KR101624656B1

KR101624656B1 - 철도차량의 윤축 조향과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조

Info

Publication number: KR101624656B1
Application number: KR1020140162752A
Authority: KR
Inventors: 허현무; 안다훈; 김남포; 유원희
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2016-05-30

Abstract

본 발명은 철도차량의 윤축과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조에 관한 것으로; 대차프레임의 하부에는 철도차량의 윤축을 지지하는 액슬박스와, 상기 윤축을 구성하는 차륜의 측면에 설치되는 휠 디스크와 밀착가능한 브레이크 슈가 구비되며 상기 대차프레임에 취부되는 휠 디스크 제동장치와, 상기 액슬박스와 휠 디스크 제동장치에 양단부가 힌지결합되는 연동링크로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 철도차량이 선로의 직선 구간은 물론 곡선 구간 주행을 위해 윤축을 조향시 디스크 제동장치의 브레이크 슈의 밀착면과 휠 디스크가 평행 상태를 유지하므로 곡선 구간에서 휠 디스크 제동장치를 작동되더라도 브레이크 슈의 밀착면 전체가 휠 디스크에 고르게 접촉되어 브레이크 슈의 편마모를 방지함은 물론 안정적인 제동을 수행할 수 있다.

Description

철도차량의 윤축 조향과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조 {INTERLOCKING STRUCTURE OF WHEELSET STEERING DEVICE AND WHEEL DISK BRAKING DEVICE FOR RAILWAY VEHICLE }

본 발명은 철도차량의 윤축 조향과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 철도차량의 윤축 조향시 휠 디스크에 밀착되는 브레이크 슈의 편마모를 예방할 수 있도록 윤축 조향과 연동되어 휠 디스크 제동장치를 조향하는 철도차량의 윤축 조향과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조에 관한 것이다.

일반적으로 철도 차량은 대량의 수송 능력을 갖는 교통수단으로서, 그 안전성과 신뢰성 확보를 위하여 많은 노력을 하고 있으며, 이러한 철도 차량의 안전성 확보를 위해 가장 중요한 것 중의 하나로 제동 장치의 제동 능력이 있다.

특히, 철도차량은 계획된 시간과 속도에 따라 운전해야 하므로 차량을 원하는 시점에서 추진하거나 제동해야만 한다. 하지만, 단순하게 열차를 역행하거나 제동하는 것이 아닌 원하는 시간이나 장소에서 멈추게 하기 위해서는 제동장치에 대한 설계가 정확하게 이루어져야 한다.

물론, 이와 같이 설계된 제동 시스템은 단품 시험, 완성차 시험, 그리고 본선 시운전 시험 등을 통하여 그 성능을 여러 단계를 거쳐 검증하고 있는 실정이다.

이와 같은 철도차량의 휠 디스크 제동장치의 일 예가 등록특허 제10-0707820호의 철도 차량용 디스크 브레이크 장치에 제시된 바 있고, 차륜에 부착되는 휠 디스크의 일 예가 등록특허 제10-1292285호의 철도 차량용 브레이크디스크에 제시된바 있다.

이때, 상기 등록특허들에 제시된 철도차량의 휠 디스크 제동장치는 도 1에 도시된 바와 같이 차륜(10)에 장착된 휠 디스크에 제동력을 주어 열차의 주행속도를 줄이거나 정지시키게 된다.

이와 같은 종래의 휠 디스크 제동 방식은 철도차량이 선로의 직선구간을 주행시에는 윤축(1)의 차륜(10)의 측면에 설치되는 휠 디스크와 대차프레임(2)에 취부된 휠 디스크 제동장치(30)에 장착되는 브레이크 슈(32)가 평행을 유지하게 되어 디스크 제동장치(30)의 작동시 브레이크 슈(32)의 밀착면 전체가 휠 디스크에 고르게 접촉되어 브레이크 슈(32)의 편마모를 방지함은 물론 안정적인 제동을 수행하게 된다.

하지만, 철도차량이 선로의 곡선구간을 주행시에는 윤축(1)의 조향 작용에 의하여 윤축(1)의 요방향 회전운동이 발생하게 되어 윤축(1)의 차륜(10)의 측면에 설치되는 휠 디스크와 대차프레임(2)에 취부된 휠 디스크 제동장치(30)의 브레이크 슈(32)가 평행하지 않고 기울어진 상태가 되어 디스크 제동장치(30)의 작동시 브레이크 슈(32)의 밀착면의 일측이 휠 디스크에 접촉되어 브레이크 슈(32)의 편마모가 발생하는 문제점이 있다.

