KR101665098B1 - 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철도차량의 제동을 위한 브레이크 장치를 고정하는 브레이크 장치 브라켓을 일정 이상의 강도를 유지하면서도 무게를 경량화함으로써, 대차 전체의 무게를 대폭 줄여줄 수 있는 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 대차 프레임을 형성하는 횡축지지대에 설치되는 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조에 있어서, 몸체와, 상기 몸체의 일측 단부에 형성되어 횡축지지대와 연결되는 대차 연결부와, 상기 몸체의 타측 단부에 형성되어 브레이크 장치가 연결되는 캘리퍼 연결부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 한다.

Description

철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조{ structure of bracket for railway vehicle's brake}

본 발명은 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철도차량의 제동을 위한 브레이크 장치를 고정하는 브레이크 장치 브라켓을 일정 이상의 강도를 유지하면서도 무게를 경량화함으로써, 대차 전체의 무게를 대폭 줄여줄 수 있는 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조에 관한 것이다.

일반적으로 대차프레임은 철도차량에서 스프링하 하중을 제외한 철도 차량의 대부분의 하중을 지지하는 부품으로 차량의 안전운행과 가장 밀접한 관련이 있는 부품인데, 철도차량용 대차프레임은 주로 지지하는 하중의 크기와 운행시 발생하는 힘의 크기에 따라서 강성이 큰 철강소재를 이용하여 용접 구조의 형태로 제작된다.

그러나, 이렇게 대차프레임을 제작할 경우 무게는 대략 1.3톤 ～ 2톤으로 무겁고 강성이 커서(유연성이 부족하여) 승차감을 확보하기 위해 트랙의 불규칙성에 기인한 진동을 흡수하는 서스펜션과 감쇠장치를 반드시 갖추어야 한다.

따라서, 이러한 기존의 대차프레임을 경량화하기 위해 섬유강화 복합소재를 대차프레임에 적용하는 시도들이 있었다. 이 경우 섬유강화 복합소재를 이용하여 대차프레임을 제작하는 경우 기존 금속재 대차프레임 대비 무게를 25 ~ 50% 까지 줄일 수 있다.

한편, 철도차량용 대차프레임은 두 개의 종축지지대(side frame)와 이 종축지지대를 연결하는 1개 이상의 횡축지지대(cross beam)로 구성되는데, 특히 종축지지대는 수직방향의 차체하중에 의한 굽힘, 궤도 비틀림에 의한 비틀림 하중 및 댐퍼 등 기타 장치에 의해 유발되는 편심하중 등을 감당해야 한다.

이와 관련하여 일반적인 금속재 대차프레임은 도 1에 도시된 바와 같이 2개의 종축지지대(1)와 2개의 횡축지지대(2)로 구성되며, 제동장치 브라켓(3)과 견인장치 브라켓(4)이 횡축지지대(2)에 용접에 의해 각각 체결된다.

이때, 횡축지지대(2)는 원형 또는 사각형 튜브 형태로 제작되며, 제동장치 브라켓(3)은 각각의 횡축지지대(2)에서 용접에 의해 접합되어 디스크 제동장치(6)를 설치하게 된다. 그리고 견인장치 브라켓(4) 역시 횡축지지대 사이 공간에 용접에 의해 설치되고 센터피봇(5)이 설치되어 대차에서 발생한 견인력을 차체에 전달하게 된다.

그런데, 복합소재 대차프레임의 경우에는 금속재 대차프레임과는 달리 제동장치 브라켓과 견인장치 브라켓을 각각 제작하여 복합소재 튜브로 이루어지는 횡축지지대에 볼트나 리벳에 의해 체결되어야 하므로, 복합소재 대차프레임의 중량 증가를 야기하게 되는 문제점이 있다.

