KR101878865B1

KR101878865B1 - 철도차량용 조타 대차

Info

Publication number: KR101878865B1
Application number: KR1020177015452A
Authority: KR
Inventors: ?이치 나카오; 타케요시 쿠즈노키
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2018-08-16
Also published as: WO2016098316A1; KR20170087899A; CN107000770A; JP6186089B2; JPWO2016098316A1; US10131368B2; US20170341663A1; CN107000770B

Abstract

철도차량용 조타 대차는, 철도차량의 차체를 지지하기 위한 대차 프레임과; 차폭 방향을 따라 연장되는 차축 및 상기 차축의 양측에 설치된 차륜을 가지는 바퀴축과; 바퀴축 또는 바퀴축과 조타 방향으로 일체로 변위 하는 부재로 이루어지는 압압 대상 부재를 밀어 눌러서 바퀴축을 대차 프레임에 대해 조타시키는 조타 장치를 구비하며; 조타 장치는, 압압 대상 부재를 밀어 누르기 위해 압압 대상 부재에 이격 가능하게 접촉하는 압압 부재와, 압압 부재를 압압 대상 부재에 대해 접촉 및 이격시키는 동력기구를 포함하는 하나 이상의 조타 유닛을 가진다.

Description

철도차량용 조타 대차{STEERING BOGIE FOR RAILWAY VEHICLE}

본 발명은 바퀴축을 대차 프레임에 대해 조타시키는 조타 장치를 가지는 철도차량용 조타 대차에 관한 것이다.

종래, 철도차량의 곡선 통과 성능을 향상시키기 위해, 액추에이터를 이용한 조타기구에 의해 곡선 궤도의 곡률에 맞추어 강제 조타시키는 조타 대차가 제안되어 있다. 예를 들면, 특허문헌 1의 대차에서는, 액추에이터의 일단부를 대차 프레임에 연결하고, 액추에이터의 타단부를 액슬 하우징에 연결하여, 유압에 의해 액추에이터를 신축 동작시킴으로써, 액슬 하우징에 지지 된 바퀴축을 강제 조타시킨다. 또한, 볼스터(bolster)(또는 차체)와 액슬 하우징에 조타 링크가 연결되어, 곡선 궤도의 곡률에 맞추어 수동적(受動的)으로 조타시키는 조타 대차도 알려졌다. 예를 들면, 특허문헌 2의 대차에서는, 차량의 곡선 통과시에 볼스터가 대차 프레임에 대해서 요잉(yawing) 방향으로 회동하는 것에 조타 링크가 기계적으로 연동함으로써 액슬 하우징이 차량 길이 방향으로 이동되어 바퀴축이 조타 된다.

일본특허출원공개 평9-226576호 일본특허출원공개 2013-23094호

그러나 특허문헌 1의 조타 대차에서는, 액추에이터의 타단부가 액슬 하우징에 연결되어 있기 때문에, 액추에이터가 고장 나서 고착된 경우에는, 고장 난 액추에이터가 바퀴축의 조타 방향 운동을 저해하게 된다. 또한, 특허문헌 2의 조타 대차에서도, 조타 링크가 고장 났을 경우에는, 조타 링크가 바퀴축의 조타 방향 움직임을 저해할지도 모른다. 이와 같이, 조타 장치의 동력기구에 어떤 결합이 발생하면, 곡선 통과시 레일로부터 받는 횡압(橫壓)에 의해서 바퀴축이 자연스럽게 조타 되는 것도 힘들어지고, 차륜의 레일로부터 받는 횡압이 증가하기 때문에, 차륜의 플랜지에 마모가 생기기 쉬워지는 한편, 차륜과 레일 사이의 마찰에 의해, 마찰소음(삐~익 소음)이 발생할 가능성도 있다.

그래서 본 발명은, 조타 장치의 동력기구에 고장 등이 발생했을 때의 대차 성능을 양호하게 유지하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 철도차량용 조타 대차는, 철도차량의 차체를 지지하기 위한 대차 프레임과; 차폭 방향을 따라 연장되는 차축 및 상기 차축의 양측에 설치된 차륜을 가지는 바퀴축과; 상기 바퀴축 또는 상기 바퀴축과 조타 방향으로 일체로 변위 하는 부재로 이루어지는 압압(押壓) 대상 부재를 압압하여(밀어 눌러서), 상기 바퀴축을 상기 대차 프레임에 대해 조타시키는 조타 장치를 구비하며; 상기 조타 장치는, 상기 압압 대상 부재를 밀어 누르기 위해 상기 압압 대상 부재에 이격(離間) 가능하게 접촉하는 압압 부재와, 상기 압압 부재를 상기 압압 대상 부재에 대해 접촉 및 이격시키는 동력기구를 포함하는 하나 이상의 조타 유닛을 가진다.

상기 구성에 의하면, 동력기구에 의해 압압 부재에 압압 대상 부재를 밀어 누름으로써 바퀴축이 적극적으로 조타 되는 한편, 바퀴축을 조타시킬 필요가 없을 때에는, 동력기구에 의해 압압 부재가 압압 대상 부재로부터 떨어진다. 이 때문에, 만이 압압 부재가 압압 대상 부재로부터 떨어진 상태에서 동력기구가 고장 나더라도, 압압 부재는 바퀴축의 움직임을 규제하지 않아, 바퀴축이 조타 방향으로 움직이는 것은 허용된다. 그러므로 동력기구가 고장 등이 났을 경우에도, 곡선 통과시 레일로부터 받는 횡압에 의한 자연현상의 범위에서 바퀴축이 레일을 따라 조타시 할 수가 있게 된다. 따라서, 조타 장치의 동력기구에 고장 등이 발생한 때의 대차 성능을 양호하게 유지할 수가 있다.

