KR101856592B1 - 산악철도차량용 대차 구조 - Google Patents

산악철도차량용 대차 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산악철도차량용 대차 구조에 관한 것으로; 산악철도차량의 차축을 구동시키기 위한 견인전동기를 차체에 설치하여 대차의 구조를 간소화시킬 수 있으며 대차를 구성하는 다른 구성요소들과의 간섭을 최소화함은 물론 제1 및 제2차축과 제1 및 제2차륜의 사이에 제1 및 제2베어링이 각각 삽입 설치되어 선회중심 방향에 위치된 제1 및 제2차륜이 그 반대편에 위치한 제1 및 제2차륜 보다 적게 회전하여 주행거리가 선로의 길이에 대응하여 발생되므로 산악철도차량의 주행안정성이 향상되는 산악철도차량용 대차 구조를 제공한다.

Description

산악철도차량용 대차 구조 {Bogie for mountain railway vehicle}
본 발명은 산악철도차량용 대차 구조에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 산악철도차량의 차축을 구동시키기 위한 견인전동기와 대차를 구성하는 다른 구성요소들과의 간섭을 최소화함은 물론 산악지형과 같이 경사가 급격한 급구배가 형성되는 주행경로에서 주행하는 산악철도차량의 주행안정성을 향상시킬 수 있도록 하는 산악철도차량용 대차 구조에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량은 대형수송수단으로서 점진적으로 그 이용인원이 증가함에 따라 그 중요성이 확대되고 있으며, 전국적인 연결망을 갖도록 건설 또는 운영되고 있는바, 이와 같은 철도의 양적 팽창에 따라 철도의 이용자는 성능, 안정성, 쾌적성 및 기술력 확보 등 질적 서비스의 향상을 요구하고 있는 실정이다.
한편, 산악 지형이 많은 우리나라의 지형 특성 상 철도차량의 경사 지형 주행은 매우 빈번한 편으로서, 이 같은 산악 지형에서는 특수한 구조의 산악 철도차량이 운행된다.
산악 철도차량은 경사가 급격한 언덕을 주로 주행하는 차량으로 일반 철도차량보다 주행 안정성이 더욱 요구되며, 이와 같은 급경사구간에서의 철도차량의 주행 안정성을 확보하고자 등록실용신안 제20-0362089호(참고문헌 1), 등록특허 제10-1098524호(침고문헌 2) 등이 제안된 바 있다.
이와 같은 산악철도차량은 오르막 주행시에는 추진력을 제공하고, 철도차량의 내리막 주행시에는 제동력을 제공하기 위해 산악철도차량 및 지면에는 각각 피니언기어 및 랙기어가 구비될 수 있다. 예를 들어, 철도차량의 차륜을 양 옆에 두고 철도차량 차축의 중앙부에 피니언기어가 설치될 수 있으며, 레일의 중앙부에 피니언기어와 치합하는 랙기어가 설치될 수 있다.
한편, 철도차량용 대차는 일반적으로 동력전달장치를 통해 바퀴의 구동축을 구동시키는 간접구동 방식의 견인전동기를 구비한 대차와, 견인전동기를 바퀴의 구동축에 결합하여 구동축을 직접 구동시키는 직결구동 방식의 견인전동기를 구비한 대차로 분류된다.
그런데, 산악철도는 일반철도에 비해 선회구간, 경사구간 및 선회경사구간이 상대적으로 많으므로 보다 안정적인 주행을 위해 일반철도의 대차 구조에 전술한 랙기어에 치합되는 피니언기어 등의 추가 구성을 설치해야 하고, 이와 같은 이유로 직결구동 방식의 견인전동기를 구비한 대차를 사용하기가 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 산악철도와 같이 급구배가 형성되는 주행경로를 갖는 산악철도차량에 적용될 수 있는 대차의 개발이 시급한 실정이다.
