KR101847308B1 - 레벨링 밸브 - Google Patents

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KR101847308B1
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즈토무 스즈키
유스케 엔도
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케이와이비 가부시키가이샤
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Abstract

레벨링 밸브는 완충 스프링의 복원력에 의해 회전하는 작동 아암과, 작동 아암에 의해 에어압에 저항하여 개방되는 접속 밸브를 구비한다. 접속 밸브는 작동 아암에 가압되어 개방되는 제1 밸브체와, 제1 밸브체가 이좌 및 착좌하는 제2 밸브체와, 제2 밸브체가 이좌 및 착좌하는 슬리브와, 제2 밸브체에 설치되어 제1 밸브체가 개방된 후 소정 거리 이동하면 제1 밸브체에 걸림 결합하는 걸림 결합부를 갖는다. 제2 밸브체의 수압 면적은 제1 밸브체의 수압 면적보다 크다.

Description

레벨링 밸브{LEVELING VALVE}
본 발명은 레벨링 밸브에 관한 것이다.
JP2013-173438A에는 철도 차량에 사용되는 공기 스프링의 높이를 조정하는 레벨링 밸브가 개시되어 있다. 레벨링 밸브는 대차에 대한 차체의 상대 변위에 따라서 회전하는 레버의 회전 방향에 따라서, 공기 스프링을 컴프레서 또는 배기 통로에 선택적으로 접속하여 차체를 일정한 높이로 유지한다.
레벨링 밸브는 공기 스프링과 컴프레서의 연통을 전환하는 급기 밸브와, 공기 스프링과 배기 통로의 연통을 전환하는 배기 밸브와, 레버의 회전이 완충 스프링을 통해 전달되는 작동 아암을 구비한다.
급기 밸브 및 배기 밸브는 각각, 원통 형상의 슬리브와, 슬리브 내에 미끄럼 이동 가능하게 배치되는 밸브체를 갖는다. 급기 밸브의 밸브체는 컴프레서의 에어압에 의해 밸브 폐쇄 방향으로 가압되고, 배기 밸브의 밸브체는 공기 스프링의 에어압에 의해 밸브 폐쇄 방향으로 가압된다. 작동 아암은 레버의 회전에 수반하여 변형되는 완충 스프링의 복원력에 의해 회전하고, 급기 밸브 또는 배기 밸브의 밸브체를 가압함으로써 급기 밸브 또는 배기 밸브를 개방시킨다.
상기 종래의 레벨링 밸브에서는, 급기 밸브 및 배기 밸브의 유량을 증가시키기 위해 유로 면적을 확대시키면 밸브체의 수압 면적이 커지므로, 밸브체를 에어압에 저항하여 밸브 개방 방향으로 가압하는 작동 아암의 가압력도 크게 할 필요가 있다. 작동 아암은 레버의 회전에 수반하여 변형되는 완충 스프링의 복원력에 의해 회전하므로, 완충 스프링도 대형화할 필요가 있다. 따라서, 완충 스프링을 수용하는 밸브 케이스가 대형화되어 레벨링 밸브의 치수가 커진다.
본 발명의 목적은 완충 스프링을 대형화하지 않고 유로 면적을 확대시키는 것이 가능한 레벨링 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 어떤 형태에 따르면, 철도 차량의 차체와 대차 사이에 설치되는 공기 스프링의 높이를 조정하는 레벨링 밸브이며, 대차에 대한 차체의 상대 변위에 따라서 회전하는 레버와, 레버의 회전에 수반하여 변형되는 완충 스프링의 복원력에 의해 회전하는 작동 아암과, 작동 아암의 회전에 의해 에어압에 저항하여 개방하여, 공기 스프링에 연통하는 공기 스프링 통로에 압축 공기원 또는 배기 통로를 접속하는 접속 밸브를 구비하고, 접속 밸브는 작동 아암의 회전에 수반하여 작동 아암에 가압되어 밸브 개방 방향으로 이동하는 제1 밸브체와, 제1 밸브체가 이좌 및 착좌하는 제1 밸브 시트를 갖는 제2 밸브체와, 제1 밸브체 및 제2 밸브체가 내부에 미끄럼 이동 가능하게 배치되어, 제2 밸브체가 이좌 및 착좌하는 환상의 제2 밸브 시트를 갖는 슬리브와, 제2 밸브체에 설치되어, 제1 밸브체가 개방된 후 소정 거리 이동하면 제1 밸브체에 걸림 결합하여 제2 밸브체를 제1 밸브체와 함께 밸브 개방 방향으로 이동시키는 걸림 결합부를 갖고, 제2 밸브체의 수압 면적은 제1 밸브체의 수압 면적보다 크다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 레벨링 밸브의 설치도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 레벨링 밸브의 단면도이다.
도 3은 배기 밸브의 확대도이다.
도 4a는 도 3의 4A-4A 단면을 도시하는 단면도이다.
