KR101611865B1 - 철도차량용 휠 및 각각의 완충 부재 - Google Patents

철도차량용 휠 및 각각의 완충 부재 Download PDF

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루치니 알에스 에스.피.에이
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Abstract

차량에 대한 철도차량용 휠(10)은 회전축(11') 및 회전축(11')에서 차축(axle) 상에 고정되거나 또는 부착 가능한 지지 디스크(11)를 포함한다. 지지 디스크(11)는 레일 상에서 구르기 위한 휠 림(13)과 연결될 수 있다. 휠(10)은 지지 디스크(11)와 휠 림(13) 사이에 위치하고, 휠(10)의 정중면(正中面)(10')에 대해 옆쪽이며, 복수의 탄성 부재(25)를 포함하는, 지지 디스크(11)에 대한 휠 림(13)의 완충 수단(20)을 제공한다. 각각의 탄성 부재(25)는 기하축(26)을 가지고, 휠(10)의 정중면(10')을 향하는 제1 표면(25a) 및 제1 표면(25a)와 대향하고 휠의 정중면(10')에 대해 반대 부분을 향하는 제2 표면(25b)을 포함하여, 제1 표면(25a)과 제2 표면(25b) 사이에서 그 두께를 연장한다. 각각의 탄성 부재(25)의 제1 표면(25a) 및 제2 표면(25b)은, 기하축(26)을 포함하는 임의의 평면의 단면을 고려하는 경우, 동일한 오목도 또는 볼록도를 가진다. 탄성 부재(25)는 레일 상의 휠 움직임으로부터 전달되는 임의의 힘의 효과적인 완충을 획득하고, 탄성 부재(25) 자체의 수명을 증가시키도록 설계되어 있다.

Description

철도차량용 휠 및 각각의 완충 부재{RAILWAY WHEEL AND RESPECTIVE DAMPING ELEMENT}
본 발명은 전차 및 지하철과 같은 경전철(light railway vehicles)에 관한 것으로, 구체적으로는 철도 차량(railway rolling member)에 대한 철도차량용 휠(railway wheel)에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 철도차량용 휠에 대한 완충 부재(damping element)에 관한 것이다.
잘 알려져 있듯이, 궤도차(railway vehicle)의 철도차량용 휠은 구조적으로 2개의 주 요소(main element)를 포함한다: 바퀴 중심(wheel center)이라고도 불리우는 중앙 지지 디스크(central supporting disk) 및 휠 림(wheel rim). 휠 림은 보통 지지 디스크(supporting disk) 상에 고정되어 그 둘레를 덮고, 레일에 접촉하는 부재 역할을 한다.
특히, 동일한 축의 휠들은 각각의 중앙 지지 디스크에서 차축(axle)에 의해 서로 강하게 연결되어 있어, 소위 휠 세트를 형성한다.
궤도차에서 휠 세트는 보통, 차축 사이에서 완충되고(damped), 각각의 객차(carriage) 댐퍼가 제공되어 경로의 불균일에 의해 유도되는 진동을 완충하게 된다. 댐퍼는 무시할 수 없는 양이고, 따라서 대응되는 하우징 시트가 객차와 각각의 휠 세트 사이에 제공되어야 한다; 따라서 보통 레일과 객차 사이의 간격이 크다.
그러나 어떤 환경에서는 그러한 간격을 줄이는 것이 필요하다. 즉 객차를 땅에 가능한 한 가깝게 하여 승객의 승하차를 용이하게 한다. 보행 승강장(pedestrian platform)으로부터도 마찬가지이다. 이것은 예를 들면 지하철 및 전차의 경우이다.
객차가 낮아진 설정의 환경에서는, 댐퍼의 하우징 시트가 최소화되도록 축소되었다. 이러한 상황 하의 댐퍼는 종종 소형화되고 더 많은 완충 시스템이 차량에 제공된다.
알려진 해결 방법 중 하나는 동일한 휠에 완충 시스템을 제공하는 것이다. 예를 들면, "탄성 휠(elastic wheel)"로서, 지지 디스크와 휠 림 사이에 적당한 완충 수단을 가지는 철도차량용 휠을 의미한다. 그러한 수단은, 레일 상의 구름에 의해 생성되는 진동을 흡수할 목적을 가지는, 예를 들면 경질 고무(hard rubber)로 이루어지는 탄성 부재에 의해 표현된다.
특히, 탄성 부재는 받는 힘(stress)을 완충하는 인터페이스를 생성하기 위하여 지지 디스크와 휠 림 사이에 위치한다.
그러한 해결 방법을 괴롭히는 잘 알려진 기술적 문제는, 탄성 부재가 받는 빠른 마모(quick wear)에 있다; 과도한 마모(excessive wear)는 일정 시간 동안의 정확하고 신뢰성있는 동작을 위태하게 하며, 중앙 지지 디스크에 관련하여 휠 림의 불충분한 지지의 원인이 된다. 따라서 그 문제점은 휠 림 및 휠의 다른 구성 요소의 마모 자체에 영향을 미친다. 휠 림의 모퉁이의 과도한 마모는, 정확한 휠-레일 연결을 방해하므로 절대 회피되어야 한다. 물론 휠 림의 빠른 제거 및 교체는 차량의 정비 비용에 악영향을 미친다.
특히, 탄성 부재의 상이한 구조가 알려져 있다.
예를 들면, GB 374819에서는, 압축 하중(compressive load)을 상당히 완충시키도록, 원형 구조의 탄성 부재를 갖는 철도차량용 휠이 제공된다. 탄성 부재의 또 다른 예가 US 1067628 및 EP 1362715에 설명되어 있다.
