KR102258340B1 - 산악 철도용 궤도 - Google Patents

산악 철도용 궤도 Download PDF

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서승일
문형석
이찬우
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한국철도기술연구원
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

철도 차량이 경사진 하부로 미끄러지는 것을 방지하여 안정적으로 주행하도록 구성된 산악 철도용 궤도가 개시된다. 산악 철도용 궤도는 경사 래크 레일, 시작 래크 레일 및 겹판 스프링을 포함한다. 상기 경사 래크 레일은 경사면에 설치된다. 상기 시작 래크 레일은 상기 경사면이 시작되는 지점에 배치된다. 상기 겹판 스프링은 일단이 상기 경사 래크 레일이 배치된 콘크리트 궤도에 매몰되고, 타단이 상기 콘크리트 궤도에서 노출되어 상기 시작 래크 레일의 배면을 지지한다. 시작 래크 레일 하부에 겹판 스프링을 부착하여 탄성 지지하도록 구현하므로써 산악철도 차량의 피니언이 래크 와 맞물리기 시작할 때 미끄러짐이나 어긋남 없이 원활히 접촉될 수 있다.

Description

산악 철도용 궤도{MOUNTAIN RAILWAY TRACKS}
본 발명은 산악 철도용 궤도에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철도 차량이 경사진 하부로 미끄러지는 것을 방지하여 안정적으로 주행하도록 구성된 산악 철도용 궤도에 관한 것이다.
산악철도 차량은 자동차가 다니는 일반적인 도로가 아닌 특수한 통로, 즉 선로인 레일 위를 운행하도록 제작되었기 때문에, 차량의 종류가 달라도 그 기본구조는 모두 같은데, 산악철도 차량은 차륜부, 차대부, 차체부 및 부속장치로 되어 있다.
그리고, 이러한 구성으로 이루어지는 산악철도 차량은 일반적으로 평탄한 지역에 부설된 선로를 주행하고 있으나, 비교적 경사가 급한 산악지대에 부설된 선로를 주행할 수도 있는데, 경사가 급한 산악지대를 주행하는 산악철도 차량 및 선로를 산악 철도라고 한다.
그리고, 산악철도 차량의 차륜과 레일은 모두 금속재로 이루어지기 때문에 점착력이 일반 도로주행 차량보다는 떨어지게 되어, 산악 철도와 같이 경사가 심한 지역을 운행할 경우에는 철도 차량이 선로의 하부로 미끄러지는 경우가 많아, 운행이 용이하지 않기 때문에 산악철도 차량이 미끄러지는 것을 방지하기 위하여 선로의 중심부에는 선로를 따라 래크 기어를 설치하고, 차량에는 상기 래크 기어에 대응되도록 피니언 기어를 설치하여 산악철도 차량이 하부로 미끄러지는 것을 방지하여 안정적으로 경사지역을 주행할 수 있게 한다.
이러한 급경사 지역을 주행하기 위한 산악철도의 일 예로, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 한국등록실용신안 제20-0362089호에 기재된 기술이 제안되었다.
그 기술적 특징은 기층자갈, 침목 및 레일로 구성되는 급경사 구간의 철도 구간에 있어서, 상기 레일이 설치된 사이에는 톱니 레일이 레일 클립에 의하여 체결고정되어 열차와 연결된 열차 고정구의 끝에 설치된 톱니 바퀴와 밀착되어 열차의 속도를 감속시킬 수 있도록 구성된다.
상기 톱니 레일은 길이방향으로 이탈 방지틀(42)과 삽입홈(43)이 형성되어 연장가능하고, 폭 방향 양측에 다수개의 앵커홀(41)이 형성되며, 상기 톱니 레일(40)은 측면에 다수개의 레일 클립(50)이 설치되어 고정 앵커못(60)으로 고정된다.
상기 레일 클립(50)은 격자형 구조로 앵커홀(51)이 형성되고, 그 앵커홀(51)을 통해 고정 앵커못(60)이 체결되어 톱니 레일(40)이 침목(20)에 고정되며, 상기 톱니 레일(40)에는 열차와 고정된 열차 고정구(70)의 연결대(73)에 연결핀(93)으로 톱니 바퀴(90)가 결합되고, 상기 열차 고정구(70)의 연결대(73)에는 상부로 돌출된 잭 연결구에 높이 조정잭(80)이 설치되며, 상기 열차 고정구(70)는 연결대(73)의 전방에 ㄷ 홈(76)이 형성되고, 그 ㄷ홈(76)에 톱니 바퀴(90)가 삽입되어 연결핀(93)으로 체결되도록 구성됨을 특징으로 한다.
상기한 기술은 경사가 급한 지역에 설치된 선로에는 톱니 레일(40, 래크 기어)을 설치하고, 산악철도 차량의 하부에는 톱니 바퀴(90, 피니언 기어)를 설치하여 산악철도 차량이 하부로 밀리는 것을 방지하는 장점은 있다.
하지만, 평지에 설치된 래크 레일과 경사면에 설치되는 래크 레일 사이의 설치각도 차이로 인해 연결부의 래크 기어가 서로 맞지 않아 평지에 설치된 래크 레일을 주행하던 피니언 기어가 경사면이 시작되는 지점의 래크 레일에 진입할 때 산악철도 차량의 피니언 기어와 래크 레일의 치합이 제대로 이루어지지 않게 되어 소음 및 진동이 발생되는 등 주행안정성이 저하되는 문제점이 있다.
0001)한국등록실용신안 제20-0362089호(2004. 09. 04.)(급경사 철도 구간 톱니레일 설치구조) 0002)한국등록특허 제10-1681547호(2016. 11. 25.)(산악 철도용 궤도 구조)
