공급구(507)로 공급된 공기는 상기 제3피스톤(570)을 하부로 가압함으로써, 상기 스템밸브(572)의 상단이 상기 메인 밸브(580)의 하부와 이격되게 되고, 상기 메인 밸브(580)는 밀폐부재(576)과 밀착되어 제3공급구(506)와 제2공간부(500b)를 차단하게 되며, 스템밸브(572)의 돌출부(574)가 밀폐부재(576)의 관통공의 직경보다 작게 형성되므로, 스템밸브(572)의 상하를 관통하는 관통공이 상기 제4공급구(507)와 연통되게 되므로, 제4공급구(507)로 공급된 공기는 스템밸브(572)에 형성된 관통공을 통하여 하부로 이동하여 밸런스 빔(520)이 설치되는 제3공간부(500c)의 측부에 형성된 배출구(590)를 통하여 배출되게 된다.

이때, 상기 스템밸브(572)의 내측에 구비되는 태핏(560)의 상단에는 헤드부(562)가 형성되고, 상기 헤드부(562)는 상단과 하단 양측이 서로 연통되도록 이동로가 형성되어, 상기 스템밸브(572)의 관통공을 통하여 상부에서 유입된 공기는 상기 헤드부(562)에 형성된 이동로를 통하여 스템밸브(572)의 하부로 배출되게 된다.

이렇게 제4공급구(507)로 공급된 공기가 배출구(590)를 통하여 배출됨으로써 제4공급구(507)의 공기 압력과 상기 제1조절볼트(501), 제2조절볼트(504)에 의해 조절된 압력과 에어스프링에 의해 가해지는 압력의 합이 같아지게 되면 스템밸브(572)의 상단은 메인 밸브(580)와 접하게 되어 스템밸브(572)의 중심부에 형성되는 관통공이 차단되어 제4공급구(507)로 공급된 공기가 밀폐되게 됨으로써, 제어압력의 공급과 배기가 모두 이루어지지 않는 중립상태를 유지하게 된다.

한편, 상기 제1조절볼트(501), 제2조절볼트(504)에 의해 조절된 압력은 평상시에 발생하는 상용 제동을 위한 제어압력보다 크게 설정되기 때문에 상기 제4공급구(507)로 공급된 공기가 제3피스톤(570)을 하부로 완전히 이동시키지는 못하므로, 스템밸브(572)의 돌출부(574)에 의해 상기 메인 밸브(580)가 밀폐부재(576)과 이격되도록 상부로 이동된 상태이므로 제2공간부(500b)의 상부가 열린 상태를 유지하게 되어, 상용제동 전자밸브(300)에서 공급되는 제어압력은 제3공급구(506)와 제4공급구(507)를 통하여 중계밸브(400)로 공급되게 되며, 비상시에 작동하는 비상제동 전자밸브(600)에 의해 공급 공기통에서 공급되는 공기가 응하중 밸브(500)로 공급될 경우, 공급 공기통에서 공급되는 공기의 압력은 상기 제1조절볼트(501), 제2조절볼트(504)에 의해 조절된 압력과 에어스프링에 의해 가해지는 압력의 합보다 크기 때문에 일정량 이상의 공기가 공급되게 되면 제4공급구(507)로 공급된 공기의 압력이 더 커지게 되어 제3피스톤(570)을 하부로 이동시켜 스템밸브(572)의 중심부에 형성된 관통공을 통하여 배출구(590)로 배출되어 상기 제1조절볼트(501), 제2조절볼트(504)에 의해 조절된 압력과 에어스프링에 의해 가해지는 압력의 합과 동일한 압력이 되어 더 이상 공기의 유입 및 배출이 되지 않게 되므로, 상기 제1조절볼트(501), 제2조절볼트(504)에 의해 조절된 압력과 에어스프링에 의해 가해지는 압력의 합과 동일한 제어압력이 중계밸브(400)로 공급되게 된다.

그래서, 상용제동시에는 상용제동 전자밸브(300)에서 생성한 제어압력과 동일한 압력으로 제동장치를 제동시키게 되며, 비상제동시에는 응하중 밸브(500)에서 설정된 제어압력으로 제동장치를 제동시키게 된다.

그리고, 상기 본체(210)의 상면에는 각 밸브로 공기를 공급하는 각 이동로와 연통되도록 압력 감지 센서(230)가 구비되어, 각 밸브로 공급되는 공기의 압력을 감지하게 된다.

그래서, 상기 압력 감지 센서(230)에서 감지한 압력은 상기 제동전자제어유니트(110)로 전송되어 각 밸브의 상태를 감지하여 적절한 제어 압력을 생성하도록 각밸브를 제어하게된다.

또한, 상기 본체(210)의 하면에는 각 밸브로 공기를 공급하는 각 이동로와 연통되도록 압력 점검구(220)가 형성되어 각 밸브로 공급되는 공기의 압력을 외부의 장비를 사용하여 측정할 수 있어, 필요에 따라 각 이동로의 압력상태를 외부에서 체크할 수 있게 된다.

