KR102636886B1

KR102636886B1 - 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조

Info

Publication number: KR102636886B1
Application number: KR1020210128519A
Authority: KR
Inventors: 박준혁
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2021-09-29
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2024-02-15
Also published as: KR20230045797A

Abstract

본 발명은 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄성조인트의 제작공차 및 시간이 경과함에 따라 발생하는 강성 변화에 대응하여 탄성조인트의 교체없이 강성 조정이 가능한 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 피봇하우징, 링크암, 탄성조인트, 클램핑 블록을 포함하는 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조에 있어서, 상기 탄성조인트의 축과 피봇하우징의 홈 사이에 쐐기블록이 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조 {Linkarm type suspension mounting structure for railway vehicle}

본 발명은 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄성조인트의 제작공차 및 시간이 경과함에 따라 발생하는 강성 변화에 대응하여 탄성조인트의 교체없이 강성 조정이 가능한 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조에 관한 것이다.

일반적으로 철도 차량용 객차 대차의 대차 프레임(10)의 단부에는 철도 차량의 충격을 흡수하기 위한 1차 현가장치(20)가 대차 프레임(10)의 단부에 설치된다.

1차 현가장치(20)는 도 1 에 도시된 바와 같이 일단부가 프레임(10)에 고정되며 타단부가 액슬(30)을 지지하는 탄성조인트(40)와, 탄성조인트(40)와 프레임(10)의 사이에 설치되는 코일 스프링(50)과, 일단부가 프레임(10)의 선단부에 고정되고 타단부가 탄성조인트(40)에 고정되는 수직댐퍼(60)로 이루어진다.

탄성조인트(40)는 요구되는 부품수가 많아지게 되고 조립작업이 매우 번거롭게 되어 조립 및 유지보수의 효율이 감소하며 제조단가도 증가하는 문제점이 존재하고 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 한국 등록특허 제10-0831656호에는 링크암 방식 현가장치의 설치구조로 객차 대차용 현가장치의 탄성 조인트 취부구조가 나타나 있는데, 그 구성은 도 2에 도시한 바와 같이 액슬박스(1)와 일체형인 링크암(6)이 있으며 하단부가 편평한 형상으로 되어 있고 편평부의 중심에 형성된 일방이 개방된 홈을 가진 피봇하우징(5)에 이 링크암(6)의 단부에 설치된 탄성조인트(2)가 끼워지는 형태이다.

이때, 탄성조인트(2)는 원형형상을 가진 핀(3)을 구비하고 있으며 이 핀(3)의 하측 양 단부에는 핀(3)의 길이방향으로 부분적으로 절단된 단차부가 형성되어 있다.

따라서, 피봇하우징(5) 하단부에 형성된 반원형 홈에 이 핀(3)의 원형 형상부가 끼워지고 피봇하우징(5)의 하단부에는 직사각형 모양의 클램핑 블록(4)이 체결된다.

이와 같은 구조에 의해 철도차량용 링크암 방식 현가장치는 열차의 주행방향으로는 탄성조인트(2)의 반경방향 강성, 좌우방향은 탄성조인트(2)의 축방향 강성, 상하방향은 액슬박스 상부의 코일스프링에 의해 지지된다.

직사각형 모양의 클램핑 블록(4)은 하측 양 단부가 절단된 핀(3)이 피봇하우징(5)에 대하여 핀(3)의 길이방향으로 회전하는 것을 구속하여 링크암(6)과 일체형인 액슬박스(1)의 상하운동을 코일스프링의 강성 외에 탄성조인트(2)의 회전(rotational) 강성이 작용하도록 한다.

또한, 클램핑 블록(4)을 탈거하면 링크암(6)과 일체인 액슬박스(1)와 액슬박스내 베어링에 지지되고 있는 윤축이 쉽게 대차프레임에서 분리되어 유지보수가 용이하도록 한다.

하지만, 종래의 구조는 링크암 방식 액슬박스 및 윤축을 대차프레임에서 분해하기 용이하여 유지보수 측면에서 우수하고, 주행시의 안정적인 주행 특성을 나타내지만, 급곡선 구간이나 구배 변동이 심한 완화곡선 같은 천이 구간을 주행하는 경우에는 적응성이 저하되는 문제점이 있으며, 특히 링크암(6)에 내삽되는 탄성조인트(2)는 강성특성의 제작공차가 ±20% 정도로 커서 설계시 고려한 강성특성과 일치시키기 어려운 경우가 발생하며 고무재료의 특성상 시간이 경과 하면 강성특성이 변하여 차량의 주행특성에 영향을 주게 되어 기준값을 초과하였을 경우에는 탄성조인트(2)를 교체하여야 하는 등의 문제점이 있었다.

