KR101559690B1 - 철도 차량용 조타 대차 - Google Patents

철도 차량용 조타 대차 Download PDF

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Abstract

필요 충분한 윤활 작용을 유지하면서, 윤활재의 마모를 억제한다. 대차의 윤축(2)을 조타 가능하게 구성한 조타 대차(11)이다. 대차 프레임(1)에 있어서의 윤축(2)의 차량 진행 방향 외측 부분의 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부와 상대하는 위치에, 플랜지(2aa)부에 대한 접리 이동이 가능하도록 부착한 고형 윤활재(3)와, 고형 윤활재(3)를 플랜지(2aa)부측에 탄성가압하는 스프링(4)와 곡선 구간 통과시에, 조타에 의한 윤축(2)의 차량 진행 방향의 전후 동작에 의해서, 차륜(2a)이 가까워지는 외궤측만 접촉하고, 곡선 구간 통과시에 차륜(2a)이 멀어지는 내궤측 및 직선 구간 주행시는 접촉하지 않도록, 고형 윤활재(3)의 플랜지(2aa)부에 대한 접근 이동을 구속하는 스토퍼(12)를 갖는 고형 윤활재 도포 장치를 배치한다.

Description

철도 차량용 조타 대차{RAILWAY CAR STEERING TRUCK}
본 발명은, 대차의 윤축을 조타하는 철도 차량용 조타 대차에 관한 것이며, 특히 곡선 구간의 통과시, 마모를 억제하기 위한 윤활재를 차륜의 플랜지 목부에 최적의 상태로 도포하는 것이 가능한 조타 대차에 관한 것이다.
철도 차량이 곡선 반경이 작은 곡선 구간을 통과할 때에는, 차륜과 궤도 사이에 큰 횡방향 하중이 작용한다. 그 때문에, 급곡선 구간에서는, 선두 차축에 있어서의 외궤측 차륜의 플랜지부가 마모되는 한편, 궤도측에는 측마모가 발생한다.
그래서, 고형 윤활재를 대고 눌러 차륜의 플랜지 목부에 윤활재를 도포함으로써, 차륜의 플랜지부와 궤도의 접촉부의 윤활 상황을 개선하고, 차륜의 플랜지부의 마모를 억제하는 기술이 개발되어 있다(예를 들면 특허 문헌 1, 비특허 문헌 1).
예를 들면 비특허 문헌 1에는, 차 위에서부터 차륜의 플랜지부에 고형 윤활재를 도포하는 것이, 차륜의 플랜지 목부의 마모 억제에 유효하다고 개시되어 있다.
그러나, 비특허 문헌 1에는, 고형 윤활재를 차륜의 플랜지부에 대고 누르고 있는 사진이, 그 도 3에 나타나 있을 뿐이며, 고형 윤활재를 차륜의 플랜지부에 대고 누르기 위한 구체적인 구성에 대해서는 기재되어 있지 않다.
가령, 고형 윤활재를 스프링에 의해서 차륜의 플랜지부에 대고 누르는 정압 누름식인 경우에는, 항상 고형 윤활재를 차륜의 플랜지부에 대고 누르게 되므로, 고가의 윤활재의 소비량이 많아진다고 하는 과제가 있다.
특히 조타 대차에서는, 직선 구간의 주행시(도 3(a)), 곡선 구간의 통과시(도 3(b), (c))의 어느 경우에나 고형 윤활재가 차륜의 플랜지부에 대고 눌러진다. 따라서, 고형 윤활재를 대차 프레임의 진행 방향 외측에 설치한 경우에는, 곡선 구간의 통과시에 차륜이 가까워지는 외궤측(도 3(b))은, 통상 대차의 경우보다도 차륜 플랜지부에 대한 누름력이 커져 고형 윤활재의 마모가 보다 커진다.
또한, 도 3 중의 1은 대차 프레임, 2는 차륜(2a)과 차축(2b)으로 이루어지는 윤축, 3은 대차 프레임(1)의 진행 방향 외측에 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부에 대한 접리(接離) 이동이 가능하도록 설치된 고형 윤활재를 나타낸다. 또, 4는 고형 윤활재(3)를 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부에 대고 누르는 스프링, 5는 액슬박스, 6은 축 스프링, R은 궤도를 나타낸다.
