KR102479239B1 - 철도차량용 림 대차 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 철도차량용 림(LIM: Linear Induction Motor) 대차에 관한 것으로서, 특히 윤축의 조향을 방해하지 않고 수직 방향의 변위를 최소화하는 철도차량용 림 대차에 관한 것이다. 구성은 전,후방 윤축의 좌,우측 액슬박스에 1차 현가장치를 조립하고, 1차 현가장치와 조립되는 대차 프레임과, 대차 프레임과 전,후방 윤축 가이드 빔을 연결하는 좌,우측 수직 링크와, 전,후방 윤축 가이드 빔과 림(LIM)을 연결하는 전,후방 지지 링크와, 림과 대차 프레임을 연결하는 좌,우측 견인 링크를 포함하는 철도차량용 림 대차에 있어서, 상기 좌,우측 수직 링크는, 하부가 전,후방 윤축 가이드 빔의 좌,우측 상면에 결합되고, 상부는 대차 프레임의 좌,우측 프레임 및 전,후방 윤축 가이드 빔의 좌,우측 상면과 연결되고, 상기 전,후방 지지 링크는 2점 지지 링크와 3점 지지 링크로 이루어지고, 상기 전방 지지 링크의 하부는 림의 앞쪽 상면을 통해 연결되고 상부는 전방 윤축 가이드 빔과 연결되며, 상기 후방 지지 링크의 하부는 림의 뒷쪽 상면을 통해 연결되고 상부는 후방 윤축 가이드 빔과 연결되며, 상기 좌,우측 견인 링크의 일단 부분은 림에 연결되고 타 일단 부분은 대차 프레임의 밑면에 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

철도차량용 림 대차{LIM truck for railway vehicles}

본 발명은, 철도차량용 림(LIM: Linear Induction Motor) 대차에 관한 것으로서, 특히 윤축의 조향을 방해하지 않고 수직 방향의 변위를 최소화하는 철도차량용 림 대차에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량은 차체(車體)와 레일 사이에 있으며, 바퀴에 의해 레일 위를 주행하는 대차 프레임(대차틀) ·차륜(바퀴) ·윤축(차축(車軸)) ·액슬박스 ·스프링 ·스윙 볼스터 등을 포함하는 대차(truck)에 의해 차체중량을 지지하고 철도차량의 주행안내를 쉽게 하고 있다.

이러한 대차에는 보통 윤축이 2개(따라서 바퀴는 4개) 있으며, 이와 같은 대차를 2축 보기대차라 하고, 간혹 3축 보기대차도 있다.

또 객차(客車) 등에 사용되는 구동장치(驅動裝置)가 없는 대차는 종대차(從臺車)라 하고, 모터 등이 있는 대차는 동력(動力)대차라고 한다.

그리고, 동력대차는 선형유도전동기(Linear Induction Motor)에 의한 구동 방식의 철도차량에 적용되는 림 대차가 있다.

그러나, 종래의 철도차량용 림 대차는 대차 프레임에 선형유도전동기((LIM: Linear Induction Motor)를 장착하면 1차 스프링의 수직 변위가 커서 선형유도전동기와 궤도의 림 플레이트(LIM plate) 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 없기 때문에 일정한 추진력과 제동력을 관리하기 어려운 문제점이 있었다.

또, 이러한 일정한 추진력과 제동력 관리의 어려움을 해소하기 위해 1차 스프링의 강성을 높이면 완화곡선((Twisted track)에서 윤중의 감소율이 높아 주행 안전성에 문제가 발생할 수 있다.

또한, 액슬박스(Axle box)에 직접 림(LIM)을 고정하는 경우 윤축의 길이 방향과 좌,우방향이 고정되기 때문에 조향이 어려우며, 급곡선 통과시 차륜 플랜지의 마모가 과다하게 발생함과 동시에 큰 마찰 소음이 발생하는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 대차 프레임에 림(LIM)을 핀 볼트로 연결할 경우 핀 볼트에 마모가 발생함은 물론 진동이 직접 대차 프레임에 전달되어 승차감을 해치는 문제점이 있었다.