한국 등록특허 제10-0831656호 한국 등록특허 제10-1998591호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 탄성조인트의 제작공차 및 시간이 경과함에 따라 발생하는 강성 변화에 대응하여 탄성조인트의 교체없이 강성 조정이 가능한 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 대차프레임으로부터 링크암 방식 액슬박스를 쉽게 탈거할 수 있어 윤축의 탈거가 필요한 유지보수 작업을 용이하게 하는 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 탄성조인트 교체 없이 쐐기블록이 일체로 형성된 클램핑 블록 또는 쐐기블록의 교체를 통해 쉽게 동적특성의 조정이 가능하여 유지보수 비용 및 시간을 줄일 수 있는 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 쐐기블록이 일체로 형성된 클램핑 블록 또는 쐐기블록으로 지지 강성을 조정할 수 있을 때까지 탄성조인트를 사용할 수 있어 탄성조인트 교체비용을 절감할 수 있는 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조를 제공하는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은; 피봇하우징, 링크암, 탄성조인트, 클램핑 블록을 포함하는 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조에 있어서, 상기 탄성조인트의 축과 피봇하우징의 홈 사이에 쐐기블록이 구비되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 쐐기블록은 상기 클램핑 블록에 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 쐐기블록은 상기 클램핑 블록에 연결되는 연결부의 너비(d), 높이(h)에 의해 강성(stiffness)이 설정되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 쐐기블록은 상기 탄성조인트의 축과 피봇하우징의 홈 사이에 대응되는 형상으로 형성되어 유격없이 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 쐐기블록은 강체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 탄성조인트의 축은 경사면을 갖는 다각형으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄성조인트의 축은 상광하협의 사다리꼴 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 탄성조인트의 축은 상협하광의 사다리꼴 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 탄성조인트의 제작공차 및 시간이 경과함에 따라 발생하는 강성 변화에 대응하여 탄성조인트의 교체없이 강성 조정이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 대차프레임으로부터 링크암 방식 액슬박스를 쉽게 탈거할 수 있어 윤축의 탈거가 필요한 유지보수 작업을 용이하게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 탄성조인트 교체 없이 쐐기블록이 일체로 형성된 클램핑 블록 또는 쐐기블록의 교체를 통해 쉽게 동적특성의 조정이 가능하여 유지보수 비용 및 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 쐐기블록이 일체로 형성된 클램핑 블록 또는 쐐기블록으로 지지 강성을 조정할 수 있을 때까지 탄성조인트를 사용할 수 있어 탄성조인트 교체비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 종래기술에서의 현가장치가 대차 프레임에 장착된 상태를 도시하는 도면.
도 2는 종래의 객차 대차용 현가장치의 탄성 조인트 취부구조의 탄성조인트에 대한 분해사시도.
도 3은 본 발명에 따른 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조를 도시한 분리사시도.
도 5는 본 발명에 따른 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조를 개념적으로 도시한 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조를 모델링한 개략도.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조의 다른 실시 예를 개념적으로 도시한 단면도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 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 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명에 따른 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조를 도시한 분리사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조를 개념적으로 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조를 모델링한 개략도이고, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조의 다른 실시 예를 개념적으로 도시한 단면도이다.

본 발명은 탄성조인트의 제작공차 및 시간이 경과함에 따라 발생하는 강성 변화에 대응하여 탄성조인트의 교체없이 강성 조정이 가능한 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조에 관한 것으로, 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 크게 철도차량의 대차프레임에 설치되며 하부가 개방된 홈(110)이 형성된 피봇하우징(110), 철도차량의 윤축이 구비되는 액슬박스(200)의 일측으로 연장 형성되는 링크암(210), 상기 링크암(210)의 단부에 형성된 관통공(212)에 결합되는 탄성조인트(300), 상기 탄성조인트(300)의 축(310) 하부를 커버하도록 구비되어 상기 피봇하우징(100)에 고정수단(410)에 의해 고정 설치되는 클램핑 블록(400)을 포함하는 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조에 있어서, 상기 탄성조인트(300)의 축(310)과 피봇하우징(100)의 홈(110) 사이에 구비되어 축(310)을 고정하기 위한 쐐기블록(500)이 구비되며, 상기 탄성조인트(300)의 강성변화에 대응하여 탄성조인트(300)의 교체 없이 쐐기블록(500)을 교체함으로써 강성을 조정할 수 있게 되는 것이다.

