KR101989988B1 - 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조 - Google Patents

철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조 Download PDF

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KR101989988B1
KR101989988B1 KR1020170167333A KR20170167333A KR101989988B1 KR 101989988 B1 KR101989988 B1 KR 101989988B1 KR 1020170167333 A KR1020170167333 A KR 1020170167333A KR 20170167333 A KR20170167333 A KR 20170167333A KR 101989988 B1 KR101989988 B1 KR 101989988B1
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axial rubber
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허현무
신유정
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한국철도기술연구원
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Abstract

본 발명은 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조에 관한 것으로, 철도차량의 액슬박스와 축상고무스프링의 사이에 탄성을 가지는 탄성라이너를 구비함으로써 탄성라이너의 강성에 의해 축상고무스프링의 초기 강성을 유지할 수 있도록 하여 철도차량의 탈선 안전도 및 운행 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조에 관한 것이다.
본 발명은 철도차량의 액슬박스와 대차프레임 사이에 설치되는 축상고무스프링과, 상기 액슬박스와 축상고무스프링의 사이에 구비되되, 탄성을 가지는 탄성라이너와, 상기 액슬박스를 관통하여 축상고무스프링에 결합 설치되는 하부고정브라켓을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조 {Axial rubber spring assembly structure for railway vehicle}
본 발명은 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조에 관한 것으로, 철도차량의 액슬박스와 축상고무스프링의 사이에 탄성을 가지는 탄성라이너를 구비함으로써 탄성라이너의 강성에 의해 축상고무스프링의 초기 강성을 유지할 수 있도록 하여 철도차량의 탈선 안전도 및 운행 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조에 관한 것이다.
철도차량의 대차에는 축상지지장치가 설치되어 선로의 불규칙함에 의해 발생하는 진동을 흡수하고 주행 시 차량이 안전하게 주행하도록 하고 있다.
이러한 축상지지장치는 차륜의 액슬박스와 대차프레임의 사이에 설치되는 코일스프링 또는 고무 스프링 등으로 이루어져, 선로를 통해 전달되는 진동이 코일 스프링 및 고무 스프링에 의해 흡수되며 진동을 감쇠하도록 하는 역할을 하는 것이다.
또한, 철도차량의 대차에는 통상적으로 대차의 4개의 차륜에 축상지지장치가 설치되어 각 차륜의 윤중(차륜의 부담하중)이 균일하게 분포되게 한다.
그런데, 철도차량의 축상지지장치로 고무스프링이 적용되는 경우에는, 차량의 운행이 거듭됨에 따라 고무의 특성상 노후화 또는 피로 현상을 겪게 되면 결과적으로 고무스프링의 높이가 낮아지고, 도 1에 도시한 바와 같이 스프링 강성이 크게 증가하게 되는데, 이러한 고무스프링의 노후화에 의해 각 차륜에 가해지는 윤중에 차이가 나게 되고, 특히 급곡선 구간이나 구배 변동이 심한 완화곡선과 같은 천이구간을 주행하는 경우 도 2에 도시한 바와 같이 전방 외궤차륜에 윤중감소 현상이 발생하여 레일로부터 부상하게 되어 탈선안전도가 저하되고 철도차량의 안전 운행에 저해요인이 되는 문제점이 발생하게 된다.
이와 같은 문제점을 해결하게 위해, 도 3에 도시한 바와 같이 고무스프링(50)과 액슬박스(10) 사이에 원형의 라이너(60)를 삽입하여 고무스프링(50)을 초기 상태의 높이로 보정하는데, 이러한 라이너(60)는 탄성이 거의 없는 철재로 이루어져 낮아진 고무스프링(50)의 높이는 보정되나, 경화된 고무스프링(50)의 강성은 보정되지 않아 여전히 윤중감소 현상이 발생하게 되어 탈선 안전도 및 운행 안전성이 저하되는 문제점이 있었다.