이 구성에서는 탄성 부재는 과열의 원인이 되는 마찰을 받는다. 시간의 흐름에 따라, 고무는 그 기계적 특성을 잃는다. 즉, 붕괴되어, 더 이상 완충 기능을 하지 못한다.
다른 구성에서는 탄성 부재는 휨 응력(bending stress)을 제외하고는 거의 완충시키도록 되어 있다; 예를 들면 GB 888004에서는 탄성 부재가 실질적으로 평평하고 지지 디스크에 접선인 휠을 설명하고 있다.
또 다른 유형의 탄성 부재는 전단(剪斷) 응력(shearing stress)를 완충하도록 되어 있다: 예를 들면 US 2555023은 방사상 슬라이스 형태의 탄성 부재를 갖는 휠을 설명하고 있다.
따라서 상술한 해결 방법에서는 탄성 부재가 정해진 부하 유형에 대해 특정 완충 기능을 한다: 압축, 휨 또는 전단. 따라서 설계된 것과 다른, 부하 방향을 따른 탄성 부재의 빠른 마모를 발견할 수 있다.
다양한 부하를 완충시킬 수 있는, 탄성 부재를 가지는 휠이 또한 제안된다. 일례가 EP 745493에 설명되어 있다. 탄성 부재는 실질적으로, 지지 디스크를 대면하는 휠 림의 가장자리 내부 상에 걸터앉은 형태의 오목한 형태의 끈 형태이다. 이 해결 방법은 압력 및 전단 부하를 모두 완충하도록 허용하고 있지만, 복잡해진다; 특히 그렇게 생긴 탄성 부재는 설치 및 교체가 불편하다. 또 다른 예가 US 5183306에 설명되어 있다.
다양한 완충 시스템을 가지는 업계에 알려진 다른 휠은, 다른 한 편으로는 DE 3245775에서와 같이 다수의 연결된 "메커니즘"으로 구성된 유연한 부재의 사용을 제공한다. 그러나 이러한 해결 방법은 복잡하다.
DE 845961은 휠의 회전축에서의 차축 상에 붙어 있을 수 있는 지지 디스크를 포함하는 철도차량용 휠 및 각각의 주변 표면에서 지지 디스크에 조합될 수 있는, 레일 상에서 구르도록 되어 있는 휠 림을 설명한다. 지지 디스크는 완충 지지를 위해 삽입되어 있는 탄성 부재(도면부호 8) 사이에서 2개의 상이한 부분(도면부호 3 및 4)으로 분리되어 있다. 탄성 부재는 원주 방향으로 서로 떨어져 있고 각각이 철도차량용 휠의 정중면(正中面)(median plane)에 관해 대향하는 2개의 고무 링을 포함한다. 고무 링은 휠의 회전축에 평행한 메인 기하축(geometrical axis)을 가진다. 각각의 메인 기하축을 통과하는 평면으로 탄성 부재를 잘라 이상적으로 획득되는 임의의 단면을 생각하면, 즉 DE 845961의 도 1에 나타난 부분을 관찰하면, 각각의 고무 링은 2개의 대향하고 모두 링 자체의 내부를 향하는 측면을 포함한다(표면 19 및 각각의 대향하는 표면; 표면 20 및 각각의 대향하는 표면). 즉 각각의 고무 링의 측면 중 하나는 오목이고 다른 하나는 볼록이어서 링의 내부를 향하게 된다.
상술한 것과 유사한 해결 방법이 US 2,511,279에 설명되어 있다. 또한 이 경우에 탄성 부재(도 1의 도면부호 1)는 휠의 정중면에 대해 대향하고 있는 고무 디스크(도면부호 1 및 2)를 포함한다. 각각의 고무 디스크는 그 모퉁이에 모두 디스크 안쪽을 향해 곡면인 2개의 대향하는 측면을 가진다. 즉, 하나는 오목이고 다른 하나는 볼록이다.
FR 2150532는 각각의 탄성 부재가 철도차량용 휠의 정중면에 대해 대향하는 2개의 고무 디스크를 포함하는 해결 방법을 설명한다. 디스크는 철도차량용 휠의 회전축에 평행한 동일한 메인 축 상에 붙어 있다. 각각의 고무 디스크의 외면은, 철도차량용 휠의 휠 림 상에 작용하는 힘을 가능한 한 많이 흡수하고, 그것을 지지 디스크로 전달하지 않기 위하여, 스프링과 같이 디스크 자체가 축소 및 확장되는 것을 허용하도록 주름져 있다. 도 2 및 3은 고무 디스크 중 하나의 압축된 구성 및 확장된 구성을 각각 나타낸다. 압축된 구성에서는, 각각의 고무 디스크의 측면(도면부호 8)은 메인 축 쪽으로 모인다. 이 해결 방법에 대해서는, 이것들은 그 기능이 디스크 자체의 압축 및 확장을 보내는 것이어서, 따라서 도 1에서의 휴식 조건에 나타나 있는 것과 같이 실질적으로 평평한 측면을 가지는 것으로 생각되기 때문에, 고무 디스크의 측면의 오목도(concavity)는 고려될 수 없다.
US 2,911,252는 복수의 각각 원주 방향으로 떨어져 있는 탄성 부재가 아니라 하나의 탄성 부재가 철도차량용 휠의 휠 림과 지지 디스크 사이에 위치하는 종래의 탄성 휠을 설명한다.