이상의 설명에서 명백한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 조타 장치의 동력기구에 고장 등이 발생했을 때의 대차 성능을 양호하게 유지할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태에 따른 철도차량용 조타 대차의 평면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 조타 대차의 측면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 조타 대차의 바퀴축을 조타하기 위한 조타 시스템의 블록도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 조타 대차를 탑재한 철도차량의 곡선 통과 상태를 설명하는 평면 모식도이다.
도 5는 제2 실시형태에 따른 철도차량용 조타 대차의 평면도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 조타 대차의 측면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 철도차량이 진행하는 방향에서 차체가 연장되는 길이방향을 '차량 길이 방향'이라고 하고, 그것에 직교하는 횡 방향을 '차폭 방향'이라고 정의한다(또한, 본 발명의 실시형태에서는, 차량 길이 방향은 '전후 방향'이라고도 칭하고, 차폭 방향은 '좌우 방향'이라고도 칭하고 있다). 또한, 도면 중에서 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 있다.

(제1 실시형태)

도 1은 제1 실시형태에 따른 철도차량용 조타 대차(1)의 평면도이다. 도 2는 도 1에 나타낸 조타 대차(1)의 측면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 실시형태의 조타 대차(1)는, 철도차량의 차체(2)를 공기 스프링(3)을 통해 지지하는 대차 프레임(4)을 구비한다. 공기 스프링(3)은, 차체(2) 측에 접속되는 상벽부(3a)와, 대차 프레임(4) 측에 접속되는 하벽부(3b)와, 상벽부(3a)와 하벽부(3b)를 탄성적으로 결합하는 탄성부(3c)를 구비한다. 공기 스프링(3)은, 상벽부(3a)와 하벽부(3b)가 탄성부(3c)를 통해서 수평방향으로 상대 변위 가능하도록 구성되며, 그에 따라 차체(2)와 대차 프레임(4)이 요잉(yawing) 방향으로 상대 변위 가능하게 되어있다.

대차 프레임(4)은, 차폭 방향으로 연장되는 한 쌍의 공기 스프링(3)이 얹히는 가로 보(4a)와, 가로 보(4a)의 차폭 방향 양단부에 접속되어 차량 길이 방향으로 연장되는 한 쌍의 측면 보(4b)를 가져, 평면에서 바라볼 때 'H' 형상을 보인다. 가로 보(4a)의 전방과 후방에는, 각각 차폭 방향을 따라서 연장되는 바퀴축(5A, 5B)이 배치되어 있다. 바퀴축(5A, 5B)은, 차폭 방향을 따라서 연장되는 차축(6)과, 차축(6)의 좌우 양측에 각각 설치된 제1 차륜(7) 및 제2 차륜(8)을 가진다. 또한, 이하에서는, 설명의 편의상, 차량 진행 방향을 한 방향으로 정하고, '5A'를 전륜 측의 바퀴축, '5B'를 후륜 측의 바퀴축으로 한다.

차축(6)의 차폭 방향 양단부에는, 제1 및 제2 차륜(7, 8)보다 차폭 방향 외측에서 차축(6)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(9)이 설치되고, 그 베어링(9)은 액슬 하우징(10)에 수용되어 있다. 액슬 하우징(10)은, 액슬 하우징 지지장치(11)(서스펜션)에 의해 측면 보(4b)에 탄성 결합 되어 현가(懸架) 되어 있다. 액슬 하우징 지지장치(11)는, 액슬 하우징(10)과 측면 보(4b) 사이에 설치되어 수직 방향으로 신축하는 코일 스프링(축 스프링)(12)과, 액슬 하우징(10)으로부터 일체로 차량 길이 방향 중앙 쪽을 향해 연장되어 측면 보(4b)에 회동 가능하게 연결되는 축 들보(13)를 구비한다. 액슬 하우징 지지장치(11)는, 이른바 '축 들보 방식'이다.

축 들보(13)의 선단부(13a)는, 측면 보(4b)의 브래킷 부(4ba)에 대해 고무 부시(14)를 통해서 연결되어 있다. 축 들보(13)는, 고무 부시(14)의 탄성 변형에 따라, 측면 보(4b)에 대해서 요잉 방향으로 상대 변위 하는 것이 허용되어 있다. 즉, 축 들보(13)와 일체로 요잉 방향으로 변위 하는 부재인 액슬 하우징(10) 및 바퀴축(5)이, 대차 프레임(4)에 대해 요잉 방향으로 상대 변위 하는 것이 허용되어 있다. 대차 프레임(4)에는, 제1 및 제2 차륜(7, 8)의 답면(踏面, wheel tread)에 밀어붙일 수 있는 브레이크 슈(15a)를 가지는 브레이크 장치(15)가 탑재되어 있다.

대차 프레임(4)에는, 제1 및 제2 차륜(7, 8)(압압(押壓) 대상 부재)을 밀어 눌러서 한 쌍의 바퀴축(5A, 5B)을 대차 프레임(4)에 대해 조타시키는 조타 장치(16)가 탑재되어 있다. 조타 장치(16)의 구성 및 배치는, 가로 보(4a)를 기준으로 하여 차량 길이 방향에 대칭(가로 보(4a)를 기준으로 선대칭)이기 때문에, 이하에서는, 조타 장치(16) 중 차량 길이 방향의 한 방향 쪽, 즉, 전륜 쪽의 바퀴축(5A)을 조타시키는 구성 등에 대해서 대표로 설명한다.