도 4b는 도 3의 4B-4B 단면을 도시하는 단면도이다.
도 5는 배기 밸브의 제1 밸브체가 개방된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 6은 배기 밸브의 제2 밸브체가 개방된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 7은 제2 밸브체의 변형예를 도시하는 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
도 1은 본 실시 형태에 있어서의 레벨링 밸브(100)의 설치도이다.
레벨링 밸브(100)는 철도 차량의 차체(1)와 대차(2) 사이에 설치되는 공기 스프링(3)의 높이를 조정하여, 차체(1)를 일정한 높이로 유지하는 기능을 갖는다.
레벨링 밸브(100)는 차체(1)와 대차(2) 사이에 걸쳐서 장착된다. 구체적으로는, 레벨링 밸브(100)는 차체(1)에 설치되어, 레버(4)와 연결 막대(5)을 통해 대차(2)에 연결된다. 차체(1)의 하중 변화에 의해 공기 스프링(3)이 신축하여 차체(1)의 높이가 변화되면, 이 변화가 연결 막대(5) 및 레버(4)를 통해 레벨링 밸브(100)로 전해진다.
차체 하중이 증가하여 공기 스프링(3)이 휜 경우에는, 레버(4)가 중립 위치로부터 상방으로 밀어 올려지고(도 1 중 화살표 A 방향으로의 회전), 그것에 수반하여 레벨링 밸브(100)의 급기 밸브(31)(도 2 참조)가 개방되어, 공기 스프링(3)에 연통하는 공기 스프링 통로(6)와 압축 공기원으로서의 컴프레서(7)가 연통한다. 이에 의해, 컴프레서(7)로부터의 압축 공기가 공기 스프링(3)으로 공급된다. 공기 스프링(3)이 일정한 높이로 복원되면, 레버(4)가 중립 위치로 복귀되어 레벨링 밸브(100)의 급기 밸브(31)가 폐쇄되어, 압축 공기의 공급이 차단된다.
한편, 차체 하중이 감소하여 공기 스프링(3)이 신장된 경우에는, 레버(4)가 중립 위치로부터 하방으로 밀어 내려지고(도 1 중 화살표 B 방향으로의 회전), 그것에 수반하여 레벨링 밸브(100)의 배기 밸브(32)(도 2 참조)가 개방되어, 공기 스프링 통로(6)와 배기 통로(8)가 연통한다. 배기 통로(8)는 대기에 연통하고 있으므로, 공기 스프링(3)의 압축 공기는 대기로 배출된다. 공기 스프링(3)이 일정한 높이로 복원되면, 레버(4)가 중립 위치로 복귀되어 레벨링 밸브(100)의 배기 밸브(32)가 폐쇄되어, 압축 공기의 배출이 차단된다.
이와 같이, 레벨링 밸브(100)는 대차(2)에 대한 차체(1)의 상대 변위에 따라서 회전하는 레버(4)의 회전 방향에 따라서 공기 스프링(3)을 컴프레서(7) 또는 배기 통로(8)에 선택적으로 연통시킴으로써, 차체(1)와 대차(2) 사이에 발생한 상대 변위를 자동으로 조절하여 차체(1)를 일정한 높이로 유지한다.
도 2는 본 실시 형태에 있어서의 레벨링 밸브(100)의 단면도이다. 도 3은 배기 밸브(32)의 확대도이다. 도 4a는 도 3에 4A-4A 단면을 도시하는 단면도이다. 도 4b는 도 3에 4B-4B 단면을 도시하는 단면도이다.
레벨링 밸브(100)는 중앙부에 배치되는 완충 스프링부(20)와, 상부에 배치되는 접속 밸브로서의 급기 밸브(31) 및 배기 밸브(32)와, 하부에 배치되는 오일 댐퍼(25)를 구비한다.
완충 스프링부(20)는 레버(4)가 연결된 축(21)에 고정되는 스윙 아암(도시하지 않음)과, 축(21)에 대해 회전 가능한 작동 아암(22)과, 축(21)에 동심으로 초기 하중이 부여된 상태에서 조립되어 스윙 아암과 작동 아암(22)에 동시에 접촉하여 배치된 완충 스프링(23)을 구비한다. 레버(4)의 회전은 스윙 아암 및 완충 스프링(23)을 통해 작동 아암(22)으로 전달된다. 즉, 작동 아암(22)은 레버(4)의 회전에 수반하여 변형되는 완충 스프링(23)의 복원력에 의해 회전한다.
오일 댐퍼(25)는 작동 아암(22)의 기단부측에 연결되어 작동 아암(22)의 회전에 수반하여 이동하는 피스톤(도시 생략)을 구비한다. 피스톤은 밸브 케이스(11) 내에 형성된 오일실(12) 중에 침지하여 배치되고, 작동 아암(22)이 중립 위치로부터 회전할 때에는 작동 아암(22)의 회전 동작에 저항을 부여하는 한편, 작동 아암(22)이 중립 위치로 복귀될 때에는 작동 아암(22)에 저항을 거의 부여하지 않는다.