일반적으로, 과도하게 마모되지 않고, 다양한 부하를 지지할 수 있으며, 사용 및 설치가 쉽고, 필요한 경우 교체 가능한, 탄성 부재를 가지는 휠에 대한 요구가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 효과적으로 다양한 부하를 지지할 수 있는 완충 부재를 가지는, 즉 레일 상에서의 수송에 의해 객차가 받는 힘을 완충하고, 최대 마모 저항 및 구현 및 교체의 편리함을 제공하는 철도차량용 휠을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 완충 탄성 부재를 가지고 휠이 받는 압력에 따라 부하의 균일 분포를 획득하기 위해 마련되는 철도차량용 휠을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 애플리케이션 기능으로서의 강도 파라미터 및 의도된 차량 유형을 조정하거나 변형하도록 허락하는 철도차량용 휠 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 예를 들면 정비 동작과 같은 것을 위해 분해 및 조립이 쉬운 철도차량용 휠을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 철도, 전차 차량에서의 음향 반출(accoustic emission)을 줄이는 것을 허용하는 철도차량용 휠 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 빠르게 악화되지 않고 음향 반출 및 휠 진동을 줄이는 것을 허용하는 완충 부재 - 상술한 철도차량용 휠 구조 내에 삽입되는 - 를 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 이하를 포함하는 철도차량용 휠에 의해 획득된다.
회전축;
상기 회전축에서 차축(axle) 상에 부착할 수 있는 지지 디스크;
각각의 둘레 표면에서 상기 지지 디스크에 결합될 수 있고, 레일 상에서 구르도록 구성되어 있는 휠 림; 및
상기 지지 디스크에 대한 휠 림의 완충 수단;
을 포함하고,
상기 완충 수단은, 상기 지지 디스크와 상기 휠 림 사이에 위치하고, 상기 철도차량용 휠의 정중면에 대해 옆쪽인, 복수의 탄성 부재를 포함하고,
각각의 상기 탄성 부재는 기하축을 가지고, 상기 휠의 정중면)을 향하는 제1 표면 및 상기 제1 표면과 대향하고 상기 휠의 정중면에 대해 반대 부분을 향하는 제2 표면을 포함하여, 상기 제1 표면과 제2 표면 사이에서 그 두께를 연장하고,
각각의 상기 탄성 부재의 제1 표면 및 제2 표면은, 상기 기하축을 포함하는 임의의 평면의 단면을 고려하는 경우, 동일한 오목도(concavity) 또는 볼록도(convexity)를 가진다.
즉, 종래 기술에 따른 상술한 해결 방법의 측면에 대응하는 탄성 부재의 두 표면은, 종래 기술과 같이 서로 반대의 오목도를 가지고 있는 것이 아니라, 동일한 오목도 또는 볼록도를 가지고 있다.
바람직하게는, 기하축이 회전축 또는 다른 것과 실질적으로 평행하고, 그렇지 않으면, 기하축이 회전축에 대해 항상 기울어질 수 있다.
더 바람직하게는, 기하축은 탄성 부재의 대칭축이다.
즉, 각각의 탄성 부재는, 압축, 휨, 전단(剪斷) 응력 및 그 조합의 효과적인 완충을 획득하기 위해 특정 기하 구조를 따라 전개된다. 그러한 기하 구조는 휠의 회전축에 평행한 기하축, 또는 대칭축으로도 추후 불리우는 축에 대해 태칭을 제공한다. 탄성 부재의 대칭축을 포함하는 평면 묶음을 고려하고, 이 각각의 평면의 탄성 부재를 구획하는 것을 고려하면, 탄성 부재의 모든 구획된 부분은 오목이거나 볼록이다. 예를 들면, 일 실시예에서 탄성 부재는 종 형태의 덮개 형태이다.
설명된 구조에서 획득될 수 있는 힘의 효과적인 완충은, 소음 현상 및 진동을 감소시키도록 하여, 휠 따라서 레일 상의 전철/전차의 움직임을 더욱 편안하게 한다. 또한, 그러한 형태는 각각의 탄성 부재 따라서 휠 자체 특히 휠 림의 수명을 증가시키도록 하고, 따라서 비용 및 계획된 유지 보수 작업을 줄인다.
또한 탄성 부재의 설명한 형태는 후술하는 특히 효과적인 배치에 따라 복수의 탄성 부재를 결합할 수 있게 한다.
탄성 부재는 서로 떨어져 있고 독립적이다. 바람직하게는 탄성 부재는 지지 디스크 주변 또는 휠 림 내부에 원주형으로 배치되어 있다; 더 바람직하게는 탄성 부재 사이의 피치는 일정하다.
탄성 부재는 예를 들면 고무와 같은 완충재(resilient material)로 이루어져 있다. 바람직하게는 에틸렌 프로핀계 디엔 모노머(Ethylene-Propylene Diene Monomer, EPDM)로 이루어져 있다.
효과적으로, 탄성 부재의 곡률 및 두께를 변경함으로써, 또는 상이한 탄성 모듈로 특정되는 재료를 채택함으로써, 휠 강도는 그에 따라서 변경된다; 이러한 식으로, 휠은 의도된 특정 애플리케이션 필드에 적용돌 수 있다.
바람직하게는 각각의 탄성 부재는 기하축에 대해 축 대칭이다. 실제로 2개의 표면은 모두 오목이거나, 또는 모두 볼록이고, 이는 2개의 표면에 대해 오목 방향이 동일한 것을 의미한다. 일 실시예에서는 하나의 표면이 오목이거나 볼록이고, 다른 하나는 실질적으로 평평하다.
2개의 표면의 곡률 반지름은 동일하거나 상이할 수 있다. 제1 환경에서 탄성 부재의 두께는 실질적으로 일정하다. 제2 환경에서 탄성 부재의 두께는 각각의 둘레 부분에서 증가되거나 감소된다.
탄성 부재는 실질적으로 원뿔 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 각각의 탄성 부재의 프로파일은, 대칭축을 포함하는 평면 상에서 구획된 것을 항상 고려하면, 타원형이다.