조타 장치(16)는, 바퀴축(5A)을 중립 위치(비 선회 위치)로부터 일 방향으로 조타시키기 위한 제1 및 제2 조타 유닛(21, 22)과, 바퀴축(5A)을 중립 위치(비 선회 위치)로부터 타 방향으로 조타시키기 위한 제3 및 제4 조타 유닛(23, 24)을 구비한다. 제1 ~ 제4 조타 유닛(21 ~ 24)은, 제1 및 제2 차륜(7, 8)을 밀어 누르기 위해 제1 및 제2 차륜(7, 8)에 이격(離間) 가능하게 접촉하는 제1 ~ 제4 압압 부재(21a ~ 24a)와, 제1 ~ 제4 압압 부재(21a ~ 24a)를 차륜(7, 8)에 대해 접촉 및 이격시키도록 구동하는 제1 ~ 제4 유압 실린더(21b ~ 24b)(액추에이터 : 동력기구)를 구비한다.

제1 ~ 제4 유압 실린더(21b ~ 24b)는, 유압에 의해 진퇴 하는 로드(21ba ~ 24ba)를 가진다. 제1 ~ 제4 압압 부재(21a ~ 24a)는, 로드(21ba ~ 24ba)에 회전 가능하게 지지 된 롤러로서, 차륜(7, 8)에 접촉했을 때 차륜(7, 8)의 회전에 따라서 회전한다. 제1 ~ 제4 압압 부재(21a ~ 24a)는, 브레이크 장치(15)의 브레이크 슈(15a)의 미끄럼 운동면의 재료보다 마찰계수가 낮은 저마찰 재료로 형성되어 있다. 이와 같이, 제1 ~ 제4 조타 유닛(21 ~ 24) 자체는 서로 동일한 구성이다.

제1 조타 유닛(21)은, 제1 차륜(7)의 답면(제1부분)을 차량 길이 방향 중앙 측에서 마주보도록 배치되어 있다. 제1 유압 실린더(21b)는, 대차 프레임(4)에 브래킷(17)을 통해 고정되어 있다. 제1 유압 실린더(21b)의 로드(21ba)는, 차량 길이 방향으로 신축한다. 제1 유압 실린더(21b)의 로드(21ba)가 최대 수축 위치에 있을 때, 운행시 레일의 최소 곡선에서, 제1 압압 부재(21a)는 제1 차륜(7)의 답면으로부터 떨어져 있다. 제1 유압 실린더(21b)의 로드(21ba)가 신장함으로써, 제1 압압 부재(21a)는 제1 차륜(7)의 답면을 차량 길이 방향 바깥쪽으로 밀어서 제1 차륜(7)을 변위 시킨다.

제2 조타 유닛(22)은, 제2 차륜(8)의 외측면 중 차량 길이 방향 중앙 쪽 부분(제2부분)을 차폭 방향 외측에서 마주보도록 배치되어 있다. 제2 유압 실린더(22b)는, 대차 프레임(4)(측면 보(4b))에 고정되어 있다. 제2 유압 실린더(22b)의 로드(22ba)는, 차폭 방향으로 신축한다. 제2 유압 실린더(22b)의 로드(22ba)가 최대 수축 위치에 있을 때, 운행시 레일의 최소 곡선에서, 제2 압압 부재(22a)는 제2 차륜(8)의 외측면으로부터 떨어져 있다. 제2 유압 실린더(22b)의 로드(22ba)가 신장함으로써, 제2 압압 부재(22a)는 제2 차륜(8)의 외측면 중 차량 길이 방향 중앙 쪽의 영역을 차폭 방향 안쪽으로 눌러서 제2 차륜(8)을 변위시킨다.

이와 같이, 제1 및 제2 유압 실린더(21b, 22b)의 로드(21ba, 22ba)가 신장하여, 제1 및 제2 압압 부재(21a, 22a)가 제1 및 제2 차륜(7, 8)을 누름으로써, 바퀴축(5)이 중립 위치로부터 일 방향을 향해 강제로 조타 된다. 즉, 제1 조타 유닛(21)과 제2 조타 유닛(22)이, 서로 다른 방향(본 예에서는, 직교하는 방향)으로 바퀴축(5)를 밀어 누름으로써, 바퀴축(5A)이 일 방향으로 원활하게 조타되게 된다.

제3 및 제4 조타 유닛(23, 24)은, 제1 및 제2 조타 유닛(21, 22)에 대해 차폭 방향에 대칭으로 배치되어 있다. 제3 조타 유닛(23)은, 제2 차륜(8)의 답면을 차량 길이 방향 중앙 쪽에서 마주보도록 배치되어 있다. 제3 유압 실린더(23b)는, 대차 프레임(4)에 브래킷(18)을 통해 고정되어 있다. 제3 유압 실린더(23b)의 로드(23ba)는, 차량 길이 방향으로 신축한다. 제3 유압 실린더(23b)의 로드(23ba)가 최대 수축 위치에 있을 때, 운행시 레일의 최소 곡선에서, 제3 압압 부재(23a)는 제2 차륜(8)의 답면으로부터 떨어져 있다. 제3 유압 실린더(23b)의 로드(23ba)가 신장함으로써, 제3 압압 부재(23a)는 제2 차륜(8)의 답면을 차량 길이 방향 바깥쪽으로 밀어서 제2 차륜(8)을 변위시킨다.