참고문헌 1: 등록실용신안 제20-0362089호 참고문헌 2: 등록특허 제10-1098524호
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 산악철도의 급구배가 형성되는 주행경로에서 오르막 주행시에 추진력을 제공하기 위해 차축을 구동시키기는 견인전동기를 차축으로부터 일정거리 이격되도록 설치하여 피니언 등 대차를 구성하는 다른 구성요소들과의 간섭을 최소화할 수 있는 산악철도차량용 대차 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 산악철도의 급구배가 형성되는 주행경로에서의 주행안정성을 향상시킬 수 있도록 산악철도차량의 대차를 구성하는 차륜의 내측에 베어링을 삽입 설치하여 차륜이 차축의 회전과 별개로 회전하도록 한 산악철도차량용 대차 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
산악철도차량용 차체의 하부에 구비되어 차체의 하중을 지지하는 대차프레임과, 상기 대차프레임의 하부에 구비되되 제1 및 제2차축의 양측에 제1 및 제2차륜이 구비되는 제1 및 제2윤축과, 상기 제1차축에 결합되는 피니언기어와, 상기 차체에 구비되어 구동력을 발생하는 견인전동기와, 상기 견인전동기의 구동력을 상기 제1차축에 전달하도록 상기 제1차축에 결합되는 구동기어로 구성되는 것을 특징으로 하는 산악철도차량용 대차 구조를 제공한다.
이때, 상기 제1차축 중앙에는 상기 피니언기어가 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 피니언기어를 중심으로 일측에는 디스크 브레이크형 제동장치가 설치되고 타측에는 드럼 브레이크형 제동장치가 설치되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제2차축은 양측에 한쌍의 디스크 브레이크형 제동장치가 설치되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제1 및 제2윤축의 제1 및 제2차축과 제1 및 제2차륜 사이에는 제1 및 제2베어링이 삽입 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 산악지역의 급경사를 오르막 주행을 위해 산악철도차량의 차축을 구동시키기 위한 견인전동기를 차체에 설치하여 대차의 구조가 간소화되어 대차프레임의 공간활용성이 향상됨은 물론 대차를 구성하는 다른 구성요소들과의 간섭을 최소화하는 장점이 있다.
아울러, 본 발명은 대차프레임 하부에 구비되는 제1 및 제2차축과 제1 및 제2차륜의 사이에 제1 및 제2베어링이 각각 삽입 설치되어 제1 및 제2차축과 제1 및 제2차륜이 서로 독립적으로 회전할 수 있도록 함으로써 곡선 구간에서의 주행안정성 역시 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 산악철도차량용 대차의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 산악철도차량용 대차를 구성하며 구동축 기능을 하는 제1윤축을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 산악철도차량용 대차를 구성하며 종동축 기능을 하는 제2윤축을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 산악철도차량용 대차의 시험 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 산악철도차량용 대차를 구성하는 제1 및 제2윤축을 도시한 정면도이다.
이하, 본 발명에 따른 산악철도차량용 대차 구조를 첨부한 도면을 참고로 하여 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 아니되며, 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 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 산악철도차량용 대차는 차축을 회전시키기 위한 견인전동기(traction motor)를 대차프레임과 분리하여 설치함으로써 대차프레임의 공간활용성을 향상시킬 수 있도록 함과 동시에 차축과 차륜사이의 결합부에 베어링을 삽입 설치하여 차축과 차륜이 독립적으로 회전할 수 있도록 함으로써 산악철도차량이 주행시 곡선 구간에서 주행안정성을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 산악철도차량용 대차(100)는 차체의 하부에 구비되어 차체의 하중을 지지하는 대차프레임(110)과, 상기 대차프레임(110)의 하부에 구비되되 제1 및 제2차축(121,131)의 양측에 제1 및 제2차륜(122,132)이 구비되는 제1 및 제2윤축(120,130)과, 상기 제1 및 제2윤축(120,130)으로부터 전달된 진동을 감쇄하는 현수장치(140)와, 상기 대차프레임(110)의 중앙부에 설치되어 대차(100)와 차체 사이의 견인력을 전달하는 센터 피봇(center pivot)(150)과, 상기 제1 및 제2차축(121,131)에 결합된 제동수단과, 상기 제1차축(121)에 결합되어 선로상에 설치되는 랙기어(미도시됨)와 치합되는 피니언기어(160)와, 상기 제1차축(121)의 구동력을 발생하는 견인전동기(170)와, 상기 견인전동기(170)의 구동력을 상기 제1차축(121)에 전달하도록 상기 제1차축(121)에 결합되는 구동기어(172)를 포함한다.
이때, 상기 견인전동기(170)의 구동에 의해 발생하는 구동력은 구동기어(172)로 전달되어 상기 제1차축(121)를 회전시켜 산악지역의 급경사를 오르막 주행시에 랙기어에 치합되어 산악철도차량을 견인하게 된다.