한편, 특허 문헌 1에는, 고형 윤활재를 브레이크 제륜자와 일체화하고, 브레이크 작용시에 차륜의 플랜지 목부에 윤활재를 전사(轉寫)함으로써 차륜의 플랜지 목부의 표면 성상을 개질하고, 차륜의 플랜지 마모를 억제하는 가동식 기술이 개시되어 있다.
그러나, 특허 문헌 1에서 개시된 기술의 경우, 차륜의 플랜지 목부로의 윤활재의 전사는, 브레이크가 작용하고 있는 동안으로 한정되므로, 항상 윤활재를 대고 누르는 경우에 비해 윤활재의 소비량은 억제되지만, 윤활 성능이 충분하지 않다고 하는 과제가 남는다.
일본국 특허 공개 소 63-259231호 공보
JR EAST Technical Revew-No.25 「메인테넌스 기술에 관련된 연구개발 활동」, p5~8
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 스프링에 의해서 고형 윤활재를 차륜의 플랜지부에 대고 누르는 경우에는, 곡선 구간의 통과시뿐만 아니라 직선 구간의 주행시에도 윤활재를 항상 대고 누르게 되므로, 윤활재의 소비량이 많아진다는 점이다. 한편, 고형 윤활재를 브레이크 제륜자와 일체화하고, 브레이크 작용시에 차륜의 플랜지 목부에 윤활재를 전사하는 경우에는, 차륜의 플랜지 목부로의 윤활재의 전사는, 브레이크가 작용하고 있는 동안으로 한정되므로, 윤활 성능이 충분하지 않다고 하는 점이다.
본 발명은, 필요 충분한 윤활 작용과 윤활재 소비량의 억제의 양립을 목적으로 하고 있다. 그리고, 그 때문에, 고형 윤활재를 스프링으로 대고 누르는 정압 누름식이면서, 조타 대차에 특유의, 윤축의 차량 진행 방향의 전후 동작을 활용하여 곡선 구간 통과시에 외궤측이 되는 축위에만 고형 윤활재를 대고 눌러 도포하도록 하고 있다.
즉, 본 발명의 철도 차량용 조타 대차는,
대차의 윤축을 조타 가능하게 구성한 조타 대차로서,
상기 조타 대차의 대차 프레임에 있어서의 윤축의 차량 진행 방향 외측 부분의 차륜 플랜지부와 상대하는 위치에,
차륜 플랜지부에 대한 접리(接離) 이동이 가능하도록 부착한 고형 윤활재와,
이 고형 윤활재를 차륜 플랜지부측에 탄성가압하는 누름용 스프링과,
곡선 구간 통과시에, 조타에 의한 윤축의 차량 진행 방향의 전후 동작에 의해서, 차륜이 가까워지는 외궤측만 접촉하고, 곡선 구간 통과시에 차륜이 멀어지는 내궤측 및 직선 구간 주행시는 접촉하지 않도록, 상기 고형 윤활재의 차륜 플랜지부에 대한 접근 이동을 구속하는 스토퍼를 갖는 고형 윤활재 도포 장치를 배치한 것을 가장 주요한 특징으로 하고 있다.
본 발명의 조타 대차는, 곡선 구간 통과시에, 조타에 의한 윤축의 차량 진행 방향의 전후 동작에 의해서, 차륜이 가까워지는 외궤측의 차륜 플랜지부에만 고형 윤활재를 대고 누르므로, 필요 충분한 윤활 작용을 유지하면서, 윤활재의 마모를 억제할 수 있다.
본 발명에서는, 조타 대차 특유의 곡선 구간에서의 윤축의 차량 진행 방향의 전후 움직임에 따라, 차륜 플랜지부와 궤도측부가 접촉하는 곡선 통과시에만 외궤측 차륜의 플랜지 목부에 고형 윤활재를 대고 눌러 소요량을 도포한다. 따라서, 필요 충분한 윤활 작용을 유지하면서, 윤활재의 마모를 억제할 수 있다.