공개특허 제10-2019-0066921호

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 윤축의 조향을 방해하지 않고 수직 방향의 변위를 최소화 하는 철도차량용 림 대차를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전,후방 윤축의 좌,우측 액슬박스에 1차 현가장치를 조립하고, 1차 현가장치와 조립되는 대차 프레임과, 대차 프레임과 전,후방 윤축 가이드 빔을 연결하는 좌,우측 수직 링크와, 전,후방 윤축 가이드 빔과 림(LIM)을 연결하는 전,후방 지지 링크와, 림과 대차 프레임을 연결하는 좌,우측 견인 링크를 포함하는 철도차량용 림 대차에 있어서, 상기 좌,우측 수직 링크는, 하부가 전,후방 윤축 가이드 빔의 좌,우측 상면에 결합되고, 상부는 대차 프레임의 좌,우측 프레임 및 전,후방 윤축 가이드 빔의 좌,우측 상면과 연결되고, 상기 전,후방 지지 링크는 2점 지지 링크와 3점 지지 링크로 이루어지고, 상기 전방 지지 링크의 하부는 림의 앞쪽 상면을 통해 연결되고 상부는 전방 윤축 가이드 빔과 연결되며, 상기 후방 지지 링크의 하부는 림의 뒷쪽 상면을 통해 연결되고 상부는 후방 윤축 가이드 빔과 연결되며, 상기 좌,우측 견인 링크의 일단 부분은 림에 연결되고 타 일단 부분은 대차 프레임의 밑면에 연결되는 것을 특징으로 한다.

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이상에서와 같은 본 발명은 윤축의 조향을 방해 하지 않고 림(LIM)의 장착을 가능하게 함으로써, 림(LIM) 성능을 향상시키는 효과가 있다.

또, 본 발명은 림(LIM)이 대차 프레임에 직접 조립되지 않고, 1차 스프링의 하부 윤축 가이드 빔에 수직 방향으로 조립됨으로써, 림과 리액션 플레이트 사이의 간격을 일정하게 유지하므로 일정한 견인력과 제동력을 발생시킬 수 있는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 본 발명은 고무 부시가 장착된 링크 구조로 조립되기 때문에 마모가 발생하지 않아 유지 보수가 쉽고, 진동을 흡수 할 수 있어 승차감 향상을 이루는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 철도차량용 림 대차의 요부 분해도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수직 링크를 이용하여 대차 프레임과 윤축 가이드 빔 조립 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 수직 링크를 이용하여 대차 프레임과 윤축 가이드 빔 및 림 조립 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 조립된 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4를 상면에서 바라본 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 철도차량용 림 대차의 전체 조립도이다.
도 7은 도 6의 정면도이다.
도 8은 도 6의 좌측면도이다.
도 9는 도 6의 평면도이다.
도 10은 도 6의 저면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 지지 링크와 견인 링크의 동작 방향을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 철도차량용 림 대차의 직선 궤도 구간 주행시 조향 장치에 따른 자세를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 철도차량용 림 대차의 곡선 궤도 구간 주행시 조향 장치에 따른 자세를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

도 1 내지 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 철도차량용 림 대차(1000)는 대차 프레임(100)과, 윤축(200)과, 윤축 가이드 빔(300)과, 림(LIM)(400) 및 상기 윤축 가이드 빔(300)과 림(400)을 연결하는 수직 링크(500)와, 지지 링크(600) 및, 대차 프레임(100)과 림(400)을 연결하는 견인 링크(700)로 대별되어 이루어진다.

상기 대차 프레임(Bogie Frame)(100)은 철도차량의 주행 장치를 구성하고 있는 테두리로서 좌측 프레임(110)과 우측 프레임(120) 및 상기 좌측 프레임(110)과 우측 프레임(120) 사이에 형성되는 크로스 빔(130)을 포함하여 이루어진다.

상기 윤축(wheelset)(200)은 철도차량의 주행을 지지하며, 윤축 베어링(미도시) 조립되는 전방 윤축(210) 및 후방 윤축(220)으로 이루어지고, 상기 전,후방 윤축(210),(220)의 양단에는 전,후방 차륜(211),(221)이 결합되고, 상기 전,후방 차륜(211),(221)이 위치하는 전,후방 윤축(210),(220)의 일측으로는 좌,우측 액슬박스(212),(213),(222),(223)가 결합(조립)된다.