이하에서는, 급기 밸브(31) 및 배기 밸브(32)에 대해 설명한다. 급기 밸브(31) 및 배기 밸브(32)의 구성은 동일하므로, 이하에서는 주로 배기 밸브(32)에 대해 설명한다. 또한, 급기 밸브(31) 및 배기 밸브(32)에 있어서의 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여한다.
급기 밸브(31) 및 배기 밸브(32)는 작동 아암(22)의 선단측을 중심으로 하여 대칭으로 배치되어, 밸브 케이스(11) 내에 수납된다. 밸브 케이스(11)에는 일단부가 밸브 케이스(11)의 외면으로 개방됨과 함께 타단부가 오일실(12)로 개방되는 한 쌍의 밸브 수납 구멍(11a)이 형성된다. 급기 밸브(31) 및 배기 밸브(32)의 각각은 밸브 수납 구멍(11a)에 수납된다.
배기 밸브(32)는 밸브 수납 구멍(11a) 내에 체결되는 대략 원통 형상의 슬리브(33)와, 슬리브(33) 내에 미끄럼 이동 가능하게 배치되어 작동 아암(22)의 회전에 수반하여 이동하는 제1 밸브체(34)와, 슬리브(33) 내에 미끄럼 이동 가능하게 배치됨과 함께 제1 밸브체(34)의 외주에 환상으로 설치되어 제1 밸브체(34)가 이좌 및 착좌하는 제1 밸브 시트(35a)를 갖는 제2 밸브체(35)를 구비한다.
슬리브(33)의 외주면의 일부에는 수나사부(33a)가 형성되고, 이 수나사부(33a)를 밸브 수납 구멍(11a)의 내주에 형성된 암나사부(11b)에 나사 결합시킴으로써, 슬리브(33)는 밸브 수납 구멍(11a) 내에 체결된다. 또한, 슬리브(33)의 외주에는, 직경 방향으로 연장되는 플랜지부(33b)가 형성되고, 이 플랜지부(33b)가 밸브 케이스(11)의 외주면에 와셔(13)를 통해 접촉함으로써, 슬리브(33)는 밸브 수납 구멍(11a) 내에 위치 결정된다.
슬리브(33)의 축심에는 오일실(12)측으로부터 차례로, 제1 구멍(33c), 제1 구멍(33c)과 비교하여 대직경인 제2 구멍(33d), 제2 구멍(33d)과 비교하여 대직경인 제3 구멍(33e)과, 제3 구멍(33e)과 비교하여 대직경인 제4 구멍(33f)이 직렬로 연통하여 형성된다.
제2 구멍(33d)과 제3 구멍(33e)의 경계 단차부에는 제2 밸브체(35)가 착좌 또는 이격하는 제2 밸브 시트(33g)가 형성된다. 제2 밸브 시트(33g)는 밸브 개방 방향(도 3 중 우측 방향)으로 슬리브(33)로부터 융기하여 형성되고, 슬리브(33)의 제2 밸브 시트(33g) 이외의 부분과 제2 밸브체(35) 사이에 간극이 형성된다.
제1 밸브체(34)는 슬리브(33)의 제1 구멍(33c)을 따라서 미끄럼 이동하는 미끄럼 이동부(34a)와, 미끄럼 이동부(34a)와 비교하여 대직경으로 형성되어 제1 밸브 시트(35a)를 개폐하는 밸브체부(34b)를 갖는다. 미끄럼 이동부(34a)와 밸브체부(34b)의 경계 단차부에는 제1 밸브 시트(35a)에 착좌하여 압축 공기의 흐름을 차단하는 한편, 제1 밸브 시트(35a)로부터 이격되어 압축 공기의 흐름을 허용하는 시트부(34c)가 제1 밸브체(34)의 직경 방향으로 평평하게 형성된다. 밸브체부(34b)에는 미끄럼 이동부(34a)와는 반대측에 밸브체부(34b)보다 외경이 작은 제1 직경 축소부(34d)와, 제1 직경 축소부(34d)보다 외경이 작은 제2 직경 축소부(34e)가 이 순서로 형성된다.
제2 밸브체(35)는 제1 밸브체(34)의 미끄럼 이동부(34a)의 외주에 환상으로 설치되는 밸브체부(35b)와, 밸브체부(35b)에 연결됨과 함께 밸브 개방 방향으로 연장 설치되어 제1 밸브체(34)의 밸브체부(34b)의 외주에 설치되는 환상의 연장 설치부(35c)를 갖는다.