그래서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여,도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 한국등록특허 제10-1231835호에 기재된 기술이 제안되었는데, 종축지지대(210)와 횡축지지대(220)로 이루어지는 복합소재 대차프레임(200)에 고정되는 제동장치 브라켓(100)에 있어서, 상기 제동장치 브라켓(100)은 몸체(110)에 철도차량의 견인을 위한 견인장치(120)가 일체로 구비되되, 상기 몸체(110)의 중앙에는 상기 견인장치(120)가 구비되고, 상기 몸체(110)의 중앙 양측에는 상기 횡축지지대(220)가 안착되는 안착부(130)가 형성되고, 상기 몸체(110)의 양단에는 철도차량의 차체가 고정되는 차체고정공(112)이 더 형성되며, 상기 몸체는 강철, 알루미늄 및 마그네슘 중에 어느 하나의 금속재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그런데, 한국등록특허 제10-1231835호에 기재된 기술은 대차프레임(200)에 설치되는 제동장치 브라켓(100)에 철도차량의 견인을 위한 견인장치(120)를 일체로 구비함으로써, 전체 구조를 단순하게 하고, 대차의 중량을 감소시킬 수 있는 장점은 있으나, 여전히 상기 제동장치 브라켓은 전체가 금속재로 이루어지는 판재를 사용하며, 제동장치를 안정적으로 지탱하기 위하여 일정 이상의 두께로 제작함으로써, 제동장치 브라켓 자체의 무게를 경감할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 철도차량을 구성하는 대차 프레임에는 제동을 위한 브레이크 장치를 고정하기 위한 브레이크 장치 브라켓이 구비되고, 상기 브라켓은 안전한 제동을 위하여 브레이크 장치를 견고하게 지지하여야 하므로 일정 이상의 강도를 유지하여야 하며 그에 따라 브라켓을 형성하는 판재의 두께가 두꺼워지므로, 이러한 브라켓의 무게는 전체 대차 무게의 대략 35%에 해당하는데, 이러한 브라켓을 형성하는 판재를 외판, 내판, 심재로 형성하되, 심재를 규칙적 다공질 금속(PCM, Periodic Cellular Metals)을 사용하여 격자형 트러스 코어(lattice truss core) 형상으로 형성함으로써, 강도는 일정 이상으로 유지하면서도 전체적인 무게를 상당량 줄일 수 있어 전체 대차의 무게를 경량화할 수 있는 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조를 제공하는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;

대차 프레임을 형성하는 횡축지지대에 설치되는 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조에 있어서, 몸체와, 상기 몸체의 일측 단부에 형성되어 횡축지지대와 연결되는 대차 연결부와, 상기 몸체의 타측 단부에 형성되어 브레이크 장치가 연결되는 캘리퍼 연결부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 한다.

여기서, 상기 몸체는 판재로 이루어져 양측면을 형성하는 측판과, 상기 측판의 상부에 구비되는 상판과, 상기 측판의 하부에 구비되는 하판으로 이루어지는 특징으로 한다.

그리고, 상기 판재는 외측면을 형성하는 외판과, 내측면을 형성하는 내판과, 상기 내판과 외판 사이에 구비되는 심재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 내판과 외판은 알루미늄, 스테인리스강, 파이버 강화 복합재 중에 어느 하나의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 심재는 규칙적 다공질 금속(PCM, Periodic Cellular Metals)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 심재는 격자형 트러스 코어(lattice truss core) 구조인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 격자형 트러스 코어(lattice truss core) 구조는 삼각뿔형 트러스(tetrahedral truss) 또는 피라미드 트러스(pyramidal truss core) 구조인 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 철도차량을 구성하는 대차 프레임에는 제동을 위한 브레이크 장치를 고정하기 위한 브레이크 장치 브라켓이 구비되고, 상기 브라켓은 안전한 제동을 위하여 브레이크 장치를 견고하게 지지하여야 하므로 일정 이상의 강도를 유지하여야 하며 그에 따라 브라켓을 형성하는 판재의 두께가 두꺼워지므로, 이러한 브라켓의 무게는 전체 대차 무게의 대략 35%에 해당하는데, 이러한 브라켓을 형성하는 판재를 외판, 내판, 심재로 형성하되, 심재를 규칙적 다공질 금속(PCM, Periodic Cellular Metals)을 사용하여 격자형 트러스 코어(lattice truss core) 형상으로 형성함으로써, 강도는 일정 이상으로 유지하면서도 전체적인 무게를 상당량 줄일 수 있어 전체 대차의 무게를 경량화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 제동 및 견인장치가 설치된 대차 프레임의 사시도이다.
도 2는 종래의 개선된 일체형 제동 및 견인장치 브라켓의 사시도이다.
도 3은 종래의 개선된 일체형 제동 및 견인장치 브라켓이 설치된 상태의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조가 적용된 대차의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조의 확대 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조의 판재의 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조의 다른 실시 예에 따른 판재의 개념도이다.
도 8은 본 발명에 따른 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조의 몸체의 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 늄다.