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 산악 철도용 궤도의 경사면에 설치되는 래크 레일을 경사면이 시작되는 지점에 설치되는 시작 래크 레일과 경사면에 설치되는 경사 래크 레일로 분리 구성하고, 산악철도가 경사면에 진입할 때 시작 래크 레일이 하부로 가압되면서 산악철도 차량의 피니언 기어가 경사 래크 레일과 용이하게 치합되도록 하는 산악 철도용 궤도를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 산악 철도용 궤도는 경사 래크 레일, 시작 래크 레일 및 겹판 스프링을 포함한다. 상기 경사 래크 레일은 경사면에 설치된다. 상기 시작 래크 레일은 상기 경사면이 시작되는 지점에 배치된다. 상기 겹판 스프링은 일단이 상기 경사 래크 레일이 배치된 콘크리트 궤도에 매몰되고, 타단이 상기 콘크리트 궤도에서 노출되어 상기 시작 래크 레일의 배면을 지지한다.
일실시예에서, 상기 시작 래크 레일과 상기 경사 래크 레일은 힌지 연결될 수 있다.
일실시예에서, 상기 겹판 스프링은, 일단이 상기 콘크리트 궤도에 매몰되고, 타단이 콘크리트 궤도에서 노출된 복수의 판형스프링들; 일정 폭과 길이를 갖고서 상기 시작 래크 레일의 하부면에 배치된 아이들 플레이트; 및 상기 판형 스프링들 중 최상위 판형 스프링에 형성된 홀과 상기 아이들 플레이트에 형성된 홀을 연결시키는 핀을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 산악 철도용 궤도는 평지에 설치되는 평지 래크 레일을 더 포함하고,
상기 산악철도 차량이 상기 평지 래크 레일에서 상기 시작 래크 레일로 진입하는 경우 상기 산악철도 차량의 자중에 의해 상기 겹판 스프링이 가압되어 상기 평지 래크 레일의 기어이와 상기 시작 래크 레일의 기어의 높이 차가 해소되어 상기 산악철도 차량의 피니언 기어가 상기 시작 래크 레일로 진입할 수 있다.
이러한 산악 철도용 궤도에 의하면, 시작 래크 레일 하부에 겹판 스프링을 부착하여 탄성 지지하도록 구현하므로써 산악철도 차량의 피니언이 래크 와 맞물리기 시작할 때 미끄러짐이나 어긋남 없이 원활히 접촉될 수 있다. 즉, 산악 철도용 궤도의 경사면에 설치되는 래크 레일을 경사면이 시작되는 지점에 설치되는 시작 래크 레일과 경사면에 설치되는 경사 래크 레일로 분리 구성하고, 시작 래크 레일의 하부에 탄성부재를 설치하여 산악철도가 경사면에 진입할 때 시작 래크 레일이 하부로 가압되면서 산악철도 차량의 피니언 기어가 경사 래크 레일과 용이하게 치합되도록 하므로써, 철도 차량이 경사진 하부로 미끄러지는 것을 방지하여 안정적으로 주행하도록 할 수 있다.
도 1은 종래의 산악 철도용 선로의 사시도이다.
도 2는 종래의 산악 철도용 선로에 래크 기어의 조립도이다.
도 3은 종래의 산악 철도용 피니언 기어의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 산악 철도용 궤도를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산악 철도용 궤도를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 산악 철도용 궤도를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 산악 철도용 궤도는 경사 래크 레일(110), 시작 래크 레일(120), 겹판 스프링(130) 및 평지 래크 레일(140)을 포함하여, 산악철도 차량이 경사면에 진입할 때 시작 래크 레일(120)이 하부로 가압되면서 산악철도 차량의 피니언 기어가 경사 래크 레일(110)과 용이하게 치합되도록 구성된다.
경사 래크 레일(110)은 산악철도 차량이 주행하는 경사면에 설치된다.
시작 래크 레일(120)은 경사면이 시작되는 지점에 배치된다. 시작 래크 레일(120)과 경사 래크 레일(110)은 힌지핀(122)을 통해 힌지 연결된다. 이에 따라, 시작 래크 레일(120)은 궤도 위의 래크 와 핀으로 힌지를 구성함으로써 산악철도 차량의 진입시 처짐이 가능하다.
겹판 스프링(130)은 일단이 경사 래크 레일(110)이 배치된 콘크리트 궤도(112)에 매몰되고, 타단이 콘크리트 궤도(112)에서 노출되어 시작 래크 레일(120)의 배면을 지지한다.
본 실시예에서, 겹판 스프링(130)은 복수의 판형스프링들(131, 132, 133), 일정 폭과 길이를 갖고서 시작 래크 레일(120)의 하부면에 배치된 아이들 플레이트(134), 판형 스프링들 중 최상위 판형 스프링에 형성된 홀과 아이들 플레이트에 형성된 홀을 연결시키는 핀(135)을 포함한다.
평지 래크 레일(140)은 경사면이 시작되는 지점에 설치되는 시작 래크 레일(120)의 전방에는 평지에 매립 설치된다.
본 실시예에 따르면, 평지 래크 레일(140), 시작 래크 레일(120) 및 경사 래크 레일(110)은 산악철도 차량의 하부에 구비되는 피니언 기어(90)에 대응되도록 설치되어, 산악철도 차량이 경사가 급한 구간을 주행할 때, 피니언 기어(90)와 평지 래크 레일(140), 시작 래크 레일(120) 및 경사 래크 레일(110)의 치합에 의해 철도 차량이 경사진 하부로 미끄러지는 것을 방지하여 안정적으로 주행하도록 한다.
시작 래크 레일(120)의 하부에는 겹판 스프링(130)이 구비되어 시작 래크 레일(120)을 탄성 지지하게 된다. 이때, 겹판 스프링(130)에 의해 시작 래크 레일(120)과 경사 래크 레일(110)은 상부면이 일직선 상에 위치하도록 하여 연결된 상태를 유지하게 된다.