특히, 이와 같은 곡선 선로 구간에서 발생하는 브레이크 슈(32)의 편마모는 조향 대차와 같이 윤축의 요운동이 크게 발생하는 경우에는 더욱 심화되며 이는 철도차량의 제동 효율을 저하시킴은 물론 제동시 소음이 발생하여 승객의 불쾌감을 유발하는 원인이 된다.

참고문헌1 : 등록특허 제10-0707820호 참고문헌2 : 등록특허 제10-1292285호

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 철도차량의 윤축 조향시 브레이크 슈의 편마모를 예방할 수 있도록 휠디스크 제동장치의 브레이크 슈와 휠 디스크가 평행을 이루도록 휠 디스크 제동장치와 연동 작동되는 철도차량의 윤축과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 철도차량이 선로의 곡선 구간을 주행시 브레이스 슈의 편마모를 저감함은 물론 제동 소음을 저감할 수 있는 철도차량의 윤축과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

대차프레임의 하부에는 철도차량의 윤축을 지지하는 액슬박스와, 상기 윤축을 구성하는 차륜의 측면에 설치되는 휠 디스크와 밀착가능한 브레이크 슈가 구비되며 상기 대차프레임에 취부되는 휠 디스크 제동장치와, 상기 액슬박스와 휠 디스크 제동장치에 양단부가 힌지결합되는 연동링크로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 윤축과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조를 제공한다.

이때, 상기 휠 디스크 제동장치는 상기 대차프레임에 취부시 휠 디스크 제동장치의 몸체 후측에 제1조인트에 의해 수평으로 회동 가능하게 구비되고, 상기 연동링크의 일단부는 상기 액슬박스의 일측에 결합되고, 상기 연동링크의 타단부는 상기 휠 디스크 제동장치의 몸체 전반부에 결합되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 연동링크의 일단부는 제2조인트에 의해 상기 액슬박스의 일측에 결합되고, 상기 연동링크의 타단부는 제3조인트에 의해 상기 휠 디스크 제동장치의 몸체 전반부 일측에 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연동링크의 양단부는 관절 형태로 상기 액슬박스와 휠 디스크 제동장치의 몸체에 연결되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 대차프레임의 하부에는 조향장치가 설치되되, 상기 조향장치는 대차프레임에 설치되어 조향을 위한 동력을 발생하는 조향구동부와, 상기 조향구동부와 액슬박스 사이에 연결되어 상기 조향구동부의 구동에 따라 상기 윤축의 요운동을 도모하기 위해 직선운동하는 조향링크로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 조향장치는 유압실린더의 피스톤 단부에 연장되게 조향링크를 구비하고 그 조향링크의 단부가 상기 액슬박스와 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 조향장치는 차량제어기의 구동 제어에 따라 작동되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 철도차량이 선로의 직선 구간은 물론 곡선 구간 주행시에도 디스크 제동장치의 브레이크 슈의 밀착면과 휠 디스크가 평행 상태를 유지하므로 곡선 구간에서 휠 디스크 제동장치를 작동하더라도 브레이크 슈의 밀착면 전체가 휠 디스크에 고르게 접촉되어 브레이크 슈의 편마모를 방지함은 물론 안정적인 제동을 수행할 수 있다.

아울러, 브레이크 슈의 밀착면 전체가 휠 디스크에 고르게 접촉할 수 있어 철도차량의 제동 성능의 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 승차감을 저해하는 제동 소음도 저감할 수 있다.

도 1은 종래 일반적인 철도차량의 윤축과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 철도차량 대차의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 철도차량의 윤축과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조를 설명하기 위해 도시한 차량의 대차 하부 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 철도차량의 윤축과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조를 설명하기 위해 도시한 저면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 철도차량이 곡선주로 주행시 윤축과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 철도차량의 윤축과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조를 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 철도차량의 윤축과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조는 철도차량이 선로의 곡선구간 주행 시 발생하는 차체와 대차(100) 간의 전후방향 상대변위에 의해 윤축(110)의 요(yaw) 운동 발생으로 인한 브레이크 슈의 편마모를 예방하기 위한 것이다.