제4 조타 유닛(24)은, 제1 차륜(7)의 외측면 중 차량 길이 방향 중앙 쪽 부분을 차폭 방향 외측에서 마주보도록 배치되어 있다. 제4 유압 실린더(24b)는, 대차 프레임(4)(측면 보(4b))에 고정되어 있다. 제4 유압 실린더(24b)의 로드(24ba)는, 차폭 방향으로 신축한다. 제4 유압 실린더(24b)의 로드(24ba)가 최대 수축 위치에 있을 때, 운행시 레일의 최소 곡선(최소 곡률)에서, 제4 압압 부재 (24a)는 제1 차륜(7)의 외측면으로부터 떨어져 있다. 제4 유압 실린더(24b)의 로드(24ba)가 신장함으로써, 제4 압압 부재(24a)는 제1 차륜(7)의 외측면 중 차량 길이 방향 중앙 쪽의 영역을 차폭 방향 안쪽으로 밀어서 제1 차륜(7)을 변위시킨다.

이와 같이, 제3 및 제4 유압 실린더(23b, 24b)의 로드(23ba, 24ba)가 신장하여, 제3 및 제4 압압 부재(23a, 24a)가 제2 및 제1 차륜(8, 7)을 미는 것으로, 바퀴축(5A)이 중립 위치로부터 타방향으로 강제 조타된다.

도 3은 도 1에 나타낸 조타 대차(1)의 바퀴축(5A, 5B)을 조타시키기 위한 조타 시스템(50)의 블록도이다. 도 4는 도 1에 나타낸 조타 대차(1)를 탑재한 철도차량(100)의 곡선 통과 상태를 설명하는 평면 모식도이다. 또한, 도 4에서는, 한 쌍의 레일(도시하지 않음) 사이를 통과하는 중심선을 나타내는 궤도선(200)이 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 조타 시스템(50)은, 곡선 검지 장치(51)와, 조타 컨트롤러(52)와, 유압 펌프(53)와, 제1 ~ 제4 절환밸브(54 ~ 57)와, 전륜용 제1 ~ 제4 조타 유닛(21 ~ 24)과, 후륜용 제1 ~ 제4 조타 유닛(21 ~ 24)을 구비한다. 조타 시스템(50)은, 대차(1) 및 차체(2)에 탑재되어 있다. 예를 들면, 곡선 검지 장치(51), 조타 컨트롤러(52), 유압 펌프(53), 제1 ~ 제4 절환밸브(54 ~ 57)가 차체(2)에 탑재되고, 전륜용 및 후륜용 제1 ~ 제4 조타 유닛(21 ~ 24)이 대차(1)에 탑재되어 있다.

곡선 검지 장치(51)는, 철도차량 주행 중에 레일의 곡선 영역을 통과하는 것과 해당 곡선의 곡률을 검지하는 공지의 장치이다. 예를 들면, 곡선 검지 장치(51)는, 레일의 곡선 영역의 위치 및 곡률에 관한 정보를 기록한 곡선 맵(map)과, 속도 발전기로부터의 정보에 의해 산출되는 누적 주행 거리 등에 의거하여 차량의 자차 위치를 검출 가능한 자차 위치 검출 장치를 구비하고, 검출된 자차 위치를 곡선 맵에 조합함으로써, 레일의 곡선 영역을 통과하는 것과 해당 곡선의 곡률을 검지하는 구성으로 하여도 좋다.

조타 컨트롤러(52)는, 곡선 검지 장치(51)에서 검지 된 정보에 의거하여, 제1 및 제2 조타 유닛(21, 22) 또는 제3 및 제4 조타 유닛을 선택적으로 구동하도록 제1 ~ 제4 절환밸브(54 ~ 57)를 제어한다. 유압 펌프(53)는, 압유를 제1 ~ 제4 조타 유닛(21 ~ 24)(의 제1 ~ 제4 유압 실린더(21b ~ 24b))에 공급하기 위한 것이다.

제1 및 제3 절환밸브(54, 56)는, 밸브 내부의 절환 요소(예를 들면, 스풀(spool))의 위치를, 제1 및 제2 조타 유닛(21, 22)의 제1 및 제2 유압 실린더(21b, 22b)의 로드(21ba, 22ba)를 신장시키는 제1 위치와, 제1 및 제2 조타 유닛(21, 22)의 제1 및 제2 유압 실린더(21b, 22b)의 로드(21ba, 22ba)를 수축시키는 제2 위치와, 제1 및 제2 유압 실린더(21b, 22b)를 정지시키는 중립 위치 사이에서 유로를 절환 가능하다.

제2 및 제4 절환밸브(55, 57)도 마찬가지로, 밸브 내부의 절환요소(예를 들면, 스풀)의 위치를, 제3 및 제4 조타 유닛(23, 24)의 제3 및 제4 유압 실린더(23b, 24b)의 로드(23ba, 24ba)를 신장시키는 제1 위치와, 제3 및 제4 조타 유닛(23, 24)의 제3 및 제4 유압 실린더(23b, 24b)의 로드(23ba, 24ba)를 수축시키는 제2 위치와, 제3 및 제4 유압 실린더(23b, 24b)를 정지시키는 중립 위치 사이에서 유로를 절환 가능하다.