또, 본 발명은, 정압 누름식 고형 윤활재 도포 장치이므로, 가동식 고형 윤활재 도포 장치에 비해 제작비가 높아진다.
도 1의 (a)는 직선 구간 주행시에 있어서의 본 발명의 조타 대차의 주요부 설명도, (b)는 차륜의 플랜지부에 대한 고형 윤활재의 누름 상태를 설명하는 도면이다.
도 2는 곡선 구간 통과시에 있어서의 본 발명의 조타 대차의 주요부 설명도이며, (a)는 차륜이 대차 프레임의 진행 방향 외측에 가까워지는 외궤측의 도면, (b)는 차륜이 대차 프레임의 진행 방향 외측으로부터 멀어지는 내궤측의 도면이다.
도 3은 종래의 정압 스프링식 고형 윤활재 누름 장치를 구비한 조타 대차의 주요부 설명도이며, (a)는 직선 구간 주행시, (b)는 곡선 구간 통과시에 차륜이 대차 프레임의 진행 방향 외측에 가까워지는 외궤측의 도면, (c)는 곡선 구간 주행시에 차륜이 대차 프레임의 진행 방향 외측으로부터 멀어지는 내궤측의 도면이다.
본 발명에서는, 필요 충분한 윤활 작용을 유지하면서, 윤활재의 마모를 억제한다고 하는 목적을, 곡선 구간 통과시에, 차륜 플랜지부가 가까워지는 외궤측만 접촉하고, 곡선 구간 통과시에 차륜 플랜지부가 멀어지는 내궤측이나 직선 구간 주행시는 접촉하지 않도록 함으로써 실현되었다.
실시예
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태예를, 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다.
도 1은 직선 구간 주행시에 있어서의 본 발명의 조타 대차의 주요부 설명도, 도 2는 곡선 구간 통과시에 있어서의 본 발명의 조타 대차의 주요부 설명도이다.
11은, 곡선 구간의 통과시, 조타 장치에 의해서 윤축(2)을 차량 진행 방향의 전후로 이동시키는 본 발명의 조타 대차이며, 예를 들면 대차 프레임(1)의, 차륜(2a)의 플랜지(2aa)와 상대하는 위치에, 플랜지(2aa)부에 대한 접리 이동이 가능하도록, 고정 윤활재(3)를 부착하고 있다.
본 발명에서는, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 차륜(2a)의 플랜지(2aa)의 측면(2aaa)으로부터 목부(2aab)에 이르는 범위에 윤활재를 도포 가능하도록, 대차 프레임(1)의 차량 진행 방향 외측 부분에 고정 윤활재(3)를 설치하고 있다.
본 발명에 있어서, 차륜(2a)의 플랜지(2aa)의 측면(2aaa)으로부터 목부(2aab)에 이르는 범위에 윤활재를 도포할 수 있도록 고정 윤활재(3)를 설치하는 것은, 헤세이 16년 철도 기술 연합 심포지엄의 발표 논문 「수정 원호 답면과 레일의 상호 마모에 의한 차륜 반경차 특성 조사」에 의거하는 것이다.
즉, 상기 발표 논문에 의하면, 반경이 400m인 곡선 구간에서 플랜지 목부에 마모가 발생한 것이 기재되어 있다는 점부터, 반경이 400m 미만인 곡선 구간에서는 플랜지 목부가 마모되는 것은 분명하기 때문이다. 이하, 반경이 400m 미만인 곡선 구간을 급곡선 구간이라고 한다.
그리고, 상기 위치에 부착한 고형 윤활재(3)를, 누름용 스프링(4)으로 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부를 향해서 상시 탄성가압하도록 하고 있다. 즉, 본 발명에서는, 고형 윤활재 도포 장치로서, 제작 비용상 유리한 정압 누름식인 것을 채용하고 있다.