시작 래크 레일(120)은 평지 래크 레일(140) 및 경사 래크 레일(110)과 접하는 전, 후단부가 산악철도 차량의 진입방향을 향해 하향 기울기를 갖도록 경사면이 형성되어 산악철도 차량의 진입 또는 진출 시 산악철도 차량의 자중에 의해 시작 래크 레일(120)이 가압되며 평지 래크 레일(140) 측으로 슬라이드 이동하게 된다.
따라서, 산악철도 차량의 피니언 기어(90)가 평지 래크 레일(140)을 주행하다가 경사면으로 진입하는 경우 산악철도 차량의 자중에 의해 시작 래크 레일(120) 하부에 배치된 겹판 스프링(130)이 가압되게 되어 겹판 스프링(130)에 의해 탄성 지지되는 시작 래크 레일(120)이 하방으로 이동하게 된다.
이에 따라, 평지 래크 레일(140)의 기어이와 시작 래크 레일(120)의 기어의 높이 차가 해소되게 되어 피니언 기어(90)가 시작 래크 레일(120)로 용이하게 진입하게 된다.
즉, 피니언 기어(90)의 기어이가 시작 래크 레일(120)의 철부에 맞닿게 되더라도 피니언 기어(90)가 시작 래크 레일(120)을 가압하게 되어 시작 래크 레일(120)이 겹판 스프링(130) 및 경사면에 의해 하방 및 산악철도 차량의 진입방향 측으로 이동하게 되므로 피니언 기어(90)의 기어이가 시작 래크 레일(120)의 요부로 맞물리게 되어 피니언 기어(90)가 시작 래크 레일(120)로 진입할 때 소음 및 진동이 발생되지 않게 되어 승차감이 향상되게 되고, 피니언 기어(90)가 시작 래크 레일(120) 및 경사 래크 레일(110)을 안정적으로 주행할 수 있게 된다.
이상에서는 평지 래크 레일(140)를 주행한 산악철도 차량이 시작 래크 레일(120)를 경유하여 경사 래크 레일(110)에 주행하는 것을 도시하였으나, 평지에 배치된 일반 레일을 주행한 산악철도 차량이 시작 래크 레일(120)를 경유하여 경사 래크 레일(110)에 주행할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산악 철도용 궤도를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 산악 철도용 궤도는 경사 래크 레일(110), 시작 래크 레일(120), 겹판 스프링(130) 및 일반 레일(150)을 포함하여, 산악철도 차량이 경사면에 진입할 때 시작 래크 레일(120)이 하부로 가압되면서 산악철도 차량의 피니언 기어(90)가 경사 래크 레일(110)과 용이하게 치합되도록 구성된다.
경사 래크 레일(110), 시작 래크 레일(120) 및 겹판 스프링(130)은 도 4에 설명된 경사 래크 레일(110), 시작 래크 레일(120) 및 겹판 스프링(130)과 동일하므로 동일한 도면 부호를 부여하고 그 상세한 설명은 생략한다.
일반 레일(150)은 산악철도 차량의 좌측 차륜 및 우측 차륜 각각에 대응하는 제1 레일부재(도면부호 미부여) 및 제2 레일부재(도면부호 미부여)를 포함한다. 상기 제1 레일부재와 상기 제2 레일부재의 간격은 동일하고, 상기 제1 레일부재와 상기 제2 레일부재 사이에는 산악철도 차량의 피니언 기어(90)가 지나갈 수 있도록 홈이 형성될 수 있다. 이에 따라, 산악철도 차량이 일반 레일(150)을 주행할 때 산악철도 차량의 피니언 기어(90)는 어떠한 장애를 받지 않으면서 일반 레일(150)에 형성된 홈을 따라 이동된다.
한편, 산악철도 차량의 피니언 기어(90)가 일반 레일(150)을 주행하다가 경사면으로 진입하는 경우 산악철도 차량의 자중에 의해 시작 래크 레일(120) 하부에 배치된 겹판 스프링(130)이 가압되게 되어 겹판 스프링(130)에 의해 탄성 지지되는 시작 래크 레일(120)이 하방으로 이동하게 된다.
이에 따라, 일반 레일(150)을 통과한 피니언 기어(90)는 시작 래크 레일(120)로 용이하게 진입하게 된다.
즉, 피니언 기어(90)의 기어이가 시작 래크 레일(120)의 철부에 맞닿게 되더라도 피니언 기어(90)가 시작 래크 레일(120)을 가압하게 되어 시작 래크 레일(120)이 겹판 스프링(130) 및 경사면에 의해 하방 및 산악철도 차량의 진입방향 측으로 이동하게 되므로 피니언 기어(90)의 기어이가 시작 래크 레일(120)의 요부로 맞물리게 되어 피니언 기어(90)가 시작 래크 레일(120)로 진입할 때 소음 및 진동이 발생되지 않게 되어 승차감이 향상되게 되고, 피니언 기어(90)가 시작 래크 레일(120) 및 경사 래크 레일(110)을 안정적으로 주행할 수 있게 된다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 산악 철도용 궤도에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산악철도 궤도의 경사면에 설치되는 래크 레일을 경사면이 시작되는 지점에 설치되는 시작 래크 레일과 경사면에 설치되는 경사 래크 레일로 분리 구성하고, 시작 래크 레일의 하부에 겹판 스프링을 설치하여 산악철도가 경사면에 진입할 때 시작 래크 레일이 하부로 가압되면서 산악철도 차량의 피니언 기어가 경사 래크 레일과 용이하게 치합되도록 하는 산악 철도용 궤도에 관한 것이다.
110 : 경사 래크 레일 112 : 콘크리트 궤도
120 : 시작 래크 레일 122 : 힌지핀
130 : 겹판 스프링 131, 132, 133 : 판형스프링들
134 : 아이들 플레이트 135 : 핀
90 : 피니언 기어(톱니 바퀴)