한편, 전체적인 동작과정을 살펴보면, 상기 제동전자제어유니트(110)에서 상용제동을 위한 제어신호를 상용제동 전자밸브(300)로 전송하면 상용제동 전자밸브(300)에서는 공급 공기통에서 공급되는 공기를 온오프(ON-OFF)제어를 통하여 목표하는 제어압력으로 형성하여 비상제동 전자밸브(600)와 응하중 밸브(500)을 통과하여 중계밸브(400)로 전송하게 되고, 상기 중계밸브(400)는 공급 공기통에서 공급되는 공기를 상기 상용제동 전자밸브(300)에서 제공한 제어압력과 동일한 세기의 제동압력을 형성하되 용량은 증폭시켜 제동장치의 브레이크 실린더로 공급하여 제동을 실시하게 된다.

그리고, 비상시의 제동을 할 경우에는 비상제동 전자밸브(600)에 공급되던 전류가 단절되어 상기 비상제동 전자밸브(600)는 상용제동 전자밸브(300)에서 공급되는 제어압력을 차단하고 공급 공기통에서 공급되는 공기를 응하중 밸브(500)로 공급하게 되고, 응하중 밸브(500)는 공급 공기통에서 공급되는 공기를 철도차량의 에어스프링에서 공급되는 압력과 설정된 압력을 합한 압력값으로 형성한 제어압력을 중계밸브(400)로 공급하게 되고, 상기 중계밸브(400)는 공급 공기통에서 공급되는 공기를 응하중 밸브(500)에서 공급된 제어압력과 동일한 세기의 제동압력을 형성하되 용량을 증폭시켜 제동장치의 브레이크 실린더로 공급하여 제동을 실시하게 된다.

한편, 본체(210)의 각 면에는 다수의 통공(부호 미도시)이 형성되는데, 상기 통공은 외부 기기(공급 공기통이나 제동장치 등)와 연결하여, 외부 기기로부터 공기를 공급받거나 외부 기기로 공기를 공급하게 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 철도차량용 제동 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철도차량의 제동장치를 제어하는 각종 밸브를 모듈화하고 기능을 집약화하며, 제어기기인 제동전자제어유니트(ECU)와 전공제동밸브모듈을 일체형으로 구성함으로써, 전체 부피를 줄여줄 뿐만 아니라 조립을 용이하게 하며, 제어압력을 제공하는 전자밸브를 정확하게 제어하도록 하여 안정적으로 제동압력을 공급할 수 있는 철도차량용 제동 제어 장치에 관한 것이다.

100 : 제동 제어 장치 110 : 제동전자제어유니트
200 : 전공 제동 밸브 모듈 210 : 본체
220 : 압력 점검구 230 : 압력 센서
300 : 상용제동 전자밸브 400 : 중계밸브
500 : 응하중 밸브 600 : 비상제동 전자밸브

Claims (10)

1. 제동을 위한 제어 신호를 생성하는 제동전자제어유니트(ECU)와,
   상기 제동전자제어유니트에서 전송된 제어신호에 따라 제동작용을 하는 전공 제동 밸브 모듈로 이루어지고,
   상기 전공 제동 밸브 모듈은, 내부에 공기의 이동로가 형성되는 본체와, 상기 본체에 설치되되, 상기 제동전자제어유니트에서 전송되는 제어신호에 따라 제어압력을 생성하는 상용제동 전자밸브와, 상기 본체에 설치되되, 상기 상용제동 전자밸브에서 공급된 제어압력에 따라 제동장치의 브레이크 실린더로 공급되는 제동압력을 생성하는 중계밸브로 이루어지며,
   상기 본체에는 비상상황에서 제동을 수행하는 비상제동 전자밸브와 응하중 밸브가 구비되며,
   상기 비상제동 전자밸브는 철도차량의 비상시에, 상기 상용제동 전자밸브에서 공급되는 제어압력을 차단하고, 제동 제어 장치에 연결되는 공급 공기통에서 공급되는 공기를 상기 응하중 밸브로 공급하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동 제어 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 응하중 밸브는 철도차량의 에어스프링에서 공급되는 압력에 따라 상기 비상제동 전자밸브에서 제공되는 공기의 압력을 보정하여 중계밸브로 공급하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동 제어 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 응하중 밸브는,
   상기 본체의 내부 일측에 형성되는 제1공간부에 구비되는 제2피스톤과,
   상기 제1공간부의 측부에 형성되는 제2공간부에 구비되는 제3피스톤과,
   상기 제1공간부와 제2공간부를 연결하는 제3공간부에 구비되어, 제2피스톤의 가압력을 제3피스톤으로 전달하는 밸런스 빔과,
   상기 제2공간부의 상단에 구비되는 메인 밸브와,
   상기 제2공간부의 상부와 연통되도록 형성되는 제3공급구와,
   상기 제2공간부의 측부와 연통되도록 형성되는 제4공급구로 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동 제어 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 상용제동 전자밸브는 제동 제어 장치에 연결되는 공급 공기통에서 공급되는 공기를 중계밸브로 공급하는 상용제동 공급 전자밸브와,
   상기 상용제동 공급 전자밸브에서 공급되는 공기를 외부로 배출하는 상용제동 배기 전자밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동 제어 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 상용제동 공급 전자밸브와 상용제동 배기 전자밸브는 상기 제동전자제어유니트에서 전송되는 전압 신호에 따라 ON-OFF 제어되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동 제어 장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 본체의 상면에는 각 밸브로 공급되는 공기의 압력을 감지하는 압력 감지 센서가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동 제어 장치.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 본체의 하면에는 각 밸브로 공급되는 공기의 압력을 외부의 장비를 사용하여 감지할 수 있는 압력 점검구가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동 제어 장치.
    

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