그러나, 그저 단순히 조타 대차(11)에 정압 누름식 고형 윤활재 도포 장치를 설치한 경우에는, 곡선 구간의 통과시, 차륜(2a)이 가까워지는 측의 고형 윤활재(2)의 플랜지(2aa)부에 대한 누름력이, 통상 대차의 경우보다도 커져, 마모되기 쉬워진다.
그런데, 차륜(2a)의 플랜지(2aa)의 측면(2aaa)으로부터 목부(2aab)에 이르는 범위에 윤활재를 도포하는 목적은, 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부와 궤도(R)의 접촉부의 윤활 상황을 개선하고, 플랜지(2aa)부로부터 목부(2aab)에 이르는 범위의 마모를 억제하는 것이다. 따라서, 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부와 궤도(R)가 접촉하는 곡선 구간의 외궤측의 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부에만 윤활재를 도포하면 되게 된다.
한편, 조타 대차(11)는, 곡선 구간을 통과할 때만, 윤축(2)이 곡선 반경에 따라 차량 진행 방향의 전후로 동작한다. 따라서, 곡선 구간 통과시, 윤축(2)이 차량 진행 방향의 전후로 동작했을 때만, 외궤측의 차륜(2a)의 플랜지부(2aa)에 고형 윤활재(3)를 대고 누르도록 하면 된다.
그래서, 본 발명에서는, 조타 대차에 특유의, 곡선 구간에서의 윤축(2)의 차량 진행 방향의 전후 동작을 활용함으로써, 곡선 구간의 통과시, 외궤측의 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부에만 고형 윤활재(3)를 대고 누르는 것으로 했다.
즉, 본 발명에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 직선 구간 주행시에, 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부에 상기 고형 윤활재(3)가 접촉하지 않도록, 고형 윤활재(3)의 플랜지(2aa)부에 대한 접근 이동을 구속하는 스토퍼(12)를 설치하는 것이다.
예를 들면 도 1 및 도 2의 예에서는, 기단측의 위치를 고정하고, 선단에 고형 윤활재(3)를 설치한 스프링(4)의 신장을, 스토퍼(12)에 의해서 스프링(4)의 선단측에서 저지하고, 고형 윤활재(3)의 플랜지(2aa)부에 대한 접근 이동을 구속하는 것을 나타내고 있다.
이 때, 고형 윤활재(3)와 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부의 간극(d)은, 차륜(2a)의 경차만으로는 선회하지 못해, 선두의 윤축(2)의 외궤측의 차륜(2a)과 궤도(R)의 접촉부가, 상기 차륜(2a)의 플랜지(2aa)에 달하는 급곡선 구간에서만, 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부에 고형 윤활재(3)가 접촉하도록 정해두는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부에 고형 윤활재(3)가 대고 눌러지는 것은, 플랜지(2aa)의 목부(2aab)에 마모가 발생하는 급곡선 구간을 통과할 때만으로 한정할 수 있으므로, 고형 윤활재(3)의 마모를 억제할 수 있다.
또, 상기 고형 윤활재(3)의 설치 위치는, 곡선 구간 통과시, 외궤측의 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부에만 고형 윤활재(3)를 대고 누를 수 있으면 어느 위치여도 되지만, 가능한 한, 궤도(R)와 높이 방향으로 평행한 수평형상으로, 차축(2b)의 중심 높이 위치 부근에 설치하는 것이, 메인터넌스의 관점에서는 바람직하다.
상기 구성의 본 발명의 조타 대차(11)에서는, 직선 구간을 주행할 때에는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 고형 윤활재(3)와 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부 사이에는 간극(d)이 존재하고, 고형 윤활재(3)와 플랜지(2aa)부는 접촉하고 있지 않다.
한편, 예를 들면 급곡선 구간을 주행할 때에는, 조타에 의한 윤축(2)의 차량 진행 방향의 전후 동작에 의해서, 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부가 가까워지는 외궤측만 접촉하여(도 2(a)), 외궤측의 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부에만 윤활재를 도포한다. 이 때, 차륜(2a)이 멀어지는 내궤측은 접촉하지 않는다(도 2(b)).