조타 컨트롤러(52)는, 직선 주행시에는, 제1 ~ 제4 조타 유닛(21 ~24) 중 어느 것이나 바퀴축(5)으로부터 떨어진 상태에서(즉, 제1 ~ 제4 유압 실린더(21b ~ 24b)의 로드(21ba ~ 24ba)가 수축한 상태에서), 제1 ~ 제4 절환밸브(54 ~ 57)를 중립 위치로 유지한다. 바퀴축(5A, 5B)을 일 방향으로 조타시킬 때에는, 조타 컨트롤러(52)는, 제2 및 제4 절환밸브(55, 57)를 중립 위치로 유지한 채, 제1 및 제3 절환밸브(54, 56)를 제1 위치로 절환하여 제1 및 제2 유압 실린더(21b, 22b)의 로드(21ba, 22ba)를 신장시킨다.

제1 및 제2 압압 부재(21a, 22b)로 밀어 누는 것에 의한 차륜(7, 8)의 변위량은, 로드(21ba, 22ba)가 신장하는 스트로크 양에 따라 결정된다. 로드(21ba, 22ba)가 신장하는 스트로크 양은, 제1 및 제3 절환밸브(54, 56)가 제1 위치로 된 후부터 중립 위치로 되돌아올 때까지의 시간에 따라 결정된다. 일례로서, 조타 컨트롤러(52)가, 제1 및 제3 절환밸브(54, 56)가 제1 위치로 된 이후, 차륜(7, 8)의 변위량을 검출 가능한 변위 검출기(도시하지 않음)에서 검출되는 변위량이 목표치에 도달한 시점에서, 제1 및 제3 절환밸브(54, 56)를 중립 위치로 되돌리면, 바퀴축(5A, 5B)이 목표 조타 각도로 유지된다. 변위 검출기는, 차륜(7, 8)의 측면의 변위를 비접촉으로 측정하는 센서이어도 좋고, 유압 실린더(21b, 22b)의 로드(21ba, 22ba)의 스트로크 양을 측정하는 것이어도 좋다.

그로부터 바퀴축(5A, 5B)을 중립 위치로 되돌리려면, 조타 컨트롤러(52)는, 제2 및 제4 절환밸브(55, 57)를 중립 위치로 유지한 채, 제1 및 제3 절환밸브(54, 56)를 제2 위치로 절환하여 제1 및 제2 유압 실린더(21b, 22b)의 로드(21ba, 22ba)를 수축시킨다. 그리고 조타 컨트롤러(52)는, 로드(21ba, 22ba)가 최대 수축 위치로 되돌아 왔다고 판단되는 시점에서, 제1 및 제3 절환밸브(54, 56)를 중립 위치로 되돌림으로써, 제1 및 제2 압압 부재(21a, 22b)가 차륜(7, 8)으로부터 떨어진 상태로 유지된다.

바퀴축(5)을 타방향으로 조타시킬 때에는, 상기와 반대로 제어가 이루어진다. 즉, 조타 컨트롤러(52)는, 제1 및 제3 절환밸브(55, 57)를 중립 위치로 유지한 채, 제2 및 제4 절환밸브(55, 57)를 제1 위치로 절환하여 제3 및 제4 유압 실린더(23b, 24b)의 로드(23ba, 24ba)를 신장시킨다. 바퀴축(5)을 중립 위치로 되돌리려면, 조타 컨트롤러(52)는, 제1 및 제3 절환밸브(54, 56)를 중립 위치로 유지한 채, 제2 및 제4 절환밸브(55, 57)를 제2 위치로 절환하여 제3 및 제4 유압 실린더(23b, 24b)의 로드(23ba, 24ba)를 수축시킨다.

조타 유닛(21 ~ 24)의 동작 범위는, 운행 시의 주행 곡선의 곡률에 따른 바퀴축(5A, 5B)의 변위가 취득될 수 있도록 조정되고, 그 최대 동작 범위는, 운행 시의 주행 곡선에서 적정한 차륜(7, 8)의 변위가 취득될 수 있도록 설정된다.

철도차량이 레일의 직선 영역으로부터 곡선 영역으로 넘어갈 때, 대차(1)의 바퀴축(5A, 5B) 중 전륜 측의 바퀴축(5A)으로부터 먼저 곡선 영역에 진입하고, 그 후에 늦게 후륜 측의 바퀴축(5B)이 곡선 영역에 진입한다. 그래서 조타 컨트롤러(5)는, 후륜 측의 바퀴축(5B)을 조타 개시하는 시기를 전륜 측의 바퀴축(5A)을 조타 개시하는 시기로부터 늦추도록 제어하여도 좋다. 구체적으로는, 조타 컨트롤러(52)는, 전륜 측의 바퀴축(5A)이 곡선 영역에 진입 개시하는 시기와 후륜 측의 바퀴축(5B)이 곡선 영역에 진입 개시하는 시기와의 시간 차이를 계산하고, 그 시간 차이만큼 후륜 측의 바퀴축(5B)의 조타 개시 시기를 늦추도록 하여도 좋다. 또한, 전륜 측의 바퀴축(5A)을 조타 개시하는 시기와 후륜 측의 바퀴축(5B)을 조타 개시하는 시기를 동일하게 하여도 좋으며, 그 경우에는, 곡선 통과시에 레일로부터 받는 횡압에 의한 자연현상의 범위에서 바퀴축(5B)이 레일을 따라 조타되게 된다.