물론, 상기 대차(100)에는 상기 제1 및 제2차축(121,131)의 양단부의 저널부를 지지함과 동시에 회전 가능하도록 베어링이 내장되어 상기 대차프레임(110)을 지지하는 전방 및 후방 액슬박스가 구비되고, 상기 현수장치(140)는 상기 대차프레임(110)과 액슬박스의 사이에 설치되어 진동을 감쇄시킨다.
여기서, 상기 대차프레임(110), 현수장치(140) 및 센터피봇(150)의 구성은 종래의 일반적인 대차에 적용되는 구성과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 각 부 구성을 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 4를 참고하면 상기 대차프레임(110)의 하부에 구비되는 한 쌍의 제1 및 제2윤축(120,130)을 살펴보면, 상기 제1윤축(120)은 견인전동기(170)가 연결 설치되어 구동축의 기능을 수행하고, 나머지 제2윤축(130)은 별도의 견인수단이 설치되지 않는 종동축의 기능을 수행한다.
이때, 상기 제1윤축(120)은 제1차축(121)의 양측에 한쌍의 제1차륜(122)이 구비되고, 상기 제2윤축(130)은 제2차축(131)의 양측에 한쌍의 제2차륜(132)이 구비되고, 상기 제1 및 제2윤축(120,130)에는 제동장치가 구비되고, 구동축의 기능을 수행하는 제1윤축(120)의 제1차축(121) 중앙에는 피니언기어(160)가 구비된다.
그리고, 상기 제동장치는 상기 피니언기어(160)를 중심으로 일측에 설치되는 디스크 브레이크형 제동장치(180)와, 타측에 설치되는 드럼 브레이크형 제동장치(181)로 구성되며, 종동축의 기능을 수행하는 제2윤축(130)의 제2차축(131)의 중앙을 중심으로 양측에 설치되는 한쌍의 디스크 브레이크형 제동장치(182)로 구성된다.
그리고, 상기 제1차축(121)의 일측 단부에는 구동기어(172)가 결합되고, 상기 구동기어(172)는 링크부재(174)에 의해 대차프레임(110)으로부터 일정 거리 이격되어 차체에 고정 설치된 견인전동기(170)에 연결 설치된다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 견인전동기(170)는 상기 대차프레임(110)으로부터 수평 방향으로 일정거리 이격되도록 하여 대차(100)의 상부에 설치되는 차체의 언더프레임(미도시됨)에 고정 설치되어 링크부재(174)에 의해 구동기어(172)에 연결되는 구조로 이루어져, 산악철도차량의 대차(100) 구조를 간소화시킬 수 있도록 함과 동시에 견인전동기(170)와 대차(100)에 설치된 다른 구성요소들과의 간섭이 발생되지 않게 된다.
물론, 상기 구동기어(172)는 제1차축(121)에 직접 결합될 수도 있지만, 필요에 따라 링크부재(174)의 단부에 구동기어(172)를 구비하고 그 구동기어(172)에 치합되는 종동기어(미도시됨)를 제1차축(121)에 결합하는 구조로 설치할 수도 있다.
한편, 상기 제1 및 제2윤축(120,130)은 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2차축(121,131)과 제1 및 제2차륜(122,132)의 사이에 제1 및 제2베어링(124,134)이 삽입 설치되는데, 상기 제1 및 제2베어링(124,134)은 제1 및 제2차축(121,131)과 제1 및 제2차륜(122,132)이 서로 독립적으로 구동될 수 있도록 하는 역할을 한다.
즉, 산악철도차량는 주행시 급구배를 형성하는 주행경로가 빈번하게 나타나게 되는데, 곡선주로를 주행하는 경우 제1 및 제2차축(121,131)과 제1 및 제2차륜(122,132)이 서로 일체로 결합되어 동시에 회전하게 되면 선회중심 방향에 위치된 제1 및 제2차륜(122,132)과 그 반대편에 위치한 제1 및 제2차륜(122,132)의 회전량이 동일하게 되어 서로 동일한 거리만큼 이동하게 되므로 산악철도차량을 직선방향, 즉 선회중심으로부터의 접선 방향으로 이동시키려는 힘이 작용하게 되고 이와 같은 힘이 산악철도차량의 곡선주로 주행시 발생되는 원심력에 더해질 경우 차체에 많은 부하가 발생됨은 물론 선로 이탈과 같은 사고가 발생될 우려도 있다.