즉, 본 발명의 조타 대차(11)에서는, 급곡선 구간 통과시의, 외궤측에 위치하는 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부에만 고형 윤활재(3)를 대고 눌러 윤활재를 도포하고, 내궤측이나 직선 구간 주행시의 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부에는 고형 윤활재(3)가 접촉하지 않는다. 따라서, 고형 윤활재(3)의 마모를 효과적으로 억제할 수 있다.
그리고, 상기 급곡선 구간의 통과시에, 외궤측에 위치하는 차륜(2a)의 플랜지(2aa)부에만 고형 윤활재(3)를 대고 누르는 작용도, 조타 대차 특유의 윤축(2)의 움직임을 활용하여 행하고, 별도 실린더 등을 사용하지 않기 때문에, 장치 자체의 구성도 간이하며 메인터넌스도 용이하다.
본 발명은 상기의 예로 한정하지 않고, 각 청구항에 기재된 기술적 사상의 범주이면, 적당히 실시형태를 변경해도 되는 것은 말할 필요도 없다.
예를 들면, 도 1 및 도 2에 나타낸 예에서는, 고형 윤활재(3)의 플랜지(2aa)부에 대한 접근 이동의 구속을, 기단측의 위치를 고정한 스프링(4)의 선단측에서, 스프링(4)의 신장을 저지함으로써 행하고 있다. 그러나, 고형 윤활재(3)의 플랜지(2aa)부에 대한 접근 이동을 구속할 수 있는 것이면, 어떠한 구조여도 된다.
또, 본 발명에서 적용하는 조타 대차의 조타 방식은, 액티브 강제 조타 방식, 반강제 조타 방식 중 어느 방식에도 적용 가능하다. 또한, 액티브 강제 조타 방식이란, 공압, 유압 혹은 전동 방식의 액츄에이터를 사용하고, 외부로부터 에너지를 투입하여 제어하면서 능동적으로 윤축을 조타하는 방식이다. 한편, 반강제 조타 방식이란, 차체·대차·윤축을 링크 등의 기계적 기구로 연결하고, 곡선 통과시에 차체·대차 사이에 발생하는 보기(bogie) 변위를 구동력으로 하는 방식이다.
1:대차 프레임
2:윤축
2a:차륜
2aa:플랜지
2b:차축
3:고정 윤활재
4:스프링
11:조타 대차
12:스토퍼

Claims (3)

  1. 대차(台車)의 윤축(輪軸)을 조타(操舵) 가능하게 구성한 조타 대차로서,
    상기 조타 대차의 대차 프레임에 있어서의 윤축의 차량 진행 방향 외측 부분의 차륜 플랜지부와 상대하는 위치에,
    차륜 플랜지부에 대한 접리(接離) 이동이 가능하도록 부착한 고형 윤활재와,
    이 고형 윤활재를 차륜 플랜지부측에 탄성가압하는 누름용 스프링과,
    곡선 구간 통과시에, 조타에 의한 윤축의 차량 진행 방향의 전후 동작에 의해서, 차륜이 가까워지는 외궤측(外軌側)만 접촉하고, 곡선 구간 통과시에 차륜이 멀어지는 내궤측(內軌側) 및 직선 구간 주행시는 접촉하지 않도록, 상기 고형 윤활재의 차륜 플랜지부에 대한 접근 이동을 구속하는 스토퍼를 갖는 고형 윤활재 도포 장치를 배치한 것을 특징으로 하는 철도 차량용 조타 대차.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고형 윤활재는, 가능한 한, 궤도와 높이 방향으로 평행한 수평형으로, 차축의 중심에 가까운 높이 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 조타 대차.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 고형 윤활재와 차륜 플랜지부의 간극은, 차륜의 경차(徑差)만으로는 선회하지 못하고, 선두축의 외궤측의 차륜과 궤도의 접촉부가, 상기 차륜의 플랜지에 달하는 곡선 구간에서만, 차륜 플랜지부에 고형 윤활재가 접촉하도록 정해져 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 조타 대차.
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