도 4는 본 발명에 따른 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조가 적용된 대차의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조의 확대 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조의 판재의 개념도이고, 도 7은 본 발명에 따른 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조의 다른 실시 예에 따른 판재의 개념도이고, 도 8은 본 발명에 따른 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조의 몸체의 단면도이다.

본 발명은 철도차량의 제동을 제어하는 브레이크 장치(350)를 대차 프레임(300)에 고정하기 위한 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조에 관한 것으로 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 그 구성은 몸체(410)와 상기 몸체(410)의 일측 단부에 형성되는 대차 연결부(420)와 상기 몸체(410)의 타측 단부에 형성되는 캘리퍼 연결부(430)로 이루어진다.

여기서, 상기 몸체(410)는 도 8에 도시된 바와 같이, 판재(440)로 이루어져 양측면을 형성하는 측판(부호 미도시)과 상기 측판의 상부에 구비되는 상판(부호 미도시)과 상기 측판의 하부에 구비되는 하판(부호 미도시)으로 이루어진다.

한편, 철도차량의 대차를 형성하는 대차 프레임(300)은 한 쌍의 종축지지대(310)와 상기 한 쌍의 종축지지대(310)를 연결하는 횡축지지대(320)로 이루어지며, 철도차량의 제동을 위한 브레이크 장치(350)가 구비된다.

이때, 상기 브레이크 장치(350)는 휠(340)이 양측에 구비되는 차축(330)에 설치되는 브레이크 디스크(352)와 상기 브레이크 디스크(352)를 가압하여 제동작용을 수행하는 캘리퍼(354)로 이루어지며, 상기 캘리퍼(354)는 본 발명의 브레이크 장치 브라켓(400)을 사용하여 대차 프레임(300)의 횡축 지지대(320)에 고정설치된다.

그런데, 종래의 브레이크 장치 브라켓(400)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 일반적인 금속재질을 사용하여 이루어지는 판재를 상면과 하면 그리고, 양측면에 구비하여 용접 또는 접착 방식으로 제작하게 되며 각각의 판재는 브레이크 장치 브라켓(400)이 일정 이상의 강도를 가져야 하므로 두께를 두껍게 형성하였다.

즉, 철도차량의 제동을 위해서는 캘리퍼(354)가 브레이크 디스크(352)를 가압할 때, 캘리퍼(354)가 움직이지 않고 견고하게 고정되어야만 안정적인 제동이 가능하며, 캘리퍼(354)가 브레이크 디스크(352)를 가압할 때 캘리퍼(354)에 가해지는 힘을 지탱하기 위해서는 브레이크 장치 브라켓(400)은 상당한 강도를 유지하여야 하므로, 종래에는 판재를 두껍게 형성하여야 하므로 대차의 전체적인 무게가 증가하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 브레이크 장치 브라켓(400)을 형성하는 판재(440)를 외측면을 형성하는 외판(442)과 내측면을 형성하는 내판(444)과 내판(444)과 외판(442) 사이에 구비되는 심재(446)로 이루어진다.

여기서, 상기 내판(444)과 외판(442)은 알류미늄, 스테인리스강, 파이버 강화 복합재 중 어느 하나의 재질로 이루어지고, 상기 심재(446)는 상대밀도 5% 미만의 규칙적 다공질 금속(PCM, Periodic Cellular Metals)으로 이루어짐으로써, 전체적인 무게는 줄여주면서도, 제동시에 발생하는 힘을 견딜 수 있는 일정 이상의 강도를 가지도록 형성되게 된다.

그래서, 철도차량을 형성하는 대차의 전체 중량의 35%를 차지하는 브레이크 장치 브라켓(400)의 무게를 상당량 줄여주기 때문에 철도차량 전체의 무게를 보다 줄여줄 수 있게 된다.