이때, 상기 피봇하우징(110), 링크암(210), 탄성조인트(300), 클램핑 블록(400)의 구성은 공지의 기술이므로 그에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

다만, 종래에는 원호 형상으로 형성되는 탄성조인트(2)의 축(3)이 피봇하우징(5)의 원호 형상의 홈과 클램핑 블록(4)에 의해 고정되는 것인데 비해, 본 발명은 피봇하우징(100)의 홈(110)이 사각 형상으로 형성되며, 상기 탄성조인트(300)의 축(310)이 경사면을 갖는 다각형 형상, 도면에서는 상광하협의 사다리꼴 형상으로 형성되는 사이에 형성되는 공간 양측에 쐐기블록(500)을 구비하여 탄성조인트(300)의 축(310)을 고정할 수 있도록 하는 것이다.

이때, 상기 쐐기블록(500)은 상기 클램핑 블록(400)에 쐐기 형상으로 한 쌍이 일체로 금속 등으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 쐐기블록(500)은 상기 피봇하우징(100)의 홈(110) 내주면과 미소하게 유격이 형성되는 크기로 형성된다.

그래서, 상기 클램핑 블록(400)을 볼트 등의 고정수단(410)에 의해 피봇하우징(100)에 고정하는 힘에 의해 쐐기블록(500)의 사이에 탄성조인트(300)의 축(310)이 유입될 때 축(310)의 경사면을 따라 쐐기블록(500)이 양측으로 미소 변형되어 벌어지면서 발생하는 쐐기블록(500)의 탄성력에 의해 탄성조인트(300)의 축(310)을 고정 설치할 수 있게 되는 것이다.

아울러, 상기 쐐기블록(500)이 미소 변형되어도 상기 피봇하우징(100)의 홈(110) 내주면과는 유격이 여전히 형성된 상태가 되는 크기로 쐐기블록(500)이 형성됨으로써 링크암(210)에 전후 방향으로 외력 작용 시 쐐기블록(500)이 추가적으로 미소 변형이 이루어질 수 있도록 함이 바람직하다.

여기서, 도 6에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조의 탄성조인트(300)와 쐐기블록(500)을 강성 요소로 모델링한 개략도로 살펴보면, 탄성조인트(300)의 축(310)을 중심으로 탄성조인트(300)의 반경방향 강성(kr)은 쐐기블록(500)의 강성(kw)과 직렬로 연결되어 있고, 두 개의 쐐기블록(500)의 강성(kw)은 서로 병렬로 연결된다.

즉, 링크암(210)에 전후 방향으로 외력이 작용하여 축(310)에 전후 방향으로 힘이 작용하면, 탄성조인트(300)는 링크암(210)의 관통공(212) 내부에서 외력 작용방향으로 변형이 이루어지고, 축(310)이 지지되는 쐐기블록(500)도 외력 작용방향으로 미소 변형이 이루어지므로, 축(310)을 중심으로 탄성조인트(300)의 반경방향 강성(kr)과 쐐기블록(500)의 강성(kw)은 서로 직렬로 연결된 것과 동일하게 작용되는 것이다.

또한, 링크암(210)에 전후 방향으로 외력이 작용하여 축(310)에 전후 방향으로 힘이 작용하면, 한 쌍의 쐐기블록(500)이 각각 외력 작용방향으로 미소변형이 이루어짐에 따라 축(310)에 대해 서로 동일한 크기의 힘이 같은 방향으로 추가로 작용하게 되는 것으로 한 쌍의 쐐기블록(500)의 강성(kw)이 축(310)에 대해 병렬로 연결된 것과 동일하게 작용하는 것이다.

따라서, 액슬박스(200)를 지지하는 전체 전후 방향 강성(keq)은 다음의 관계식을 갖는다.

즉, 탄성조인트(300)의 강성(kr)을 변경하지 않고 쐐기블록(500)의 강성(kw)을 조정함으로써 링크암 방식 액슬박스(200)를 지지하는 강성(keq)를 조정할 수 있는 것으로, 쐐기블록의 강성(kw)은 도 5에 도시한 바와 같이 쐐기블록(500)이 클램핑 블록(400)에 연결되는 연결부의 너비(d), 높이(h) 등 기하학적 치수 설계를 통해 설정이 가능하다.

상기와 같은 구성에 의해 탄성조인트(300)의 강성이 제작공차 등에 의해 설계값과 다르거나 시간이 지나면서 변화하여 링크암 방식 액슬박스(200)를 지지하는 강성을 조정하여야 하는 경우 적합한 강성을 갖는 쐐기블록(500)이 구비된 클램핑 블록(400)만 교체함으로써 이를 쉽게 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 유지보수 비용 및 시간을 줄일 수 있고, 쐐기블록(500)으로 지지 강성을 조정할 수 있을 때까지 동일한 탄성조인트(300)를 사용할 수 있어 탄성조인트 교체비용을 절감할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조의 쐐기블록(500)에 의한 수직방향의 분력은 수평방향 복원력과 유사한 원리로 상하방향 강성으로 작용을 하여, 곡선 구간이나 구배 변동이 심한 완화곡선 같은 천이 구간에서 등록특허 제10-1998591호와 같이 윤축의 롤(roll) 운동을 허용하여 천이 구간에서의 윤중감소를 완화시키는 효과를 갖는다.