이때, 상기 대차(100)를 좀 더 구체적으로 살펴보면, 차륜(114)과 차축(112)으로 이루어지는 윤축(110)과, 상기 차축(112) 양단부를 지지함과 동시에 회전 가능하도록 베어링이 내장되는 액슬박스(120)와, 상기 액슬박스(120)의 상부에 지지 설치되는 대차프레임(130)으로 구성된다.

이 경우 상기 윤축(110)은 대차프레임(130)의 전방 및 후방에 위치하며 따라서 윤축(110)은 4개의 액슬박스(120)에 의해 지지된다.

한편, 상기 대차프레임(130)은 두 개의 사이드프레임(132)과 그 사이드프레임(132)을 연결하는 1개 이상의 크로스빔(134)으로 구성된다.

물론, 상기 대차(100)는 대차프레임(130)과 액슬박스(120)의 사이에 설치되어 차륜(114)으로부터 전달된 진동을 감쇄하는 현수장치(121)와, 볼스터(또는 차체)(미도시됨) 및 상기 볼스터(또는 차체)의 하단 중앙부에 설치되어 대차(100)와 차체 사이의 견인력을 전달하는 센터 피봇(center pivot) 등을 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 대차프레임(130)의 하부에는 철도차량이 곡선구간을 주행시 상기 윤축(110)의 조향을 제어하는 조향장치(140)가 설치된다.

이때, 상기 조향장치(140)는 대차프레임(130)에 설치되어 조향을 위한 동력을 발생하는 조향구동부(142)와, 상기 조향구동부(142)와 액슬박스(130) 사이에 연결되어 상기 조향구동부(142)의 구동에 따라 상기 윤축(110)의 요운동을 제어하기 위해 직선운동하는 조향링크(144)로 이루어진다.

이 경우 상기 조향구동부(142)는 동력원인 유압액츄에이터, 전기모터 등과 기구의 조합에 의해 액슬박스(120)를 철도차량의 주행방향으로 밀거나 당기면서 윤축(110)의 조향을 제어하게 된다.

일 예로, 조향장치(140)의 동력원으로 유압실린더 방식을 이용할 수도 있으며, 이때에는 상기 유압실린더의 피스톤 단부에 연장되게 조향링크(144)를 구비하고 그 단부를 상기 액슬박스(120)에 연결할 수 있다.

물론, 이와 같은 조향장치(140)는 철도차량에서 사용되는 공지(公知)의 구성이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 본 발명에 따른 철도차량의 윤축과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조는 대차(100)를 구성하는 대차프레임(130)의 하부를 지지하는 전방 및 후방 액슬박스(120)에 양단이 회전가능하게 구비되는 윤축(110)을 구성하는 차륜(114)의 측면에 설치되는 휠 디스크(150)와, 대차프레임(130)에 취부된 휠 디스크 제동장치(160)에 장착되는 브레이크 슈(162)의 평행을 유지시켜 주기 위해, 상기 액슬박스(120)와 휠 디스크 제동장치(160)를 연동링크(170)로 연결한다.

이때, 휠 디스크 제동장치(160)는 상기 대차프레임(130)에 취부시 휠 디스크 제동장치(160)의 몸체(161) 후측에 제1조인트(163)에 의해 수평으로 회동 가능하게 구비되고, 상기 연동링크(170)의 일단부는 상기 액슬박스(120)의 일측에 결합되고, 상기 연동링크(170)의 타단부는 상기 휠 디스크 제동장치(160)의 몸체(161) 전반부에 결합된다.

이 경우 상기 연동링크(170)의 일단부는 제2조인트(171)에 의해 상기 액슬박스(120)의 일측에 결합되고, 상기 연동링크(170)의 타단부는 제3조인트(172)에 의해 상기 휠 디스크 제동장치(160)의 몸체(161) 전반부 일측에 결합되어 결합부가 자유롭게 유동할 수 있게 구성된다.

물론, 상기 연동링크(170)의 양단부는 관절 형태로 상기 액슬박스(120)와 휠 디스크 제동장치(160)의 몸체(161)에 연결되어 수평 방향은 물론 상하 방향으로도 상기 연동링크(170)가 회동할 수 있도록 함도 가능하다.