그리고, 상기 전,후방 윤축(210),(220)의 좌,우측 액슬박스(212),(213),(222),(223)에 1차 현가장치(미도시)를 조립하고, 1차 현가장치와 대차 프레임(100)을 조립한다.

상기 윤축 가이드 빔(300)은 전방 윤축 가이드 빔(310)과 후방 윤축 가이드 빔(320)으로 이루어지고, 상기 전,후방 윤축 가이드 빔(310),(320)의 한쪽에는 상기 전,후방 윤축(210),(220)에 형성된 좌,우 액슬박스(212),(213),(222),(223)와 볼트로 직접 연결되고, 다른 한쪽은 대차 프레임(100)과 상기 수직 링크(500)로 연결되어 전,후방 윤축(210),(220)의 조향을 방해하지 않고 림(400)의 하중을 지지하는 역할을 하는 것이다.

여기서, 상기 전방 윤축(210)과 후방 윤축(220)에 형성된 좌,우측 액슬박스(212),(213),(222),(223)에 전방 윤축 가이드 빔(310) 및 후방 윤축 가이드 빔(320)을 조립한다.

상기 림(400)은 전,후방 윤축 가이드 빔(310),(320)에 장착되어 레일 가운데 설치되는 전자기 작용판(reaction plate)(미도시)과 상호 작용으로 철도차량을 이동시키도록 하는 것이다.

상기 수직 링크(500)는 좌측 수직 링크(510)와 우측 수직 링크(520)로 이루어지고, 상기 좌,우측 수직 링크(510),(520)는 대차 프레임(100)과 전,후방 윤축 가이드 빔(310),(320)을 연결한다.

즉, 상기 좌측 수직 링크(510)의 하부는 전방 윤축 가이드 빔(310)의 좌측 상면과 연결되고, 좌측 수직 링크(520)의 상부는 대차 프레임(100)의 좌측 프레임(110)과 연결된다.

또, 상기 우측 수직 링크(520)의 하부는 후방 윤축 가이드 빔(320)의 우측 상면과 연결되고, 우측 수직 링크(520)의 상부는 대차 프레임(100)의 우측 프레임(120)과 연결된다.

이와 같은 구성의 상기 좌,우측 수직 링크(510),(520)는 전,후방 윤축 가이드 빔(310),(320)이 아래 방향으로 회전을 하지 못하도록 함과 동시에 림(400)의 하중을 지지하기 위해 대차 프레임(100)과 전,후방 윤축 가이드 빔(310),(320)을 연결하게 된다.

즉, 상기 대차 프레임(100)은 전,후,좌,우 4개의 1차 현수 장치(미도시) 위에 설치되므로 수평을 유지하게 되나, 상기 전,후방 윤축 가이드 빔(310),(320)은 좌,우측 수직 링크(510),(520)가 없으면 자중에 의해 아래 방향으로 처지는 회전을 하게 되므로 이를 방지함과 동시에 림(400)의 하중을 지지하기 위해 상기 좌,우측 수직 링크(510),(520)로 대차 프레임(100)과 전,후방 윤축가이드 빔(310),(320)을 연결하는 것이다.

상기 지지 링크(600)는 전방 지지 링크(610)와 후방 지지 링크(620)로 이루어지고, 상기 전,후방 지지 링크(610),(620)는 전,후방 윤축 가이드 빔(310),(320)과 림(LIM)(400)을 연결한다.

즉, 상기 전방 지지 링크(610)의 하부는 림(400)의 앞쪽 상면을 통해 연결되고, 상기 전방 지지 링크(610)의 상부는 전방 윤축 가이드 빔(310)과 연결된다.

또, 상기 후방 지지 링크(620)의 하부는 림(400)의 뒷쪽 상면을 통해 연결되고, 상기 후방 지지 링크(620)의 상부는 후방 윤축 가이드 빔(320)과 연결된다.

그리고, 상기 전, 후방 지지 링크(610),(620)는 2점 지지 링크와 3점 지지 링크로 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 상기 전방 지지 링크(610)를 2점 지지 링크로 구성하고, 상기 후방 지지 링크(620)는 3점 지지 링크로 구성할 수 있다.

반대로, 상기 전방 지지 링크(610)를 3점 지지 링크로 구성하고, 상기 후방 지지 링크(620)는 2점 지지 링크로 구성할 수 있다.