한국등록특허 제10-1144944호 한국등록특허 제10-0145155호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 철도차량의 액슬박스와 축상고무스프링의 사이에 탄성을 가지는 탄성라이너를 구비함으로써 탄성라이너의 강성에 의해 축상고무스프링의 초기 강성을 유지할 수 있도록 하여 철도차량의 탈선 안전도 및 운행 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 액슬박스 하단과 하부고정브라켓간에 간극을 형성하여 탄성라이너가 상하방향으로 탄성운동이 가능하도록 함으로써 축상고무스프링의 초기 강성을 유지할 수 있도록 하여 철도차량의 탈선 안전도 및 운행 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조를 제공하는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은; 철도차량의 액슬박스와 대차프레임 사이에 설치되는 축상고무스프링과, 상기 액슬박스와 축상고무스프링의 사이에 구비되되, 탄성을 가지는 탄성라이너와, 상기 액슬박스를 관통하여 축상고무스프링에 결합 설치되는 하부고정브라켓을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 탄성라이너는 고무부쉬 또는 스프링인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탄성라이너의 상하강성(
Figure 112017121989710-pat00001
)은
Figure 112017121989710-pat00002
인 것을 특징으로 한다.
(단,
Figure 112017121989710-pat00003
:초기 축상고무스프링 상하강성,
Figure 112017121989710-pat00004
:초기 축상고무스프링 상하강성에 대한 노후 시 축상고무스프링 상하강성의 비,
Figure 112017121989710-pat00005
:초기 축상고무스프링에 대한 탄성라이너의 상하강성비)
그리고, 상기 하부고정브라켓은 베이스와, 이 베이스의 중심측에 상부로 연장형성되는 삽입부가 형성된 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 액슬박스 하단과 하부고정브라켓의 베이스간에 간극(D)이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 철도차량의 액슬박스와 축상고무스프링의 사이에 탄성을 가지는 탄성라이너를 구비함으로써 탄성라이너의 강성에 의해 축상고무스프링의 초기 강성을 유지할 수 있도록 하여 철도차량의 탈선 안전도 및 운행 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 액슬박스 하단과 하부고정브라켓간에 간극을 형성하여 탄성라이너가 상하방향으로 탄성운동이 가능하도록 함으로써 축상고무스프링의 초기 강성을 유지할 수 있도록 하여 철도차량의 탈선 안전도 및 운행 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 축상지지장치의 노후화된 축상고무스프링의 강성 시험결과를 도시한 그래프.
도 2는 철도차량의 천이구간 주행시 나타나는 윤중감소 현상을 설명하기 위한 개념도.
도 3은 종래의 축상지지장치의 축상고무스프링에 철재라이너를 구비한 것을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조의 단면을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조에 따른 초기 축상고무스프링 상하강성에 대한 노후 시 축상고무스프링 상하강성의 비(
Figure 112017121989710-pat00006
)에 대한 초기 축상고무스프링에 대한 탄성라이너의 상하강성비(
Figure 112017121989710-pat00007
)의 관계를 도시한 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조에 따른 천이구간 주행 시 전위 외궤차륜의 윤중 해석 결과를 도시한 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조에 따른 천이구간 주행 시 전위 외궤차륜의 윤중감소율의 해석 결과를 도시한 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조에 따른 천이구간 주행 시 전위 외궤차륜의 축상고무스프링의 상하방향 변위 해석 결과를 도시한 그래프.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 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 이해하여야한다.
도 4는 본 발명에 따른 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조의 단면을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조에 따른 초기 축상고무스프링 상하강성에 대한 노후 시 축상고무스프링 상하강성의 비(
Figure 112017121989710-pat00008
)에 대한 초기 축상고무스프링에 대한 탄성라이너의 상하강성비(
Figure 112017121989710-pat00009
)의 관계를 도시한 그래프이고, 도 7은 본 발명에 따른 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조에 따른 천이구간 주행 시 전위 외궤차륜의 윤중 해석 결과를 도시한 그래프이고, 도 8은 본 발명에 따른 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조에 따른 천이구간 주행 시 전위 외궤차륜의 윤중감소율의 해석 결과를 도시한 그래프이며, 도 9는 본 발명에 따른 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조에 따른 천이구간 주행 시 전위 외궤차륜의 축상고무스프링의 상하방향 변위 해석 결과를 도시한 그래프이다.