따라서, 본 발명에서는 제1 및 제2차축(121,131)과 제1 및 제2차륜(122,132)의 사이에 제1 및 제2베어링(124,134)을 각각 삽입 설치하여 제1 및 제2차륜(122,132)이 제1 및 제2차축(121,131)의 회전과 독립적으로 회전할 수 있어, 산악철도차량이 곡선주로를 주행하는 경우 선회중심 방향에 위치된 제1 및 제2차륜(122,132)과 그 반대편에 위치한 제1 및 제2차륜(122,132)의 회전량이 달라질 수 있도록 한다.
이와 같은 구조에 의해 산악철도차량이 곡선주로를 주행시 선회중심 방향에 위치된 제1 및 제2차륜(122,132)이 그 반대편에 위치한 제1 및 제2차륜(122,132) 보다 적게 회전하여 주행거리가 선로의 길이에 대응하여 발생되므로 산악철도차량의 주행안정성을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참고로 본 발명에 따른 산악철도차량용 대차의 구동 예를 설명한다.
우선 산악철도차량은 산악지역의 급경사를 오르막 주행시 견인전동기(170)를 구동시키게 되며 그에 따라 발생하는 구동력 즉 회전력은 링크부재(174)에 전달되고 링크부재(174)는 구동축의 기능을 수행하는 제1윤축(120)의 제1차축(121)에 결합된 구동기어(172)를 회전시키게 된다. 이에 따라 제1차축(121)이 회전하면서 제1차축(121)에 결합되는 피니언기어(160)를 회전시켜 선로상에 설치되는 랙기어와 치합되며 산악철도차량을 견인한다.
그리고, 산악철도차량은 산악지역의 급경사를 내리막 주행시에는 구동축의 기능을 수행하는 제1윤축(120)의 제1차축(121)에 설치되는 디스크 브레이크형 제동장치(180) 및 드럼 브레이크형 제동장치(181)와, 종동축의 기능을 수행하는 제2윤축(130)의 제2차축(131)에 설치되는 한쌍의 디스크 브레이크형 제동장치(182)를 구동하여 산악철도차량의 제동을 수행한다.
한편, 산악철도차량이 곡선주로를 주행시에는 제1 및 제2차축(121,131)과 제1 및 제2차륜(122,132)의 사이에 제1 및 제2베어링(124,134)이 각각 삽입 설치되어 있어, 선회중심 방향에 위치된 제1 및 제2차륜(122,132)이 그 반대편에 위치한 제1 및 제2차륜(122,132) 보다 적게 회전하여 주행거리가 선로의 길이에 대응하여 발생되므로 산악철도차량의 주행안정성이 향상된다.
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: 대차프레임
120: 제1윤축 121: 제1차축
122: 제1차륜 124: 제1베어링
130: 제2윤축 131: 제2차축
132: 제2차륜 134: 제2베어링
140: 현수장치 150: 센터 피봇
160: 피니언기어 170: 견인전동기
172: 구동기어 174: 링크부재
180: 디스크 브레이크형 제동장치 181 드럼 브레이크형 제동장치
182: 디스크 브레이크형 제동장치

Claims (5)

  1. 산악철도차량용 차체의 하부에 구비되어 차체의 하중을 지지하는 대차프레임과,
    상기 대차프레임의 하부에 구비되되 제1 및 제2차축의 양측에 제1 및 제2차륜이 구비되는 제1 및 제2윤축과,
    상기 제1차축에 결합되는 피니언기어와,
    상기 제1 및 제2윤축에 구비되는 제동장치와,
    상기 대차프레임으로부터 수평 방향으로 일정거리 이격되도록 하여 차체의 언더프레임에 고정 설치되어 차체에 구비되어 구동력을 발생하는 견인전동기와,
    상기 견인전동기의 구동력을 상기 제1차축에 전달하도록 상기 제1차축에 결합되는 구동기어와,
    상기 견인전동기와 구동기어의 사이에 연결 설치되는 링크부재 및
    상기 제1 및 제2윤축의 제1 및 제2차축과 제1 및 제2차륜 사이에 각각 삽입 설치되는 제1 및 제2베어링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 산악철도차량용 대차 구조.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제동장치는 피니언기어를 중심으로 양측에 각각 설치되는 디스크 브레이크형 제동장치 및 드럼 브레이크형 제동장치와,
    상기 제2윤축의 제2차축 중앙을 중심으로 양측에 설치되는 한 쌍의 디스크 브레이크형 제동장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 산악철도차량용 대차 구조.


  4. 삭제
  5. 삭제
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