일 실시예에서, 각각의 탄성 부재는 평면이고 표면으로부터 방사상으로 연장되는 추가 부분을 포함한다.
효과적으로, 각각의 탄성 부재는 탄성 부재의 대칭축을 따라 서로 대향하는, 바람직하게는 모두 금속으로 이루어진 제1 지지 부재와 제2 지지 부재 사이에 위치하여, 완충 플러그(damping plug)를 형성한다.
바람직하게는, 제1 지지 부재는 대응하는 탄성 부재의 제1 표면과 연결된 제1 연결 표면을 포함하고, 제1 연결 표면은 탄성 부재의 제1 표면에 대해 상보적인 형태를 가지고 있어 연결 형태를 실현한다. 이와 유사하게, 제2 지지 부재는 탄성 부재의 제2 표면과 연결된 제2 연결 표면을 포함하고, 상기 제2 연결 표면은 상기 탄성 부재(25)의 제2 표면(25b)에 대해 상보적인 형태를 가지고 있다.
바람직하게는 지지 부재는 금속으로 이루어져 있다.
바람직하게는 제1 및 제2 연결 표면은 대응하는 탄성 부재의 제1 및 제2 표면에 직접 연결된다. 더 바람직하게는 탄성 부재는 지지 부재들 상에 직접 가황(加黃) 고무(rubber vulcanized)로 이루어져 있다.
건설적으로, 일 실시예에서, 각각의 완충 플러그는 실질적으로 원통형이다. 특히, 바람직하게는 완충 플러그는 15mm~40mm 사이의 높이 및 10mm~40mm 사이의 반지름, 더 바람직하게는 25mm 정도의 높이 및 20mm 정도의 반지름을 가지는 직선 원통형이다.
바람직하게는 플러그 사이의 피치는 최소이며, 이것은 지지 디스크의 둘레을 따라 서로 인접하여 최소한의 간격으로 배치되고, 따라서 2개의 인접한 플러그에 의해 정의되는 중심각이 12°~20° 사이를 포함하는 것을 의미한다.
효과적으로 이 구성은 모든 플러그 사이의 부하를 일정하게 분배할 수 있게 한다. 예를 들면, 각각의 객차의 무게에 의한 휠 상의 수직 하중, 즉 압축 응력은 모든 플러그 사이에서 균등하게, 휠 자체의 회전축에 대해 상대 부분으로부터 독립적으로 분배된다. 이것은 휨 및 전단 응력에 대해서도 마찬가지이다; 즉 n이 휠 플러그의 개수이면, 각각의 플러그가 효과적으로 지지하는 압축 및/또는 휨 및/또는 전단 응력 부하는 분수 1/n에 대응한다.
특히, 휠 림은 회전축을 향해, 즉 지지 디스크의 둘레 표면을 향해 연장되는 리딩 에지(leading edge)를 포함한다. 완충 플러그는 리딩 에지의 적어도 일 측면, 바람직하게는 양 측면, 즉 동일한 휠 세트의 다른 휠을 향하는 측면 및 전철의 외부를 향하는 면에 미리 배치되어 있다.
플러그는 동일한 리딩 에지에 대하여 대향하는 부분의 반대되는 쌍으로부터 휠 림의 리딩 에지를 압박한다. 더 바람직하게는 플러그는 휠의 정중면에 대해 대칭으로 미리 배치되어 있다.
바람직하게는 각각의 플러그의 지지 부재에는 휠 림의 리딩 에지에서 획득되는 대응하는 관통 또는 막힌 구멍과 맞물리는 제1 핀 및 플러그의 대칭축을 따라 제1 핀과 대향하고 지지 디스크에서 획득되는 관통 또는 막힌 구멍과 맞물리는 제2 핀이 제공된다.
일 실시예에서 휠 림의 리딩 에지의 측면에 미리 배치된 플러그는 리딩 이제의 반대 측면 상에 미리 배치된 플러그에 대해 각도상으로 오프셋이 있다.
바람직하게는 지지 디스크는, 특히 나사, 핀, 실에 의한 직접 연결과 같은 분리 가능한 체결 수단에 의해 서로 연결될 수 있는, 예를 들면 2개의 반 디스크(half-disks)와 같은 제1 부분 및 제2 부분을 포함한다. 연결되는 2개의 디스크 부분은 휠 림의 리딩 에지에서 적어도 부분적으로 결합되고, 완충 플러그가 사이에 위치한다.
이 해결 방법은 지지 디스크의 2개의 디스크 부분을 결합하는 연결 수단을 단순히 제거함으로써 완충 플러그를 쉽게 교체할 수 있다. 지지 디스크를 분해함으로써, 사실, 플러그는 필요한 경우 개별적으로 제거되고 교체되도록 접근될 수 있다.
본 발명의 또다른 독립적인 측면은, 철도차량용 휠의 휠 림과 중앙 지지 디스크 사이에 위치할 수 있는 탄성 부재에 관한 것이다. 탄성 부재는 기하축, 바람직하게는 대응하는 휠의 회전축에 평행한 대칭축을 포함하고, 기하축을 포함하는 임의의 평면에서 고려할 때 적어도 일부가 오목이거나 볼록이다.
본 발명의 특징 및 효과가 첨부된 도면의 도움으로, 후술하는 발명의 상세한 설명의, 제한의 목적이 아니고 설명의 목적인, 바람직하며 배타적이지 않은 실시예로부터 더욱 자명해질 것이다.
도 1은 지지 디스크와 휠 림 사이에 미리 배치된 복수의 탄성 부재를 포함하는, 본 발명에 따른 철도차량용 휠의 투시도 및 단면도이다.