상기와 같이 하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 곡선 통과시의 철도차량(100)에서는, 전술한 조타 시스템(50)에 의해, 차축(6)이 궤도선(200)에 대해 대략 직교하는 방향을 향하도록 조타 되고, 레일로부터 차륜(7, 8)에 가해지는 횡압이 감소 되도록 되어 있다.

이상 설명한 구성에 의하면, 제1 및 제2 유압 실린더(21b, 22b)에 의한 동력으로 제1 및 제2 압압 부재(21a, 22a)에 제1 및 제2 차륜(7, 8)을 밀어 누름으로써 바퀴축(5)이 일 방향으로 강제 조타 되는 한편, 제3 및 제4 유압 실린더(23b, 24b)에 의한 동력으로 제3 및 제4 압압 부재(23a, 24a)에 제2 및 제1 차륜(8, 7)을 밀어 누름으로써 바퀴축(5)이 타방향으로 강제 조타 된다. 그리고 바퀴축(5)을 조타시킬 필요가 없을 때에는, 제1 ~ 제4 유압 실린더(21b ~ 24b)에 의해 제1 ~ 제4 압압 부재(21a ~ 24a)가 제1 및 제2 차륜(7, 8)으로부터 떨어진다. 이 때문에, 만일 제1 ~ 제4 압압 부재(21a ~ 24a)가 제1 및 제2 차륜(7, 8)으로부터 떨어진 상태에서 제1 ~ 제4 유압 실린더(21b ~ 24b) 중 어떤 것이 고장 나더라도, 제1 ~ 제4 압압 부재(21a ~ 24a)는 바퀴축(5)의 움직임을 규제하지 않고, 바퀴축(5)이 조타 방향으로 움직이는 것은 허용된다.

그러므로 제1 ~ 제4 유압 실린더(21b ~ 24b) 중 어떤 것이 고장 났을 경우라도, 곡선 통과시에 레일로부터 받는 횡압에 의한 자연현상의 범위에서 바퀴축(5)이 레일을 따라서 조타 될 수가 있다. 따라서, 조타 장치(16)의 제1 ~ 제4 유압 실린더(21b ~ 24b) 중 어떤 것에 고장 등이 발생했을 때의 대차 성능을 양호하게 유지할 수가 있다.

또한, 제1 ~ 제4 조타 유닛(21 ~ 24)은, 바퀴축(5A) 또는 바퀴축(5B)과 조타 방향으로 일체로 변위 하는 부재(액슬 하우징(10) 또는 축 들보(13) 등)로 이루어지는 압압 대상 부재에 연결할 필요가 없기 때문에, 기존의 대차에도 쉽게 추가할 수가 있다. 또한, 제1 ~ 제4 압압 부재(21a ~ 24a)는 롤러로서, 차륜(7, 8)에 접촉했을 때에 차륜(7, 8)과 함께 회전하기 때문에, 제1 ~ 제4 압압 부재(21a ~ 24a)의 마모를 억제할 수 있음과 더불어, 제1 ~ 제4 압압 부재(21a ~ 24a)의 밀어 누름에 의한 차륜(7, 8)의 감속도 억제할 수가 있다. 또한, 제1 ~ 제4 압압 부재(21a ~ 24a)는, 저마찰 재료로 형성되어 있기 때문에, 상기한 마모 및 감속을 더욱 억제할 수가 있다.

(제2 실시형태)

도 5는, 제2 실시형태에 따른 철도차량용 조타 대차(101)의 평면도이다. 도 6은, 도 5에 나타낸 조타 대차(101)의 측면도이다. 또한, 제1 실시형태와 공통되는 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명을 생략한다. 도 5 및 6에 도시된 바와 같이, 제2 실시 형태의 조타 대차(101)는, 공기 스프링(3)을 통해 차체(2)를 지지하기 위한 차폭 방향으로 연장되는 볼스터(160)를 구비한다. 볼스터(160)는, 차체(2)의 브래킷(2a)에 볼스터 앵커(169)에 의해 접속되어 있다. 볼스터(160)는, 대차 프레임(104)에 요잉 방향으로 상대 회동 가능하게 지지 되어 있다. 대차 프레임(104)은, 볼스터(160)의 아래쪽에서 차폭 방향으로 연장되는 가로 보(104a)와, 가로 보(104a)의 차폭 방향 양단부에 접속되어 차량 길이 방향으로 연장되는 한 쌍의 측면 보(104b)를 가진다. 가로 보(104a)의 전방 및 후방에는, 각각 차폭 방향을 따라 연장되는 바퀴축(5A, 5B)이 배치되어 있다.

대차(101)는, 이너 프레임(Inner frame) 방식의 대차이다. 바퀴축(5A, 5B)의 차축(6)은, 제1 차륜(7) 및 제2 차륜(8)보다 차폭 방향 안쪽에서 베어링을 통해 액슬 하우징(10)에 회전 가능하게 지지 된다. 측면 보(104b)는, 제1 차륜(7) 및 제2 차륜(8)보다 차폭 방향 안쪽에서 가로 보(104a)로부터 액슬 하우징(10)의 위쪽 위치까지 차량 길이 방향으로 연장되어 있다. 액슬 하우징(10)은, 제1 실시형태와 마찬가지로, 축 들보 방식의 액슬 하우징 지지장치(11)에 의해 측면 보(104b)에 탄성 결합되어 있다.