밸브체부(35b)는, 도 4a에 도시한 바와 같이 내주가 제1 밸브체(34)의 미끄럼 이동부(34a)의 외주에 미끄럼 접촉하고, 외주가 연장 설치부(35c)의 내주에 나사 결합한다(도 3). 밸브체부(35b)의 내주에는 제1 밸브체(34)의 미끄럼 이동부(34a)를 따라서 절결 형상의 접속 통로(35d)가 형성된다. 접속 통로(35d)는 밸브체부(35b)의 주위 방향으로 3개소에 설치되고, 밸브체부(35b)의 밸브 개방 방향 단부로부터 밸브 폐쇄 방향 단부까지에 걸쳐서 형성된다(도 3).
밸브체부(35b)의 밸브 개방 방향 단부에는 제1 밸브체(34)의 밸브체부(34b)가 이좌 및 착좌하는 제1 밸브 시트(35a)가 형성된다. 밸브체부(35b)의 밸브 폐쇄 방향 단부에는 슬리브(33)로부터 융기하여 형성되는 제2 밸브 시트(33g)에 착좌하여 압축 공기의 흐름을 차단하는 한편, 제2 밸브 시트(33g)로부터 이격되어 압축 공기의 흐름을 허용하는 시트부(35e)가 제2 밸브체(35)의 직경 방향으로 평평하게 형성된다.
연장 설치부(35c)는 내주가 제1 밸브체(34)의 밸브체부(34b)와 소정의 간극을 갖고, 외주가 제3 구멍(33e)과 소정의 간극을 갖도록 형성된다. 연장 설치부(35c)의 선단에는 내경이 직경 축소하여 형성되는 걸림 결합부(35f)가 설치된다. 연장 설치부(35c) 및 걸림 결합부(35f)는 제2 밸브체의 일부를 구성한다.
걸림 결합부(35f)는 내경이 제1 밸브체(34)의 밸브체부(34b)의 외경보다 작고 제1 직경 축소부(34d)의 외경보다 크다. 또한, 걸림 결합부(35f)와 제1 밸브체(34)의 밸브체부(34b)는 제1 밸브체(34)가 제1 밸브 시트(35a)에 착좌하고 있는 경우에 축방향(도 3 중 좌우 방향)으로 소정 거리만큼 이격되어 있다. 이에 의해, 제1 밸브체(34)가 개방된 후 소정 거리만큼 밸브 개방 방향으로 이동하면, 제1 밸브체(34)와 제2 밸브체(35)가 걸립 결합하여, 일체적으로 밸브 개방 방향으로 이동한다.
연장 설치부(35c)에는 또한, 연장 설치부(35c)를 직경 방향으로 관통하는 관통 구멍(359)이 형성된다. 접속 통로로서의 관통 구멍(35g)은 제1 밸브체(34)가 개방 후에 연장 설치부(35c)의 내주측과 외주측을 연통하여 공기가 흐르는 통로를 형성한다.
슬리브(33)의 제4 구멍(33f)에는 축심에 관통로(도시하지 않음)를 갖는 폐색 부재(41)가 압입된다. 폐색 부재(41)는 제3 구멍(33e)과 제4 구멍(33f)의 경계 단차부에 밀접하여 슬리브(33) 내의 기실을 폐색한다. 급기 밸브(31)의 폐색 부재(41)의 관통로에는 컴프레서(7)에 연통하는 연통로(9)가 접속되고, 배기 밸브(32)의 폐색 부재(41)의 관통로에는 공기 스프링 통로(6)가 접속된다. 또한, 폐색 부재(41)에 관통로가 설치되지 않은 경우에는, 컴프레서(7)에 접속되는 연통로(9)가 급기 밸브(31)의 고압 포트(47)에 접속되고, 공기 스프링 통로(6)가 배기 밸브(32)의 고압 포트(47)에 접속되어도 된다.
폐색 부재(41)와 제1 밸브체(34)의 밸브체부(34b) 사이에는, 제1 밸브체(34)를 밸브 폐쇄 방향으로 가압하는 코일 스프링(42)이 압축 상태로 설치된다. 코일 스프링(42)은 제1 밸브체(34)의 밸브체부(34b)에 형성되는 제2 직경 축소부(34e)의 외주에 끼워 맞추어 고정되는 스프링 수용 부재(43)를 통해 제1 밸브체(34)를 가압한다.
스프링 수용 부재(43)는, 도 4b에 도시한 바와 같이 내주가 제1 밸브체(34)의 제2 직경 축소부(34e)에 밀착하고, 외주가 주위 방향으로 3개소에 있어서 제3 구멍(33e)의 내벽에 미끄럼 접촉한다. 스프링 수용 부재(43)의 외주이며 제3 구멍(33e)과의 미끄럼 접촉부 이외의 부분은 제3 구멍(33e)의 내벽과의 사이에 간극을 갖고, 제1 밸브체(34)의 미끄럼 이동에 따라서 공기가 통과한다.