도 1a는 적어도 하나의 오목 또느 볼록 부분으로 구성되는 탄성 부재의 기하 구조를 강조하는, 도 1의 철도차량용 휠의 정면도 및 부분 단면도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 철도차량용 휠의 변형의 정면도 및 부분 단면도이다.
도 2 내지 2f는 탄성 부재의 다른 가능한 변형의 부분을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3 및 3a는 본 발명에 따른 완충 플러그의 자세한 단면도이다.
도 3b는 도 3 및 3a에 도시된 플러그의 상면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 철도차량용 휠의 분해 조립도의 투시도이다.
도 1, 1a 및 4를 참조하면, 예를 들면 특히 지하철, 전차 등과 같은 경전철과 같은 철도차량용 휠을 위한 휠(10)이 도시되어 있다.
철도차량용 휠(10)은 회전축(11') 및 차축(미도시) 상에 붙어있을 수 있는, 예를 들어 회전축(11')에 고정되어 있을 수 있는 지지 디스크 또는 휠 센터(11)를 포함한다. 특히, 지지 디스크(11)는 휠 림(13)과 결합될 수 있는 외부 둘레 표면(12)을 포함한다(도 4); 휠 림(13)은 레일(미도시)과의 접촉 부재로 작용하며 그 상에서 회전 운동을 한다.
지지 디스크(11)에 대하여 휠 림(13)의 완충 수단(20)이 더 제공된다.
특히, 완충 수단(20)은 지지 디스크(11)와 휠 림(13) 사이에 위치하는 복수의 탄성 부재(25)를 포함한다.
도 1a에서 각각의 탄성 부재(25)는 기하축(geometrical axis)(26)을 포함한다. 기하축(26)은 지지 디스크(11)의 회전축(11')에 실질적으로 평행하다. 그와는 반대로, 도시되어 있지 않은 방법으로, 기하축(26)은 회전축(11')에 대하여 기울여질 수도 있다(tilt).
특히, 도 1a에 잘 나타나 있듯이, 각각의 탄성 부재(25)의 적어도 일부(27), 예를 들면 중앙 부분이 곡면, 오목 또는 볼록 프로파일로, 기하축(26)을 포함하는 예를 들면 A-A 또는 B-B(도 3 및 3a)와 같은 임의의 평면에서 고려되는 부분에 제공된다. 즉, 각각의 탄성 부재(25)에는, 압축, 휨, 전단(剪斷) 응력 및 그 조합과 같은 임의의 힘에 대한 효율적인 완충을 획득하도록 구성되는 적어도 하나의 오목 또는 볼록 부분(27)을 포함한다.
바람직하게는, 기하축(26)은 오목 또는 볼록 부분(27)이 대칭축(26)에 대해 축 대칭이 되는 대칭축이다. 즉, 도면에 도시된 바와 같은 경우의 대칭축의 경우, 그러한 기하축(26)을 포함하는 평면들을 고려하고, 이러한 각각의 평면에 대해 구획되는 탄성 부재(25)를 고려하면, 상술한 부분(27)은 모든 구획된 부분에 대해 오목이거나 볼록이 된다. 예를 들면, 자세히 후술하겠지만, 일 실시예에서, 탄성 부재(25)는 반구형의 종 덮개(bell hood)(도 3b) 또는 실질적으로 그와 비슷한 것과 같은 형태이다.
도 1 및 1a에 도시된 바와 같이, 탄성 부재(25)는 지지 디스크(11) 또는 휠 림(13) 내부 주변에 원주형으로 분포되어, 서로 떨어져 있고 각각 독립적이다. 특히, 바람직한 원주형 분포는 탄성 부재(25)가 일정 피치 P에 따라 서로 공간을 두고 떨어져 있도록 한다.
또한, 탄성 부재(25)의 동일한 형태는, 후술하는 도 4에 도시되어 있는 것과 같은 특히 효과적인 레이아웃에 따라 복수의 탄성 부재를 결합할 수 있도록 해 준다.
탄성 부재(25)는 에틸렌-폴리프로필렌-베이스 고무로 이루어진 것이 바람직하다.
특히, 각각의 탄성 부재(25)는 휠(10)의 정중면(正中面)(10')을 향하는 제1 표면(25a) 및 제1 표면(25a)에 대향하는 제2 표면(25b)을 전개한다. 실제로 두 표면(25a, 25b)은 둘 다 오목이거나, 또는 둘 다 볼록일 수 있고, 이는 두 표면의 오목한 방향이 동일하다는 것을 의미한다.
그와는 다르게, 도 1b에 도시된 바와 같이, 탄성 부재(25)는 도 1a에 도시된 버젼에 대하여 대향하는 방향으로 사전 정렬된다. 즉, 제2 표면(25b)이 휠(11)의 정중면(10')을 향하고, 제1 표면(25a)이 제2 표면(25b)에 대하여 대향하는 부분을 향한다.
상이한 실시예에 따르면, 탄성 부재(25)는 도 2 내지 2f에 개략적으로 도시된 바와 같이 실현될 수 있다. 상술한 모든 실시예에서 탄성 부재(25)는, 상술한 바와 같이, 그 자체의 대칭축(25)에 대해 축 대칭이고, 대칭축(26)을 포함하는 임의의 평면에 의해 정의되는 부분 내에 묘사된다.
도 2의 실시예에서, 탄성 부재(25)는 두 표면(25a, 25b)의 모두에서, 오목 또는 볼록 부분(27)을 정의하는 특정 타원에서, 실질적으로 곡선 프로파일을 가지고 있다. 두 표면(25a, 25b)의 곡률 반지름 Ri 및 Re는 동일하거나 또는 상이할 수 있다(도 3). 제1 환경에서, 탄성 부재(25)의 두께 s는 실질적으로 일정하다. 제2 환경에서, 탄성 부재의 두께는 각각의 방사상 둘레 부분에서 감소한다.