대차 프레임(104)에는, 제1 및 제2 차륜(7, 8)을 밀어 눌러서 한 쌍의 바퀴축(5A, 5B)을 대차 프레임(104)에 대해 조타시키는 조타 장치(16)가 탑재되어 있다. 조타 장치(16)는, 차폭 방향의 일 방향 쪽에 배치된 제1 조타 유닛(121)과, 차폭 방향의 타방향 쪽에 배치된 제2 조타 장치(123)를 구비한다. 제1 조타 유닛(121)과 제2 조타 유닛(123)은, 대차 중심을 기준으로 하여 점대칭으로 구성되기 때문에, 이하에서는 대표로 제1 조타 유닛(121)에 대해서 설명한다.

제1 조타 유닛(121)은, 제1 차륜(7)에 접촉 및 이격 가능한 제1 압압 부재(161)와, 제1 차륜(7)에 접촉 및 이격 가능한 제2 압압 부재(162)와, 제1 및 제2 압압 부재(161, 162)를 제1 차륜(7)에 대해 접촉 및 이격시키는 동력을 전달하는 조타 링크기구(163)(동력기구)를 구비한다. 조타 링크기구(163)는, 대차 프레임(104)의 차폭 방향 외측에 배치된 조타 지렛대(164)를 구비한다. 조타 지렛대(164)는, 지지점(165), 역점(166), 제1 작용점(167) 및 제2 작용점(168)을 가진다. 제1 작용점(167)은 지지점(165)의 일 방향 쪽에 배치되고, 제2 작용점(168)은 지지점(165)의 타방향 쪽에 배치되어 있다. 조타 지렛대(164)는, 지지점(165)에서 차폭 방향으로 연장되는 축선 주위로 회동 가능하게 대차 프레임(104)에 지지 되어 있다. 조타 지렛대(164)는, 역점(166)에서 연결 링크(170)를 통해 볼스터(160)에 연결되어 있다.

조타 지렛대(164)는, 제1 작용점(167)에서 제1 조타 링크(171)의 길이 방향 내측 단부에 연결되어 있다. 조타 지렛대(164)는, 제2 작용점(168)에서 제2 조타 링크(172)의 길이 방향 내측 단부에 연결된다. 제1 조타 링크(171)의 길이 방향 외측 단부에는, 제1 압압 부재(161)가 접속되어 있다. 제2 조타 링크(172) 길이 방향 외측 단부에는, 제2 압압 부재(162)가 연결되어 있다. 제1 및 제2 압압 부재(161, 162)는, 제1 차륜(7) 답면을 차량 길이 방향 중앙 쪽에서 마주보고 있다. 제1 및 제2 압압 부재(161, 162)는, 제1 및 제2 조타 링크(171, 172)의 외측 단부에 회전 가능하게 지지 된 롤러이다. 대차 프레임(104)에는, 제1 및 제2 조타 링크(171, 172)를 각각 안내하는 가이드 부재(173, 174)가 설치되어 있다. 가이드 부재(173, 174)는, 제1 및 제2 조타 링크(171, 172)의 차폭 방향의 소정 이상의 변위를 규제하면서 제1 및 제2 조타 링크(171, 172)를 길이 방향으로 미끄럼 운동 가능하게 아래쪽에서 지지한다.

이상의 구성에 의하면, 대차(101)가 곡선을 통과할 때에는, 볼스터(160) 및 차체(2)에 대한 대차 프레임(104)의 수직축 주위의 상대 회동에 연동하여 조타 링크기구(163)가 동작함으로써, 조타 지렛대(164)가 지지점(165)을 중심으로 수직평면 내에서 회동하여 제1 및 제2 압압 부재(161, 162)가 대차 프레임(104)에 대해 차량 길이 방향으로 상대 변위 한다. 조타 링크기구(163)에 의해 제1 및 제2 압압 부재(161, 162)가 서로 떨어지는 방향으로 변위 하면, 제1 및 제2 압압 부재(161, 162)가 바퀴축(5A, 5B)의 제1 차륜(7)의 답면을 차량 길이 방향 바깥쪽으로 밀어 눌러, 한 쌍의 바퀴축(5A, 5B)이 조타 된다. 그리고 조타 링크기구(163)에 의해 제1 및 제2 압압 부재(161, 162)가 서로 접근하는 방향으로 변위 하면, 제1 및 제2 압압 부재(161, 162)가 제1 차륜(7)의 답면으로부터 떨어지고, 한 쌍의 바퀴축(5A, 5B)이 중립 위치로 되돌아간다.

또한, 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 구성을 변경, 추가 또는 삭제할 수 있다. 상기 각 실시 형태는 서로 임의로 조합하여도 좋으며, 예를 들면, 하나의 실시형태 중 일부의 구성을 다른 실시형태에 적용하여도 좋다. 실시형태 중 일부의 구성은, 그 실시형태 중의 다른 구성으로부터 분리하여 임의로 추출 가능하다. 예를 들면, 대차는, 볼스터가 없는 대차나 볼스터가 있는 대차나 어느 쪽이든 좋으며, 아우터 프레임 방식이나 이너 프레임 방식이나 어느 쪽이든 좋다. 액슬 하우징 지지 장치는, 축 들보 방식에 한정되지 않고, 바퀴축이 대차 프레임에 대해 요잉 방향으로 상대 변위 가능한 것이라면 다양한 타입의 것이 이용 가능하다. 조타 장치가 바퀴축을 조타시키기 위해 밀어 누르는 압압 대상 부재는, 바퀴축에 한정되지 않고, 바퀴축과 조타 방향으로 일체로 변위 하는 부재(예를 들면, 액슬 하우징 또는 축 들보 등)라면 좋다. 압압 부재를 차륜에 접촉 및 이격시키기 위한 액추에이터는, 유압 실린더에 한정되지 않고, 공압 실린더여도 좋고, 전기식 직동 모터 등이어도 좋다.