한편, 상기 심재(446)는 규칙적 다공질 금속을 도 6에 도시된 바와 같은 삼각뿔형 트러스(tetrahedral truss)와 같은 격자형 트러스 코어(lattice truss core) 구조를 채용하거나, 도 7에 도시된 바와 같이 규칙적 다공질 금속으로 이루어지는 심재(446)를 피라미드 트러스(pyramidal truss core)와 같은 격자형 트러스 코어(lattice truss core) 구조를 채용할 수 있다.

이때, 상기 격자형 트러스 구조의 심재(446)는 판재에 워터젯, 레이져 절단 등을 이용하여 판재에 망사형 메시를 만든 후 굽힘 공정을 통해 메시의 노드점을 일정각을 굽힘으로써 제조한다.

물론, 상기 격자형 트러스 구조의 심재(446)는 제조 비용이 고가여서 단가가 높아지는 단점이 있지만 인베스트먼트 캐스팅 (Investment casting)이나 3D 프린터 등을 이용해 제작하는 것도 가능하다.

이와 같이 제작되는 격자형 트러스 코어 구조(lattice truss core)의 규칙적 다공질 금속은 내판(444) 및 외판(442)과 이루는 각도가 30 ~ 70°이내의 범위를 이루도록 제작하여, 외부에서 가해지는 힘을 심재(446)에 고르게 분산하하도록 한다.

그리고, 상기 내판(444) 및 외피(442) 사이에 심재(446)를 접합시 모재의 종류에 따라 접착제, 브레이징, 레이저 점용접, 다점 전기저항용접 등을 사용하여 접합하게 되며, 이 경우 접착제로 FM73를 사용할 수 있으며, 이를 통해 심재(446)와 내판(444) 및 외판(442)의 인터페이스 간 요구되는 결합 강도가 충분히 구현할 수 있다.

따라서, 본 발명의 브레이크 장치 브라켓(400)은 강도는 안정적으로 유지하면서도 무게를 줄일 수 있게 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 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철도차량의 제동을 위한 브레이크 장치를 고정하는 브레이크 장치 브라켓을 일정 이상의 강도를 유지하면서도 무게를 경량화함으로써, 대차 전체의 무게를 대폭 줄여줄 수 있는 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조에 관한 것이다.

300 : 대차 프레임 310 : 종축 지지대
320 : 횡축 지지대 330 : 차축
340 : 휠 350 : 브레이크 장치
352 : 브레이크 디스크 354 : 캘리퍼
400 : 브레이크 장치 브라켓 410 : 몸체
420 : 대차 연결부 430 : 캘리퍼 연결부
440 : 판재 442 : 외판
444 : 내판 446 : 심재

Claims (7)

1. 대차 프레임을 형성하는 횡축지지대에 설치되는 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조에 있어서,
   몸체와,
   상기 몸체의 일측 단부에 형성되어 횡축지지대와 연결되는 대차 연결부와,
   상기 몸체의 타측 단부에 형성되어 브레이크 장치가 연결되는 캘리퍼 연결부로 이루어지고,
   상기 몸체는 판재로 이루어져 양측면을 형성하는 측판과, 상기 측판의 상부에 구비되는 상판과, 상기 측판의 하부에 구비되는 하판으로 이루어지며,
   상기 판재는 외측면을 형성하는 외판과, 내측면을 형성하는 내판과, 상기 내판와 외판 사이에 구비되는 심재로 이루어지고,
   상기 심재는 격자형 트러스 코어(lattice truss core) 구조의 규칙적 다공질 금속(PCM, Periodic Cellular Metals)으로 이루어지며,
   상기 심재는 판재에 워터젯, 레이져 절단 등을 이용하여 판재에 망사형 메시를 만든 후 굽힘 공정을 통해 메시의 노드점을 굽힘으로써 제조하며,
   규칙적 다공질 금속은 내판 및 외판과 이루는 각도가 30 ~ 70°이내의 범위를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 내판과 외판은 알루미늄, 스테인리스강, 파이버 강화 복합재 중에 어느 하나의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 격자형 트러스 코어(lattice truss core) 구조는 삼각뿔형 트러스(tetrahedral truss) 또는 피라미드 트러스(pyramidal truss core) 구조인 것을 특징으로 하는 철도차량 브레이크 장치 브라켓 구조.
   

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