이와 같이, 스프링 수용 부재(43)는 제1 밸브체(34)에 압입하여 고정되어 제3 구멍(33e)의 내벽에 미끄럼 접촉하고, 제2 밸브체(35)는 제1 밸브체(34)의 미끄럼 이동부(34a)의 외주에 미끄럼 접촉하므로, 제1 밸브체(34) 및 제2 밸브체(35)는 축방향으로 미끄럼 이동 가능함과 함께, 직경 방향으로의 이동은 규제된다.
제1 밸브체(34)의 미끄럼 이동부(34a)는 일부가 오일실(12) 중에 돌출되고, 시트부(34c)가 제1 밸브 시트(35a)에 착좌한 상태에서는, 선단부가 작동 아암(22)과 소정의 간극을 갖고 대치한다. 작동 아암(22)이 중립 위치로부터 소정 각도 이상 회전한 경우에는, 작동 아암(22)이 미끄럼 이동부(34a)의 선단부에 접촉한다. 제1 밸브체(34)는 작동 아암(22)의 회전에 수반하여 코일 스프링(42)의 가압력에 저항하여 이동하여 시트부(34c)가 제1 밸브 시트(35a)로부터 이격함으로써 개방된다. 제2 밸브체(35)는 제1 밸브체(34)가 개방된 후 밸브 개방 방향으로 소정 거리 이동함으로써 걸림 결합부(35f)를 통해 제1 밸브체(34)와 걸림 결합하고, 제1 밸브체(34)와 함께 이동하여 시트부(35e)가 제2 밸브 시트(33g)로부터 이격함으로써 개방된다.
이와 같이, 레벨링 밸브(100)는 공기 스프링(3)에 대한 압축 공기의 급배가 금지되는 불감대를 형성하기 위해, 작동 아암(22)이 중립 위치로부터 회전해도 급기 밸브(31) 및 배기 밸브(32)가 즉시는 개방되지 않도록, 작동 아암(22)과 급기 밸브(31) 및 배기 밸브(32) 사이에 소정의 간극을 갖고 있다. 이에 의해, 작동 아암(22)의 소정 각도 미만의 회전에 대해, 공기 스프링(3)에 대한 압축 공기의 급배를 금지할 수 있으므로, 급기 밸브(31) 및 배기 밸브(32)의 헌팅을 방지할 수 있다. 급기 밸브(31) 및 배기 밸브(32)의 불감대는 와셔(13)의 두께 또는 개수를 조정함으로써 설정된다.
슬리브(33) 내에는 배기 통로(8)와 항시 연통하고 있는 제1 기실(44)과, 제1 밸브체(34) 및 제2 밸브체(35)에 의해 제1 기실(44)과 구획되고, 공기 스프링 통로(6)를 통해 공기 스프링(3)과 항시 연통하고 있는 제2 기실(45)이 설치된다. 또한, 급기 밸브(31)의 제2 기실(45)은 연통로(9)를 통해 컴프레서(7)에 항시 연통하고 있다.
제2 밸브체(35)는 제1 밸브체(34)의 미끄럼 이동부(34a)의 외주에 설치되므로, 제2 밸브체(35)의 수압 면적은 제1 밸브체(34)의 수압 면적보다 크다. 따라서, 제1 밸브체(34) 및 제2 밸브체(35)가 모두 폐쇄되어 있는 경우에는, 제2 밸브체(35)가 제1 기실(44)과 제2 기실(45)의 차압에 의해 밸브 폐쇄 방향으로 받는 힘은, 제1 밸브체(34)가 제1 기실(44)과 제2 기실(45)의 차압에 의해 밸브 폐쇄 방향으로 받는 힘보다 크다.
슬리브(33)에는 제1 기실(44)에 연통하는 저압 포트(46)와, 제2 기실(45)에 연통하는 고압 포트(47)가, 슬리브(33)의 내외주면을 관통하여 형성된다. 저압 포트(46)는 밸브 케이스(11)에 형성된 제1 환상 통로(48)에 항시 연통하고 있다. 고압 포트(47)는 밸브 케이스(11)에 형성된 제2 환상 통로(49)에 항시 연통하고 있다.
급기 밸브(31)의 제1 환상 통로(48)와 배기 밸브(32)의 제2 환상 통로(49)는 밸브 케이스(11)에 형성된 연락 통로(10)를 통해 연통하고 있다. 즉, 급기 밸브(31)의 저압 포트(46)와 배기 밸브(32)의 고압 포트(47)는 연락 통로(10)를 통해 연통하고 있다. 그 연락 통로(10)의 도중에는 급기 밸브(31)의 저압 포트(46)로부터 배기 밸브(32)의 고압 포트(47)로의 압축 공기의 흐름만을 허용하는 역지 밸브(도시하지 않음)가 설치된다. 또한, 배기 밸브(32)의 저압 포트(46)는 제1 환상 통로(48)를 통해 배기 통로(8)에 연통하고 있다.
다음에, 레벨링 밸브(100)의 동작에 대해 설명한다.