한편, 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조에 따르면, 쐐기블록(500')은 클램핑 블록(400)과 별도로 구비될 수도 있다.

이때, 상기 쐐기블록(500')은 합성수지, 고무, 실리콘 등 탄성을 갖는 재질로 이루어져 상기 피봇하우징(100)의 홈(110)과 탄성조인트(300)의 축(310) 사이에 대응되는 형상으로 형성되어 유격없이 설치될 수 있다.

그래서, 탄성조인트(300)의 강성이 제작공차 등에 의해 설계값과 다르거나 시간이 지나면서 변화하여 링크암 방식 액슬박스(200)를 지지하는 강성을 조정하여야 하는 경우 탄성력이 다른 쐐기블록(500')으로 교체함으로써 탄성조인트(300)의 교체 없이도 링크암 방식 액슬박스(200)를 지지하는 강성을 조정할 수 있게 되는 것이다.

한편, 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조에 따르면, 상기 탄성조인트(300')의 축(310')은 상협하광의 사다리꼴 형상으로 형성되고, 상기 쐐기블록(500')은 상기 피봇하우징(100)의 홈(110) 상부에 대응되도록 구성할 수도 있다.

여기서, 상기 탄성조인트(300)의 축(310)은 사다리꼴 외에 육각형 등 경사면을 갖는 다각형으로 변형이 가능함은 물론이다.

한편, 본 발명에 따른 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조의 다른 실시 예에 따르면, 상기 클램핑 블록(400)에 일체로 구비되는 쐐기블록(500)을 피봇하우징(100)의 홈(110) 내측면에 유격 없이 제작하거나 쐐기블록(500')을 강체로 제작하는 경우 탄성조인트(300)의 강성만으로 링크암 방식 액슬박스(200)를 지지하는 강성의 조절이 가능하도록 구성할 수도 있다.

따라서, 본 발명에 따른 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조에 의하면, 탄성조인트(300)의 제작공차 및 시간이 경과함에 따라 발생하는 강성 변화에 대응하여 탄성조인트(300)의 교체없이 강성 조정이 가능할 뿐만 아니라, 대차프레임으로부터 링크암 방식 액슬박스(200)를 쉽게 탈거할 수 있어 윤축의 탈거가 필요한 유지보수 작업을 용이하게 하며, 탄성조인트(300) 교체 없이 쐐기블록(500)이 일체로 형성된 클램핑 블록(400) 또는 쐐기블록(500')의 교체를 통해 쉽게 동적특성의 조정이 가능하여 유지보수 비용 및 시간을 줄일 수 있고, 쐐기블록(500)이 일체로 형성된 클램핑 블록(400) 또는 쐐기블록(500')으로 지지 강성을 조정할 수 있을 때까지 탄성조인트(300)를 사용할 수 있어 탄성조인트(300)의 교체비용을 절감할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

100: 피봇하우징 110: 홈
200: 액슬박스 210: 링크암
212: 관통공 300: 탄성조인트
310: 축 320: 탄성부재
400: 클램핑블록 410: 고정수단
500,500': 쐐기블록

Claims

피봇하우징, 링크암, 탄성조인트, 클램핑 블록을 포함하는 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조에 있어서,
상기 탄성조인트의 축과 피봇하우징의 홈 사이에 쐐기블록이 구비되되,
상기 쐐기블록은 상기 클램핑 블록에 일체로 형성되며,
상기 쐐기블록은 상기 클램핑 블록에 연결되는 연결부의 너비(d), 높이(h)에 의해 강성(stiffness)이 설정되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조.
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제 1항에 있어서,
상기 쐐기블록은 상기 탄성조인트의 축과 피봇하우징의 홈 사이에 대응되는 형상으로 형성되어 유격없이 설치되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조.
제 1항에 있어서,
상기 쐐기블록은 강체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조.
제 1항에 있어서,
상기 탄성조인트의 축은 경사면을 갖는 다각형으로 형성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조.
제 1항에 있어서,
상기 탄성조인트의 축은 상광하협의 사다리꼴 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조.
제 1항에 있어서,
상기 탄성조인트의 축은 상협하광의 사다리꼴 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 링크암 방식 현가장치 설치구조.