이하, 도 2 내지 도 5를 참고로 본 발명에 따른 철도차량의 윤축과 휠 디스크 제동장치의 연동 작동관계를 설명한다.

철도차량이 선로의 직선구간을 주행시에는 윤축(110)을 구성하는 차륜(114)의 측면에 설치되는 휠 디스크(150)와 대차프레임(130)에 취부된 휠 디스크 제동장치(160)에 장착되는 브레이크 슈(162)가 평행을 유지하게 되어 휠 디스크 제동장치(160)의 작동시 브레이크 슈(162)의 밀착면 전체가 휠 디스크(150)에 고르게 접촉되어 브레이크 슈(162)의 편마모를 방지함은 물론 안정적인 제동을 수행하게 된다.

하지만, 철도차량이 선로의 곡선구간을 주행시에는 조향장치(140)의 작동에 따라 조향링크(144)에 연결되는 액슬박스(120)를 철도차량의 주행방향으로 밀거나 당기게 된다.

이 경우 액슬박스(120)와 휠 디스크 제동장치(160)는 연동링크(170)의 양단부가 힌지결합되는 구조여서, 조향장치(140)의 작동에 따라 액슬박스(120)가 철도차량의 주행방향으로 밀거나 당겨지면, 도 5에 도시된 바와 같이 연동링크(170)로 연동되는 휠 디스크 제동장치(160)가 몸체 후측의 제1조인트(163)를 중심으로 회동하면서 디스크 제동장치(160)의 브레이크 슈(162)의 밀착면이 휠 디스크(150) 표면과 평행을 이루게 된다.

따라서, 이와 같은 곡선주로에서 휠 디스크 제동장치(160)를 작동되더라도 브레이크 슈(162)의 밀착면 전체가 휠 디스크(150)에 고르게 접촉되어 브레이크 슈(162)의 편마모를 방지함은 물론 안정적인 제동을 수행할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 대차 110: 윤축
112: 차축 114: 차륜
120: 액슬박스 121: 현수장치
130: 대차프레임 132: 사이드프레임
134: 크로스빔 140: 조향장치
142: 조향구동부 144: 조향링크
150: 휠 디스크 160: 휠 디스크 제동장치
162: 브레이크 슈 170: 연동링크

Claims

대차프레임의 하부에는 철도차량의 윤축을 지지하는 액슬박스와,
상기 윤축을 구성하는 차륜의 측면에 설치되는 휠 디스크와 밀착가능한 브레이크 슈가 구비되며 상기 대차프레임에 취부되는 휠 디스크 제동장치와,
상기 액슬박스와 휠 디스크 제동장치에 양단부가 힌지결합되는 연동링크로 구성되되,
상기 휠 디스크 제동장치는 상기 대차프레임에 취부시 휠 디스크 제동장치의 몸체 후측에 제1조인트에 의해 수평으로 회동 가능하게 구비되고, 상기 연동링크의 일단부는 상기 액슬박스의 일측에 결합되고, 상기 연동링크의 타단부는 상기 휠 디스크 제동장치의 몸체 전반부에 결합되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 윤축과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 연동링크의 일단부는 제2조인트에 의해 상기 액슬박스의 일측에 결합되고, 상기 연동링크의 타단부는 제3조인트에 의해 상기 휠 디스크 제동장치의 몸체 전반부 일측에 결합되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 윤축과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조.
제 1항에 있어서,
상기 연동링크의 양단부는 관절 형태로 상기 액슬박스와 휠 디스크 제동장치의 몸체에 연결되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 윤축과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조.
제 1항에 있어서,
상기 대차프레임의 하부에는 조향장치가 설치되되, 상기 조향장치는 대차프레임에 설치되어 조향을 위한 동력을 발생하는 조향구동부와, 상기 조향구동부와 액슬박스 사이에 연결되어 상기 조향구동부의 구동에 따라 상기 윤축의 요운동을 도모하기 위해 직선운동하는 조향링크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도차량의 윤축과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조.
제 5항에 있어서,
상기 조향장치는 유압실린더의 피스톤 단부에 연장되게 조향링크를 구비하고 그 조향링크의 단부가 상기 액슬박스와 연결되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 윤축과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조.
제 5항에 있어서,
상기 조향장치는 차량제어기의 구동 제어에 따라 작동되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 윤축과 휠 디스크 제동장치의 연동 구조.