차체 하중이 감소하여 공기 스프링(3)이 신장된 경우에는, 대차(2)에 대한 차체(1)의 상대 변위에 따라서 레버(4)가 중립 위치로부터 하방으로 밀어 내려지고(도 1), 그것에 수반하여 완충 스프링(23)이 변형된다. 이 완충 스프링(23)의 복원력이 작동 아암(22)으로 전달되어, 작동 아암(22)은 중립 위치로부터 도 3 중 화살표 B 방향으로 회전한다.
작동 아암(22)이 소정 각도 이상 회전한 경우에는, 작동 아암(22)이 배기 밸브(32)의 제1 밸브체(34)를 가압한다. 이때, 제1 밸브체(34)는 제1 기실(44)과 제2 기실(45)의 차압에 이 차압을 받는 수압 면적을 곱하여 연산되는 힘과 코일 스프링(42)의 가압력에 저항하여 이동하여 개방된다. 또한, 이 경우에 개방되는 것은 제1 밸브체(34)뿐이므로, 상기 수압 면적은 제1 밸브체(34)만의 수압 면적이고 제2 밸브체(35)의 수압 면적은 포함하지 않는다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제1 밸브체(34)가 개방되면, 배기 밸브(32)의 제1 기실(44)과 제2 기실(45)이 제2 밸브체(35)의 접속 통로(35d) 및 연장 설치부(35c)의 관통 구멍(359)을 통해 연통한다. 또한, 제1 밸브체(34)가 개방된 후 소정 거리만큼 밸브 개방 방향으로 이동하면, 걸림 결합부(35f)가 제1 밸브체(34)에 걸림 결합한다.
이때, 제1 기실(44)과 제2 기실(45)은 연통하고 있으므로, 제1 기실(44)과 제2 기실(45)의 차압은 저하된다. 또한, 제2 밸브체(35)의 밸브 폐쇄 방향 단부측에는 슬리브(33)와의 사이에 간극이 형성되어 있으므로, 제2 밸브체(35)에는 제1 기실(44)과 제2 기실(45)의 차압에 의한 힘이 거의 작용하지 않는다.
도 6에 도시한 바와 같이, 제1 밸브체(34)가 더욱 밸브 개방 방향으로 이동하면, 제2 밸브체(35)가 제1 밸브체(34)와 함께 밸브 개방 방향으로 이동한다. 이에 의해, 제1 기실(44)과 제2 기실(45)은 제2 밸브체(35)와 슬리브(33) 사이를 통해 연통한다.
이때, 제1 밸브체(34)는 걸림 결합부(35f)를 통해 제2 밸브체(35)를 이동시키지만, 상술한 바와 같이 제2 밸브체(35)에는 제1 기실(44)과 제2 기실(45)의 차압에 의한 힘이 거의 작용하고 있지 않으므로, 제2 밸브체(35)를 개방시키기 위해 작동 아암(22)에 필요한 가압력이 증대되는 일은 거의 없다. 즉, 제1 밸브체(34) 및 제2 밸브체(35)가 모두 폐쇄되어 있는 경우에 제2 밸브체(35)가 제1 기실(44)과 제2 기실(45)의 차압에 의해 밸브 폐쇄 방향으로 받고 있던 힘은, 제1 밸브체(34)의 개방에 수반하여 캔슬된다.
이에 의해, 공기 스프링(3)의 압축 공기는 배기 밸브(32)의 제2 기실(45), 제1 기실(44), 저압 포트(46) 및 배기 통로(8)를 통해 대기로 배출된다. 또한, 배기 밸브(32)의 고압 포트(47)는 급기 밸브(31)의 저압 포트(46)와 연락 통로(10)를 통해 연통하고 있지만, 연락 통로(10)에 설치되는 역지 밸브에 의해, 공기 스프링(3)의 압축 공기가 급기 밸브(31)측으로 유입되는 일은 없다.
한편, 차체 하중이 증가하여 공기 스프링(3)이 휜 경우에는, 대차(2)에 대한 차체(1)의 상대 변위에 따라서 레버(4)가 중립 위치부터 상방으로 밀어 올려지고(도 1), 그것에 수반하여 완충 스프링(23)이 변형된다. 이 완충 스프링(23)의 복원력이 작동 아암(22)으로 전달되어, 작동 아암(22)은 중립 위치로부터 도 3 중 화살표 A 방향으로 회전한다.
작동 아암(22)이 소정 각도 이상 회전한 경우에는, 작동 아암(22)이 급기 밸브(31)의 제1 밸브체(34)를 가압한다. 이때, 제1 밸브체(34)는 제1 기실(44)과 제2 기실(45)의 차압에 이 차압을 받는 수압 면적을 곱하여 연산되는 힘과 코일 스프링(42)의 가압력에 저항하여 이동하여 개방된다. 또한, 이 경우에 개방되는 것은 제1 밸브체(34)뿐이므로, 상기 수압 면적은 제1 밸브체(34)만의 수압 면적이고 제2 밸브체(35)의 수압 면적은 포함하지 않는다.