본 발명은 철도차량의 액슬박스와 축상고무스프링의 사이에 탄성을 가지는 탄성라이너를 구비함으로써 탄성라이너의 강성에 의해 축상고무스프링의 초기 강성을 유지할 수 있도록 하여 철도차량의 탈선 안전도 및 운행 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조(100)에 관한 것으로, 그 구성은 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 크게 철도차량의 윤축에 구비되는 액슬박스(10)와 대차프레임(20) 사이에 설치되는 축상고무스프링(110)과, 상기 액슬박스(10) 와 축상고무스프링(110)의 사이에 구비되는 탄성라이너(120)와, 상기 액슬박스(10)를 관통하여 축상고무스프링(110)에 결합 설치되는 하부고정브라켓(130)을 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 철도차량은 윤축에 결합 설치되는 액슬박스(10)와 대차프레임(20)과의 사이에 스프링 등의 현가장치가 구비되어 철도차량의 주행 시 차륜에 가해지는 충격을 흡수하여 대차프레임(20)으로 전달되는 충격을 완화하게 된다.
이러한 현가장치로서 액슬박스(10)와 대차프레임(20) 사이에 축상고무스프링(110)이 구비되는데, 이 축상고무스프링(110)은 철도차량의 운행에 따라 노후화되고 경화되어 초기에 비해 높이가 낮아지고, 상하강성이 증가하게 되어 차륜의 윤중 감소현상이 발생하게 된다.
이때, 상기 축상고무스프링(110)은 상단은 상기 대차프레임(20)을 지지하도록 설치되고, 하단에는 결합부(112)가 연장 형성되어 액슬박스(10)의 결합공(12)에 끼움 결합되며, 결합부(112)에 하부고정브라켓(130)이 볼트(140) 등의 고정수단에 의해 고정 설치되게 된다.
여기서, 상기 노후화된 축상고무스프링(110)의 감소된 높이 및 증가된 강성을 보완하기 위하여 축상고무스프링(110)과 액슬박스(10)의 사이에 탄성라이너(120)가 구비되는데, 탄성라이너(120)는 상기 축상고무스프링(110)의 결합부(112)에 끼움결합되며, 탄성을 가지는 링 형상의 고무부쉬 또는 스프링 등으로 이루어진다.
이때, 상기 탄성라이너(120)는 초기에 축상고무스프링(110)에 의해 설정된 액슬박스(10) 및 대차프레임(20)간의 높이(축상고)로 보완하기 위해 노후화된 축상고무스프링(110)의 낮아진 정도와 동일한 높이로 형성되어 축상고무스프링(110)의 높이를 보상함으로써 축상고를 일정하게 유지할 수 있도록 한다.
또한, 상기 탄성라이너(120)의 탄성에 의해 경화되어 상하강성이 높아진 축상고무스프링(110)의 강성을 보완하게 된다.
즉, 액슬박스(10)와 축상고무스프링(110)의 사이에 탄성라이너(120)가 구비됨으로써 초기 축상고무스프링(110)의 상하강성과 동일하게 노후화된 축상고무스프링(110)의 높아진 상하강성을 탄성라이너(120)의 탄성으로 보완하여 차륜의 윤중 감소현상을 방지하게 된다.
여기서, 상기 탄성라이너(120)의 상하강성(
Figure 112017121989710-pat00010
)은 축상고무스프링(110)의 노후화 정도에 따라 상이하며, 다음의 수학식 1과 같이 구할 수 있다.
Figure 112017121989710-pat00011
이때,
Figure 112017121989710-pat00012
은 초기 축상고무스프링(110)의 상하강성이고,
Figure 112017121989710-pat00013
는 초기 축상고무스프링(110) 상하강성에 대한 노후 시 축상고무스프링(110) 상하강성의 비이며,
Figure 112017121989710-pat00014
는 초기 축상고무스프링(110)에 대한 탄성라이너(120)의 상하강성비이다.
한편, 상기 하부고정브라켓(130)은 베이스(132)와, 상기 베이스(132)의 중심측에 상부로 연장 형성되는 삽입부(134)로 형성되며, 상기 삽입부(134)는 액슬박스(10)의 결합공(12)의 하측에서 결합되어 상기 축상고무스프링(110)의 결합부(112)에 볼트(140) 등의 고정수단에 의해 고정 설치되게 된다.
이때, 상기 하부고정브라켓(130)의 베이스(132)와 액슬박스(10) 사이가 이격되어 하부고정브라켓(130)과 액슬박스(10)의 사이에 간극(D)가 형성되도록 설치된다.