압압 부재는, 회전 가능한 롤러에 한정되지 않고, 바퀴축에 대해 미끄럼 운동 가능하게 접촉하는 접동 부재여도 좋다. 이 경우, 접동 부재는, 적어도 브레이크 장치의 브레이크 슈의 미끄럼 운동면의 소재보다 마찰계수가 낮은 저마찰 재료로 형성된다. 제1 조타 유닛(21)이 제1 차륜(7)의 답면을 차량 길이 방향 바깥쪽으로 밀고, 제2 조타 유닛(22)이 제2 차륜(8)의 답면을 차량 길이 방향 안쪽으로 미는 것으로(즉, 제1 차륜(7)과 제2 차륜(8)을 180°각도 다른 방향으로 누르는 것으로), 바퀴축(5)을 조타시켜도 좋다. 또는, 제2 조타 유닛(22) 및 제4 조타 유닛(24)을 없애고, 제1 조타 유닛(21)만으로 바퀴축(5)을 일 방향으로 조타시키고, 제3 조타 유닛(23)만으로 바퀴축(5)을 타방향으로 조타시켜도 좋다. 또한, 한 쌍의 바퀴축(5A, 5B) 중 한쪽만이 조타되는 구성으로 하여도 좋다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 철도차량용 조타 대차는, 상술한 우수한 효과를 가지며, 이 효과의 의의를 발휘할 수 있는 철도차량에 널리 적용하기에 유익하다.

1: 조타 대차 2: 차체
4: 대차 프레임
5A, 5B: 바퀴축(압압 대상 부재)
6: 차축 7: 제1 차륜
8: 제2 차륜 16, 116: 조타 장치
21 ~ 24, 121, 123: 제1 ~ 제4 조타 유닛
21a ~ 24a, 161, 162: 제1 ~ 제4 압압 부재
21b ~ 24b: 제1 ~ 제4 유압 실린더(액추에이터: 동력기구)
50: 조타 시스템 163: 조타 링크 기구(동력기구)
100: 철도차량

Claims

철도차량의 차체를 지지하기 위한 대차 프레임과,
차폭 방향을 따라 연장되는 차축 및 상기 차축의 양측에 설치된 차륜을 가지는 바퀴축과,
상기 바퀴축 또는 상기 바퀴축과 조타 방향으로 일체로 변위하는 부재로 이루어지는 상기 차륜을 압압하여 상기 바퀴축을 상기 대차 프레임에 대해 조타시키는 조타 장치를 구비하며,
상기 조타 장치는, 상기 차륜을 압압하기 위해, 상기 차륜에 이격 가능하게 접촉하는 압압 부재와, 상기 압압 부재를 상기 차륜에 대해 접촉 및 이격시키는 동력기구를 포함하는 하나 이상의 조타 유닛을 갖고,
상기 조타 장치는, 상기 동력기구의 동력에 의해 상기 압압 부재가 상기 차륜을 압압하여 상기 바퀴축을 조타시키는 철도차량용 조타 대차.
제 1 항에 있어서,
상기 조타 장치는, 상기 동력기구의 동력에 의해 상기 압압 부재가 상기 차륜의 답면을 압압하여 상기 바퀴축을 조타시키는 철도차량용 조타 대차.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 압압 부재는, 상기 차륜에 접촉했을 때 상기 차륜과 함께 회전 가능한 롤러인 철도차량용 조타 대차.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 압압 부재는, 저마찰 재료로 형성되는 철도차량용 조타 대차.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 조타 장치는, 복수의 상기 조타 유닛을 가지고,
상기 복수의 조타 유닛은, 상기 상기 차륜 중 차폭 방향 일측의 제1부분을 이격 가능하게 압압하는 제1 조타 유닛과, 상기 상기 차륜 중 차폭 방향 타측의 제2부분을 이격 가능하게 밀어 누르는 제2 조타 유닛을 포함하며,
상기 제1 조타 유닛과 상기 제2 조타 유닛은, 서로 다른 방향으로 상기 차륜을 압압하여 상기 바퀴축을 조타시키는 철도차량용 조타 대차.
철도차량의 차체를 지지하기 위한 대차 프레임과,
차폭 방향을 따라 연장되는 차축 및 상기 차축의 양측에 설치된 차륜을 가지는 바퀴축과,
상기 바퀴축 또는 상기 바퀴축과 조타 방향으로 일체로 변위하는 부재로 이루어지는 압압 대상 부재를 압압하여 상기 바퀴축을 상기 대차 프레임에 대해 조타시키는 조타 장치를 구비하며,
상기 조타 장치는, 상기 압압 대상 부재를 압압하기 위해, 상기 압압 대상 부재에 이격 가능하게 접촉하는 압압 부재와, 상기 압압 부재를 상기 압압 대상 부재에 대해 접촉 및 이격시키는 동력기구를 포함하는 하나 이상의 조타 유닛을 갖고,
상기 동력기구는, 액추에이터인 철도차량용 조타 대차.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 동력기구는, 상기 차체에 대한 상기 대차 프레임의 수직축 주위의 상대 회동에 따라서 동작하는 링크 기구인 철도차량용 조타 대차.
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