이와는 다르게, 도 2a에 도시된 바와 같이, 탄성 부재(25)는 실질적으로 다각형, 특히 사다리꼴(trapezoidal) 프로파일을 가지고, 각각의 표면(25a, 25b)은 부분(27)을 생기게 하는 서로 뒤따르는 3개의 직선형(27a, 27b, 및 27c)를 포함한다.
이와는 또 다르게, 도 2b에 도시되어 있고 도 2a에서 파생되는 바와 같이, 탄성 부재(25)는 서로 기울어져 있어 탄성 부재(25)가 원뿔 형상을 취하도록 하는 제1 직선형(27a) 및 제2 직선형(27c)을 포함하는 표면(25a, 25b)의 삼각형 프로파일을 가지고 있다.
이와는 다르게, 도 2c를 참조하면, 탄성 부재(25)는, 평면이면서 오목 또는 볼록 부분(27)로부터 방사상으로 확장되는 다른 부분 27d 및 27e와 결합되고, 도 2와 같이 타원형을 가지는 오목 또는 볼록 부분(27)을 포함한다.
본 발명의 변형예에서, 탄성 부재(25)는 오목 또는 볼록 부분(27) 및 중앙 부분(27)으로부터 연장되는 추가적인 오목 및 볼록 부분(27')을 포함한다. 확인된 프로파일은 실질적으로 두 개의 "S" 형태이고 대칭축(26)에 대해 역시 축 대칭이다.
탄성 부재(25)의 일 실시예는, 오목 또는 볼록 부분(27)을 다른 탄성 부분과 결합하여 대체적으로 축 대칭이 되게 하는것으로부터 시작되어 전개될 수 있다.
특히, 도 3 및 3a를 참조하면, 각각의 탄성 부재(25)는 제1 지지 부재(4) 및 제2 지지 부재(5) 사이에 위치하고, 대칭축(26)을 따라 서로 대향하고 있어, 완충 플러그(15)를 형성한다.
특히, 제1 지지 부재(4) 및 제2 지지 부재(5)는 각각 탄성 부재(25)의 제1 표면(25a)과 연결된 제1 표면(6) 및 탄성 부재의 제2 표면(25b)과 연결된 제2 표면(7)을 포함한다. 바람직하게는, 제1 연결 표면(6) 및 제2 연결 표면(7)은 탄성 부재(25)의 제1 표면(25a) 및 제2 표면(25b)에 대하여 상보적으로 연결을 형성하고 있다. 이러한 식으로, 제1 연결 표면(6) 및 제2 연결 표면(7)은 탄성 부재(25)의 대응하는 제1 표면(25a) 및 제2 표면(25b)에 직접 접촉한다.
상술한 구성에서, 지지 부재(4, 5)은 바람직하게는 금속 부분이고, 특히 스테인리스 스틸로 이루어져 있고, 탄성 부재(25)는 지지 부재(4, 5)의 연결 표면(6, 7) 상에 직접 가황(加黃) 고무(rubber vulcanized)로 이루어져 있다.
또한, 제1 지지 부재(4) 및 제2 지지 부재(5) 사이에 위치하는 탄성 부재(25)는 지지 부재(4, 5)와의 연결에서 탄성 부재 자체의 내피로성(fatigue resistance)을 향상시키도록 구성되어 있는 주변 후퇴부(32)를 포함한다. 주변 후퇴부(32)의 연결은, 도 3c에 자세하게 도시되어 있는 바와 같이, 지지 부재(4, 5)의 표면에의 점근 유형(asymptotic type)이다.
구조에 관해서는, 각각의 완충 플러그(15)는 15mm~40mm 사이의 높이를 가지고 바람직하게는 원기둥형이며, 10mm~40mm 사이의 반지름을 가지는 규모이다. 도면에서는 완충 플러그(15)는 25mm 정도의 높이와 20mm 정도의 반지름을 가지고 있다.
도 4를 참조하면, 휠(10)의 일 실시예가 도시되어 있고, 복수의 완충 플러그(15)가 지지 디스크(11) 주변에 원주형으로 분포되어 제공되어 있다.
바람직하게는, 완충 플러그(15)들 사이의 피치 P는 실질적으로 각각의 플러그(15)의 바깥 지름보다 살짝 크거나 실질적으로 동일하여, 각각의 플러그가 대응하는 인접 플러그(15)로부터 최소한으로 떨어져 있거나 또는 실질적으로 접촉되어 있게 된다. 도면에 나타난 실시예에서, 플러그(15)의 연결의 개수는 30개이고 따라서 두 개의 인접하는 플러그(15) 사이의 중심각에 대응하는 피치 P는 12°이다.
이 구성은 상술한 바와 같이 모든 완충 플러그(15)들 사이의 부하를 균등하게 분포시킬 수 있게하는 효과를 가진다.
휠 림(13)은 휠의 회전축(11')를 향해, 즉 지지 디스크(11)의 둘레 표면(12)를 향해 방사상으로 연장되는 리딩 에지(leading edge)(14)를 포함한다.
완충 플러그(15)는 리딩 에지(14)의 적어도 일 측면에 연결되어 있다.
도면에 도시된 실시예에서, 플러그(15)는 리딩 에지(14)의 양 측면, 즉 동일한 휠 세트의 다른 휠을 향하는 측면 및 궤도차(railway vehicle)의 외부를 향하는 측면에 연결되어 있다. 즉, 제1 및 제2 완충 플러그(15)가 확인된다.