Claims (4)

  1. 경사면에 설치되는 경사 래크 레일;
    상기 경사면이 시작되는 지점에 배치된 시작 래크 레일; 및
    일단이 상기 경사 래크 레일이 배치된 콘크리트 궤도에 매몰되고, 타단이 상기 콘크리트 궤도에서 노출되어 상기 시작 래크 레일의 배면을 지지하는 겹판 스프링을 포함하되, 상기 시작 래크 레일과 상기 경사 래크 레일은 힌지 연결되는 것을 특징으로 하는 산악 철도용 궤도.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 겹판 스프링은,
    일단이 상기 콘크리트 궤도에 매몰되고, 타단이 콘크리트 궤도에서 노출된 복수의 판형스프링들;
    일정 폭과 길이를 갖고서 상기 시작 래크 레일의 하부면에 배치된 아이들 플레이트; 및
    상기 판형 스프링들 중 최상위 판형 스프링에 형성된 홀과 상기 아이들 플레이트에 형성된 홀을 연결시키는 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 산악 철도용 궤도.
  4. 제1항에 있어서, 평지에 설치되는 평지 래크 레일을 더 포함하고,
    상기 산악철도 차량이 상기 평지 래크 레일에서 상기 시작 래크 레일로 진입하는 경우 상기 산악철도 차량의 자중에 의해 상기 겹판 스프링이 가압되어 상기 평지 래크 레일의 기어이와 상기 시작 래크 레일의 기어의 높이 차가 해소되어 상기 산악철도 차량의 피니언 기어가 상기 시작 래크 레일로 진입하는 것을 특징으로 하는 산악 철도용 궤도.
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