상기와 같은 구성에 의해, 철도차량의 운행 시 탄성라이너(120)가 탄성에 의해 수축 팽창할 때 축상고무스프링(110)이 간극(D)만큼 상하유동할 수 있도록 함으로써 보다 용이하게 상하강성을 유지할 수 있으며, 탄성라이너(120) 및 간극(D)에 의해 차륜의 윤중 감소현상이 감소하여 철도차량이 보다 안정적으로 운행할 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기와 같은 탄성라이너(120)는 철도차량의 중수선 주기에 맞추어 축상고무스프링(110)의 노후상태에 따라 상기 수학식 1에 따른 적절한 탄성을 가지는 탄성라이너(120)를 설치하고, 천이 구간 주행 시 차륜과 레일 간의 상하방향 적응성을 향상시켜 윤중 감소 현상을 예방하여 탈선안전도 저하를 방지할 수 있도록 함이 바람직하다.
따라서, 도 7에 도시한 바와 같이 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조에 따른 천이구간 주행 시 전위 외궤차륜의 윤중 해석 결과를 보면 종래 축상구조의 철도차량의 윤중은 천이구간에서 급격하게 윤중이 저하되는 것인데 비해, 본 발명에 따른 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조가 적용된 철도차량의 윤중의 변화가 작게 나타나는 것을 알 수 있다.
또한, 도 8에 도시한 바와 같이 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조에 따른 천이구간 주행 시 전위 외궤차륜의 윤중감소율의 해석 결과를 보면, 천이구간 주행 시 종래 축상구조 철도차량의 윤중감소율 최대값은 21.5%임에 비하여, 본 발명에 따른 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조가 적용된 철도차량의 윤중감소율 최대값은 11.2%로 현저히 저감되었다.
아울러, 도 9는 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조에 따른 천이구간 주행 시 전위 외궤차륜의 축상고무스프링의 상하방향 변위 해석 결과로, 종래 축상구조 철도차량의 상하방향 변위에 비해 본 발명에 따른 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조가 적용된 철도차량의 상하방향 변위가 커 탄성라이너(120)에 의해 축상고무스프링(110)의 탄성복원 기능이 개선되었음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조(100)에 의하면, 철도차량의 액슬박스(10)와 축상고무스프링(110)의 사이에 탄성을 가지는 탄성라이너(120)를 구비함으로써 탄성라이너(120)의 강성에 의해 축상고무스프링(110)의 초기 강성을 유지할 수 있도록 하고, 액슬박스(10) 하단과 하부고정브라켓(130)간에 간극을 형성하여 탄성라이너(120)가 상하방향으로 탄성운동이 가능하도록 함으로써 축상고무스프링(110)의 초기 강성을 유지할 수 있도록 하여 철도차량의 탈선 안전도 및 운행 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 장점을 갖는다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변형 실시가 가능한 것이다.
본 발명은 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조에 관한 것으로, 철도차량의 액슬박스와 축상고무스프링의 사이에 탄성을 가지는 탄성라이너를 구비함으로써 탄성라이너의 강성에 의해 축상고무스프링의 초기 강성을 유지할 수 있도록 하여 철도차량의 탈선 안전도 및 운행 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조에 관한 것이다.
10: 액슬박스 20: 대차프레임
100: 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조
110: 축상고무스프링 112: 결합부
120: 탄성라이너 130: 하부고정브라켓
132: 베이스 134: 삽입부

Claims (5)

  1. 철도차량의 액슬박스와 대차프레임 사이에 설치되는 축상고무스프링과,
    상기 액슬박스와 축상고무스프링의 사이에 구비되되, 탄성을 가지는 탄성라이너와,
    상기 액슬박스를 관통하여 축상고무스프링에 결합 설치되는 하부고정브라켓을 포함하여 이루어지되,
    상기 탄성라이너의 상하강성(
    Figure 112019004181930-pat00029
    )은
    Figure 112019004181930-pat00030

    인 것을 특징으로 하는 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조.
    (단,
    Figure 112019004181930-pat00031
    :초기 축상고무스프링 상하강성,
    Figure 112019004181930-pat00032
    :초기 축상고무스프링 상하강성에 대한 노후 시 축상고무스프링 상하강성의 비,
    Figure 112019004181930-pat00033
    :초기 축상고무스프링에 대한 탄성라이너의 상하강성비)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탄성라이너는 고무부쉬 또는 스프링인 것을 특징으로 하는 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 하부고정브라켓은 베이스와, 이 베이스의 중심측에 상부로 연장형성되는 삽입부가 형성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 액슬박스 하단과 하부고정브라켓의 베이스간에 간극(D)이 형성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 축상고무스프링 조립체 구조.
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