바람직하게는 플러그(15)는 동일한 리딩 에지에 대하여 대향하는 부분의 반대되는 쌍으로부터 휠 림(13)의 리딩 에지(14)를 압박하여 동일한 대칭축(26)을 공유하게 된다. 더 바람직하게는 플러그(15)는 휠(10)의 정중면(10')에 대하여 대칭으로 미리 조정되어 있다.
특히, 도 3 및 3a에 잘 도시되어 있듯이, 각각의 플러그(15)의 지지 부재(4, 5)에는 휠 림(13)의 리딩 에지(14)에서 획득되는 대응하는 구멍(23)과 맞물리는 제1 핀(18) 및 제1 핀(18)과 대향하고 지지 디스크(11)에서 획득되는 관통 또는 막힌 구멍(23a, 23b)과 맞물리는 제2 핀(19)이 제공된다.
그러한 완충 플러그(15)는 두 반대 방향에 따라 평등하게(indifferently) 장착되도록 추가적으로 허용되고, 탄성 부재(25)의 방향은 리딩 에지(14)에 대하여 변한다. 이렇게 하기 위하여, 플러그가 반전되어 제1 핀(18)이 지지 디스크(11)의 구멍(23a, 23b)에 삽입되고, 제2 핀(19)이 리딩 에지(14)의 구멍(23)에 장착되게 된다. 상술한 구성의 일례가 도 1a 및 1b과 관련하여 도시되어 있다.
특히, 완충 플러그(15)의 제1 시리즈(15a) 및 제2 시리즈(15b)는 휠(10)의 정중면(10')에 대해 대칭으로 되어 있는 대응하는 탄성 부재(25)를 제공한다(도 1 및 1a).
추가적인 가능한 배치에서, 제1 및 제2 시리즈의 플러그(15)는 휠(10)의 최적 균형을 획득하기 위하여 소정의 각도만큼 서로 각도 분리되어 있을 수 있다.
일반적으로 휠 림의 모든 둘레는 완충 플러그(15) 상에 균등하게 얹혀 있고, 완충 효과가 안정된다.
또한 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 효과적으로, 지지 디스크(11)는 나사(17)에 의해 연결될 수 있는 제1 부분(21) 및 제2 부분(22)으로 구성된다.
이와는 다르게, 2개의 디스크 부분(21, 22)은 서로 직접 나사연결될 수 있다.
연결되는 2개의 디스크 부분(21, 22)은 휠 림의 리딩 에지(14)에서 적어도 부분적으로 결합되어, 완충 플러그(15)가 미리 배치되는 틈(gap)을 남긴다.
특히, 디스크(21)의 제1 부분은 소정 길이의 휠(10)의 축(11')을 따라 연장되는 지지 부재(21')를 포함하여, 주변에 휠 림(13)이 장착되어 있는 휠 센터를 실질적으로 구성한다. 이와는 반대로, 디스크의 제2 부분은 상술한 지지 부재(21')에 연결되어 지지 디스크(11)를 형성하는 환상 플랜지(annular flange)(22)이다.
2개의 디스크 부분은 완충 플러그(15)를 서로 유지할 수 있는 형태를 가진다. 나사(17)는 각 부분의 연결 에지 상에 원주형으로 분포되고, 완충 플러그(15) 아래쪽에 위치한다(도 1a).
이러한 해결 방법은 2개의 디스크 부분(21, 22)을 연결하는 나사(17)를 제거함으로써 완충 플러그(15)를 쉽게 교체할 수 있게 한다. 지지 디스크를 분해함으로써, 실제로, 플러그(15)는, 필요한 경우, 독립적으로 제거되고 교체되거나, 또는 반대로 장착될 수 있도록 접근될 수 있다.

Claims (22)

  1. 회전축(11');
    상기 회전축(11')에서 차축(axle) 상에 고정할 수 있는 지지 디스크(11);
    각각의 둘레 표면(12)에서 상기 지지 디스크(11)에 결합될 수 있고, 레일 상에서 구르도록 구성되어 있는 휠 림(13); 및
    상기 지지 디스크(11)에 대한 휠 림(13)의 완충 수단(20);
    을 포함하고,
    상기 완충 수단(20)은, 상기 지지 디스크(11)와 상기 휠 림(13) 사이에 위치하고, 휠(10)의 정중면(正中面)(10')에 대해 옆쪽이며, 각각이 기하축(26)을 가지는 복수의 탄성 부재(25)를 포함하고,
    상기 탄성 부재(25)는, 상기 휠(10)의 정중면(10')을 향하는 제1 표면(25a) 및 상기 제1 표면(25a)과 대향하고 상기 휠의 정중면(10')에 대해 반대 부분을 향하는 제2 표면(25b)을 포함하고, 상기 제1 표면(25a)과 제2 표면(25b) 사이에서 그 두께를 연장하고,
    각각의 상기 탄성 부재(25)의 제1 표면(25a) 및 제2 표면(25b)은, 상기 기하축(26)을 포함하는 임의의 평면의 단면을 고려하는 경우, 동일한 오목도(concavity) 또는 볼록도(convexity)를 가지는, 철도차량용 휠(Railway wheel)(10).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기하축(26)은 상기 회전축(11')에 실질적으로 평행하거나, 그렇지 않으면 상기 회전축(11')에 대하여 실질적으로 기울어져 있는, 철도차량용 휠(10).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기하축(26)은 각각의 상기 탄성 부재(25)의 대칭축인, 철도차량용 휠(10).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 탄성 부재(25)는 서로 떨어져 있고 호혜적(互惠的)으로(reciprocally) 독립적인, 철도차량용 휠(10).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 탄성 부재(25)는 상기 지지 디스크(11) 주변 또는 상기 휠 림(13) 내에서 원주형으로(circumferentially) 배치되어 있는, 철도차량용 휠(10).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 탄성 부재(25)는 완충재(resilient material)로 이루어져 있는, 철도차량용 휠(10).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각각의 상기 탄성 부재(25)는 상기 기하축(26)에 대해 축 대칭인, 철도차량용 휠(10).