제1 밸브체(34)가 개방되면, 급기 밸브(31)의 제1 기실(44)과 제2 기실(45)이 제2 밸브체(35)의 접속 통로(35d) 및 연장 설치부(35c)의 관통 구멍(359)을 통해 연통한다. 또한, 제1 밸브체(34)가 개방된 후 소정 거리만큼 밸브 개방 방향으로 이동하면, 걸림 결합부(35f)가 제1 밸브체(34)에 걸림 결합한다.
이때, 제1 기실(44)과 제2 기실(45)은 연통하고 있으므로, 제1 기실(44)과 제2 기실(45)의 차압은 저하된다. 또한, 제2 밸브체(35)의 밸브 폐쇄 방향 단부측에는 슬리브(33)와의 사이에 간극이 형성되어 있으므로, 제2 밸브체(35)에는 제1 기실(44)과 제2 기실(45)의 차압에 의한 힘이 거의 작용하지 않는다.
제1 밸브체(34)가 더욱 밸브 개방 방향으로 이동하면, 제2 밸브체(35)가 제1 밸브체(34)와 함께 밸브 개방 방향으로 이동한다. 이에 의해, 제1 기실(44)과 제2 기실(45)은 제2 밸브체(35)와 슬리브(33) 사이를 통해 연통한다.
이때, 제1 밸브체(34)는 걸림 결합부(35f)를 통해 제2 밸브체(35)를 이동시키지만, 상술한 바와 같이 제2 밸브체(35)에는 제1 기실(44)과 제2 기실(45)의 차압에 의한 힘이 거의 작용하고 있지 않으므로, 제2 밸브체(35)를 개방시키기 위해 작동 아암(22)에 필요한 가압력이 증대되는 일은 거의 없다. 즉, 제1 밸브체(34) 및 제2 밸브체(35)가 모두 폐쇄되어 있는 경우에 제2 밸브체(35)가 제1 기실(44)과 제2 기실(45)의 차압에 의해 밸브 폐쇄 방향으로 받고 있던 힘은, 제1 밸브체(34)의 개방에 수반하여 캔슬된다.
이에 의해, 컴프레서(7)의 압축 공기는 급기 밸브(31)의 제2 기실(45), 제1 기실(44), 저압 포트(46)로부터 연락 통로(10)의 역지 밸브를 밀어 개방하고, 배기 밸브(32)의 고압 포트(47), 제2 기실(45)을 통해 공기 스프링(3)으로 공급된다.
급기 밸브(31)를 통해 컴프레서(7)의 압축 공기가 공기 스프링(3)으로 공급되어 공기 스프링(3)이 일정한 높이로 복원되면, 레버(4)가 중립 위치로 복귀되고 작동 아암(22)도 중립 위치로 복귀된다. 이에 의해, 코일 스프링(42)의 가압력에 의해 급기 밸브(31)의 제1 밸브체(34)가 제1 밸브 시트(35a)에 착좌함과 함께 제2 밸브체(35)가 제2 밸브 시트(33g)에 착좌하여 급기 밸브(31)가 폐쇄되어, 압축 공기의 공급이 차단된다.
이상의 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 효과를 발휘한다.
작동 아암(22)의 회전에 수반하여 제1 밸브체(34)가 개방되면, 관통 구멍(35g) 및 접속 통로(35d)를 통해 공기가 흐르므로, 제1 기실(44)과 제2 기실(45)의 차압이 저하되고, 제2 밸브체(35)는 걸림 결합부(35f)를 통해 제1 밸브체(34)와 함께 개방된다. 이에 의해, 작동 아암(22)은 제1 밸브체(34)를 밸브 개방 방향으로 가압하는 힘을 작용시키는 것만으로 제1 밸브체(34)보다 수압 면적이 큰 제2 밸브체(35)도 개방시킬 수 있다. 따라서, 작동 아암(22)에 회전력을 부여하는 완충 스프링(23)을 대형화하지 않고 큰 유로 면적을 확보할 수 있다.
또한, 제2 밸브 시트(33g)는 밸브 개방 방향으로 슬리브(33)로부터 융기하여 형성되고, 슬리브 내주와 제2 밸브체(35)의 외주 사이에 유로를 갖는다. 이에 의해, 에어압을 당해 유로에 의해 제2 밸브체(35)의 밸브 폐쇄 방향 단부측과 슬리브(33)에 형성되는 제2 밸브 시트(33g)의 간극으로 유도할 수 있다. 이 에어압에 의해, 제2 밸브체(35)는 항상 밸브 개방 방향으로 가압되므로, 작동 아암(22)의 회전에 수반하여 제1 밸브체(34)가 개방된 후, 제1 밸브체(34)가 걸림 결합부(35f)를 통해 제2 밸브체(35)와 함께 밸브 개방 방향으로 이동할 때에, 작동 아암(22)에 필요한 가압력이 증대되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 보다 확실하게 제2 밸브체(35)를 개방시킬 수 있으므로, 완충 스프링(23)을 대형화하지 않고 큰 유로 면적을 확보할 수 있다.