그리고, 상기 2점 지지 링크로 구성되는 전,후방 지지 링크(610),(620)는 수직 방향의 하중만 지지하고, 3점 지지 링크로 구성되는 전,후방 지지 링크(610),(620)는 수직 방향과 작은 횡 하중과 작은 전후 하중을 받을 수 있다.

이에 의해 상기 3점 지지 링크로 구성되는 지지 링크의 중심으로 2점 지지 링크로 구성되는 지지 링크가 횡 방향을 회전을 할 수 있으므로 조향 기능을 방해 하지 않게 된다.

따라서, 본 발명은 상기 림(400)이 전,후방 윤축 가이드 빔(310),(320)과 직접 연결되지 않고 2점 지지 링크와 3점 지지 링크로 구성되는 전,후방 지지 링크(610),(620)를 통해 연결되므로 전,후방 윤축(210),(220)의 조향 기능을 방해하지 않으면서 림(400)의 수직 방향 하중을 지지할 수 있다.

또, 본 발명은 상기 림(400)이 2점 지지 링크와 3점 지지 링크로 이루어지는 전,후방 지지 링크(610),(620)가 전,후방 윤축(210),(220)과 인접한 지점에 연결이 되어 있기 때문에 전,후방 윤축 가이드 빔(310),(320)이 회전을 하더라도, 수직 방향의 변위는 아주 미미하게 발생한다.

즉, 본 발명은 상기 림(LIM)(400)이 1차 현수장치(도면부호 미도시)위에 설치되는 대차 프레임(100)에 직접 조립되지 않고 상기 전,후방 지지 링크(610),(620)를 통해 전,후방 윤축 가이드 빔(310),(320)에 수직 방향으로 조립되므로 전,후방 윤축 가이드 빔(310),(320)이 회전을 하더라도, 수직 방향의 변위는 아주 미미하게 발생하게 되므로 상기 림(400)과 리액션 플레이트(궤도 양측 레일의 중간 부분 설치 되는 것으로서 미도시) 사이의 간격이 크게 변경 되지 않는다.

여기서, 상기 림(400)과 리액션 플레이트 사이의 간격이 작으면 제동력과 추진력이 커지고, 간격이 크면 제동력과 추진력은 작아 지게 된다.

이와 같이, 상기 림(400)과 리액션 플레이트 사이의 간격은 제동력과 견인력에 영향을 주게 되므로, 상기 림(400)과 리액션 플레이트 사이의 간격이 크게 변경 되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기 견인 링크(700)는 좌측 견인 링크(710)와 우측 견인 링크(720)로 이루어지고, 상기 좌,우측 견인 링크(710),(720)는 상기 림(400)과 대차 프레임(100)을 연결한다.

즉, 상기 좌측 견인 링크(710)의 일단측은 상기 림(400)의 좌측면과 연결되고, 상기 좌측 견인 링크(710)의 타 일단측은 상기 대차 프레임(100)의 좌측 프레임(110)과 연결된다.

또, 상기 우측 견인 링크(720)의 일단측은 상기 림(400)의 우측면과 연결되고, 상기 우측 견인 링크(720)의 타 일단측은 상기 대차 프레임(100)의 우측 프레임(120)과 연결된다.

이러한 구성에 의해 본 발명은 상기 2점 지지 링크와 3점 지지 링크로 구성되는 전,후방 지지 링크(610),(620)를 통해 길이 방향의 하중을 완벽하게 지지하지 못하는 부분을, 상기 좌,우측 견인 링크(710),(720)를 통해 대차 프레임(100)과 림(400)을 연결함으로써 길이 방향의 하중을 완벽하게 지지하여 대차 프레임(100)에 견인력을 직접 전달할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기와 같은 구성의 림 대차(1000)를 구비하는 철도차량(미도시)을 더 제공한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 림 대차(1000)를 구비하는 철도차량을 운행하게 되면 도 12에 도시된 바와 같이 직선 궤도 구간에서는 조향장치의 조작을 바르게 함으로써, 전,후방 윤축(210),(220)과 전,후방 차륜(211),(221)이 좌,우로 회전되지 않도록 하기 때문에 림 대차(1000)가 바르게 위치하게 된다.