  8. 제7항에 있어서,
    각각의 상기 탄성 부재(25)의 제1 표면(25a) 및 제2 표면(25b)의 곡률 반지름(Ri, Re)이 동일하고, 상기 탄성 부재(25)의 두께는 실질적으로 일정하거나 또는 상이하고, 상기 탄성 부재(25)의 두께는 각각의 방사상 둘레 부분에서 감소하는, 철도차량용 휠(10).
  9. 제7항에 있어서,
    상기 탄성 부재(25)는 실질적으로 원뿔형(conical shape)이거나, 그렇지 않으면, 종형(bell shape)이거나 또는 반구형(hemispherical shape)인, 철도차량용 휠(10).
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각각의 기하축(26)을 포함하는 평면 내의 부분에서 고려할 때, 각각의 상기 탄성 부재(25)의 프로파일이 타원 부분인, 철도차량용 휠(10).
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각각의 상기 탄성 부재(25)는, 오목 또는 볼록 표면(25a, 25b)으로부터 방사상으로 연장되는 평면인 부분(27d, 27e; 27')을 더 포함하는, 철도차량용 휠(10).
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각각의 상기 탄성 부재(25)는 상기 탄성 부재(25)의 기하축(26)을 따라 서로 대향하는 제1 지지 부재(4)와 제2 지지 부재(5) 사이에 위치하여, 완충 플러그(damping plug)(15)를 형성하는, 철도차량용 휠(10).
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 지지 부재(4)는 대응하는 탄성 부재(25)의 제1 표면(25a)과 연결된 제1 연결 표면(6)을 포함하고, 상기 제1 연결 표면(6)은 상기 탄성 부재(25)의 제1 표면(25a)에 대해 상보적인 형태를 가지고 있어 연결 형태를 제공하고,
    상기 제2 지지 부재(5)는 탄성 부재(25)의 제2 표면(25b)과 연결된 제2 연결 표면(7)을 포함하고, 상기 제2 연결 표면(7)은 상기 탄성 부재(25)의 제2 표면(25b)에 대해 상보적인 형태를 가지고 있는, 철도차량용 휠(10).
  14. 제13항에 있어서,
    상기 탄성 부재(25)는 상기 제1 지지 부재(4) 및 제2 지지 부재(5)의 연결 표면(6, 7) 상에 직접 가황(加黃) 고무(rubber vulcanized)로 이루어져 있는, 철도차량용 휠(10).
  15. 제12항에 있어서,
    각각의 상기 완충 플러그(15)는 실질적으로 원통형(cylindrical shape)인, 철도차량용 휠(10).
  16. 제12항에 있어서,
    두 개의 인접하는 상기 완충 플러그(15) 사이의 피치 P는 12°내지 20° 사이를 포함하는 중심각에 대응하는, 철도차량용 휠(10).
  17. 제12항에 있어서,
    상기 휠 림(13)은 상기 회전축(11')을 향해 방사상으로 연장되는 리딩 에지(leading edge)(14)를 포함하고,
    상기 완충 플러그(15)는 상기 리딩 에지(14)의 적어도 일 측면(14a)에 배치되어 있는, 철도차량용 휠(10).
  18. 제17항에 있어서,
    상기 완충 플러그(15)는 동일한 리딩 에지에 대하여 대향하는 부분의 반대되는 쌍으로부터 상기 휠 림(13)의 리딩 에지(14)를 압박하는, 철도차량용 휠(10).
  19. 제17항에 있어서,
    각각의 완충 플러그(15)의 지지 부재(4, 5)에는,
    상기 휠 림(13)의 리딩 에지(14)에서 획득되는 대응하는 관통 또는 막힌 구멍(23)과 맞물리는 제1 핀(18), 및
    상기 완충 플러그(15)의 기하축(26)을 따라 상기 제1 핀(18)과 대향하고 상기 지지 디스크(11)에서 획득되는 관통 또는 막힌 구멍(23a, 23b)과 맞물리는 제2 핀(19)
    이 제공되는, 철도차량용 휠(10).
  20. 제17항에 있어서,
    상기 지지 디스크(11)는 분리 가능한 체결 수단(17)에 의해 서로 연결될 수 있는 제1 부분(21) 및 제2 부분(22)을 포함하고,
    연결되는 상기 제1 부분(21) 및 제2 부분(22)은 상기 휠 림(13)의 리딩 에지(14)에서 적어도 부분적으로 결합되고, 상기 완충 플러그(15)가 사이에 위치하는, 철도차량용 휠(10).
  21. 제12항에 있어서,
    상기 휠 림(13)은 상기 회전축(11')을 향해 방사상으로 연장되는 리딩 에지(leading edge)(14)를 포함하고,
    상기 완충 플러그(15)는 상기 리딩 에지(14)의 양 측면(14a, 14b)에 배치되어 있는, 철도차량용 휠(10).
  22. 탄성 부재(25)로서,
    철도차량용 휠(10)의 휠 림(13)과 중앙 지지 디스크(11) 사이에 위치할 수 있고, 철도차량용 휠(10)에 장착된 경우 상기 철도차량용 휠(10)의 회전축과 일치하지는 않으나 평행한 기하축(26)을 가지며, 제1 표면(25a)과 제2 표면(25b) 사이에서 연장되며,
    상기 제1 표면 및 제2 표면은, 상기 기하축(26)을 포함하는 임의의 평면 또는 단면을 고려하는 경우, 동일한 오목도 또는 볼록도를 가지는, 탄성 부재(25).
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