또한, 연장 설치부(35c)에는 관통 구멍(359)이 형성되므로, 제1 밸브체(34)가 개방되었을 때에 제1 기실(44)과 제2 기실(45)을 연통하는 통로의 유로 면적을 크게 할 수 있고, 제1 기실(44)과 제2 기실(45)의 차압을 신속히 저하시킬 수 있다. 또한, 제1 밸브체(34)가 개방 후에 소정 거리 이동하여 걸림 결합부(35f)에 걸림 결합해도, 제1 기실(44)과 제2 기실(45)의 연통 상태를 유지할 수 있으므로, 보다 확실하게 제2 밸브체(35)를 개방시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 하나를 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성으로 한정하는 취지는 아니다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 도 4a에 도시한 바와 같이 접속 통로(35d)의 단면을 반원 형상으로 형성하였지만, 도 7에 도시한 바와 같이 접속 통로(55d)를 타원형 형상으로 형성해도 된다. 접속 통로(55d)의 단면적을 크게 함으로써, 제1 밸브체(34)가 개방되었을 때에 제1 기실(44)과 제2 기실(45)의 차압을 보다 신속하게 저하시킬 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 급기 밸브(31) 및 배기 밸브(32)가 각각 제1 밸브체(34) 및 제2 밸브체(35)를 갖는 경우를 예시하였지만, 급기 밸브(31) 및 배기 밸브(32) 중 어느 한쪽만이 제1 밸브체(34) 및 제2 밸브체(35)를 갖고, 다른 쪽은 단일의 밸브체만을 갖는 구성으로 해도 된다.

Claims (4)

  1. 철도 차량의 차체와 대차 사이에 설치되는 공기 스프링의 높이를 조정하는 레벨링 밸브이며,
    상기 대차에 대한 상기 차체의 상대 변위에 따라서 회전하는 레버와,
    상기 레버의 회전에 수반하여 변형되는 완충 스프링의 복원력에 의해 회전하는 작동 아암과,
    상기 작동 아암의 회전에 의해 에어압에 저항하여 개방하여, 상기 공기 스프링에 연통하는 공기 스프링 통로에 압축 공기원 또는 배기 통로를 접속하는 접속 밸브를 구비하고,
    상기 접속 밸브는,
    상기 작동 아암의 회전에 수반하여 상기 작동 아암에 가압되어 밸브 개방 방향으로 이동하는 제1 밸브체와,
    상기 제1 밸브체가 이좌 및 착좌하는 제1 밸브 시트를 갖는 제2 밸브체와,
    상기 제1 밸브체 및 상기 제2 밸브체가 내부에 배치되어, 상기 제2 밸브체가 이좌 및 착좌하는 환상의 제2 밸브 시트를 갖는 슬리브와,
    상기 슬리브 내에 배치되어, 상기 제1 밸브체를 상기 제1 밸브 시트를 향하여 가압하는 코일 스프링과,
    상기 제1 밸브체에 설치되어, 상기 코일 스프링의 가압력을 수용하는 스프링 수용 부재와,
    상기 제2 밸브체에 설치되어, 상기 제1 밸브체가 개방된 후 소정 거리 이동하면 상기 제1 밸브체에 걸림 결합하여 상기 제2 밸브체를 상기 제1 밸브체와 함께 밸브 개방 방향으로 이동시키는 걸림 결합부를 갖고,
    상기 제1 밸브체는 상기 제2 밸브체에 의해 미끄럼 이동 가능하게 보유 지지되고,
    상기 스프링 수용 부재는 상기 슬리브에 의해 미끄럼 이동 가능하게 보유 지지되며,
    상기 제2 밸브체의 수압 면적은 상기 제1 밸브체의 수압 면적보다 큰, 레벨링 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 밸브 시트는 밸브 개방 방향으로 상기 슬리브로부터 융기하여 형성되고, 상기 슬리브의 내주와 상기 제2 밸브체의 외주 사이에 유로를 갖는, 레벨링 밸브.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 밸브체는 상기 제1 밸브 시트와 상기 걸림 결합부 사이에 형성되어 상기 제2 밸브체를 직경 방향으로 관통하는 관통 구멍을 더 갖는, 레벨링 밸브.
  4. 제1항에 있어서, 상기 접속 밸브는 상기 작동 아암이 중립 위치로부터 일방향으로 소정 각도 이상 회전함으로써 개방되어 상기 공기 스프링 통로에 상기 압축 공기원을 접속하는 급기 밸브와, 상기 작동 아암이 중립 위치로부터 타방향으로 소정 각도 이상 회전함으로써 개방되어 상기 공기 스프링 통로에 상기 배기 통로를 접속하는 배기 밸브로 구성되는, 레벨링 밸브.
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