이에 따라, 상기 림 대차(1000)의 좌,우 수직 링크(510),(520)와 전,후방 지지 링크(610),(620) 및 좌,우측 견인 링크(710),(720)의 움직임이나 위치가 거의 변하지 않고 바른 상태를 이루며 주행하게 된다.

그리고, 도 13에 도시된 바와 같이 철도차량이 곡선 궤도 구간을 통과할 경우에는 조향장치를 좌측 또는 우측으로 조작함으로써, 전,후방 윤축(210),(220)과 전,후방 차륜(211),(221)이 곡선 궤도를 따라 좌측으로 회전축 방향을 바꾸거나 우측으로 회전축 방향을 바꾸게 된다.

이때, 철도차량의 전,후방 윤축(210),(220)과 대차 프레임(100)은 곡선 궤도 형태를 따라 변위가 발생하게 된다.

즉, 상기 좌,우측 수직 링크(510),(520)는 상기 대차 프레임(100)과 전,후방 윤축 가이드 빔(310),(320) 및 림(400)을 연결하고, 상기 전,후방 지지 링크(610),(620)는 전,후방 윤축 가이드 빔(310),(320)과 림(LIM)(400)을 연결하며, 상기 좌,우측 견인 링크(710),(720)는 상기 림(400)과 대차 프레임(100)을 연결하기 때문에 2점 지지 링크인 전방 지지 링크(610)는 수직 방향의 하중만 지지하고, 3점 지지 링크인 후방 지지 링크(620)는 수직 방향과 작은 횡 하중과 작은 전후 하중을 받을 수 있게 되므로, 3점 지지 링크인 후방 지지 링크(620)를 중심으로 2점 지지 링크인 전방 지지 링크(610)가 횡 방향을 회전을 할 수 있으므로 전,후방 윤축(210),(220)의 조향 기능을 억제 또는 방해하지 않으면서 좌굽은 곡선 궤도 또는 우굽은 곡선 궤도를 따라 원활하게 진행하도록 변형된다.

이에 따라, 본 발명에 따른 림 대차는 곡선 궤도 통과시 차륜의 플랜지 마모나 마찰, 소음 뿐만 아니라 탈선의 위험을 예방할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

1000 : 철도차량용 림 대차 100 : 대차 프레임
110 : 좌측 프레임 120 : 우측 프레임
130 : 크로스 빔 200 : 윤축(wheelset)
210 : 전방 윤축 211 : 전방 차륜
212, 222 : 좌측 액슬박스 213,223 : 우측 액슬박스
220 : 후방 윤축 221 : 후방 차륜
300 : 윤축 가이드 빔 310 : 전방 윤축 가이드 빔
320 : 후방 윤축 가이드 빔 400 : 림(LIM)
500 : 수직 링크 510 : 좌측 수직 링크
520 : 우측 수직 링크 600 : 지지 링크
610 : 전방 지지 링크 620 : 후방 지지 링크
700 : 견인 링크 710 : 좌측 견인 링크
720 : 우측 견인 링크

Claims (6)

1. 전,후방 윤축의 좌,우측 액슬박스에 1차 현가장치를 조립하고, 1차 현가장치와 조립되는 대차 프레임과, 대차 프레임과 전,후방 윤축 가이드 빔을 연결하는 좌,우측 수직 링크와, 전,후방 윤축 가이드 빔과 림(LIM)을 연결하는 전,후방 지지 링크와, 림과 대차 프레임을 연결하는 좌,우측 견인 링크를 포함하는 철도차량용 림 대차에 있어서,
   상기 좌,우측 수직 링크는, 하부가 전,후방 윤축 가이드 빔의 좌,우측 상면에 결합되고, 상부는 대차 프레임의 좌,우측 프레임 및 전,후방 윤축 가이드 빔의 좌,우측 상면과 연결되고,
   상기 전,후방 지지 링크는 2점 지지 링크와 3점 지지 링크로 이루어지고, 상기 전방 지지 링크의 하부는 림의 앞쪽 상면을 통해 연결되고 상부는 전방 윤축 가이드 빔과 연결되며, 상기 후방 지지 링크의 하부는 림의 뒷쪽 상면을 통해 연결되고 상부는 후방 윤축 가이드 빔과 연결되며,
   상기 좌,우측 견인 링크의 일단 부분은 림에 연결되고 타 일단 부분은 대차 프레임의 밑면에 연결되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 림 대차.
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