KR102671648B1 - 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조 - Google Patents

철도 차량용 차륜 답면 형상 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도 차량 내측 방향 끝단의 차륜 외주면 일부가 차륜 반경 외측 방향으로 융기되어 형성되고 철도 차량 내측 방향 끝단으로부터 반경이 변화하는 곡선 프로파일 단면을 이루는 플랜지부, 철도 차량 외측 방향 플랜지부 끝단과 연결되고 플랜지부로부터 철도 차량 외측 방향을 따라 반경이 변화하는 곡선 프로파일 단면을 형성하는 플랜지 천이부, 철도 차량 외측 방향 플랜지 천이부 끝단과 연결되고 1/20 기울기의 직선 프로파일 단면을 형성하는 답면부, 철도 차량 외측 방향 답면부 끝단과 연결되고 1/15 기울기의 직선 프로파일 단면을 형성하는 답면 천이부로 구성되는 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조에 관한 것이다.

Description

철도 차량용 차륜 답면 형상 구조 {Wheel Tread Profile Structure for Railway-Vehicle}
본 발명은 철도 차량에 장착되어 철도 차량의 구동력을 레일로 전달하는 차륜의 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철도 차량 내측 방향 끝단의 차륜 외주면 일부가 차륜 반경 외측 방향으로 융기되어 형성되고 철도 차량 내측 방향 끝단으로부터 반경이 변화하는 곡선 프로파일 단면을 이루는 플랜지부, 철도 차량 외측 방향 플랜지부 끝단과 연결되고 플랜지부로부터 철도 차량 외측 방향을 따라 반경이 변화하는 곡선 프로파일 단면을 형성하는 플랜지 천이부, 철도 차량 외측 방향 플랜지 천이부 끝단과 연결되고 1/20 기울기의 직선 프로파일 단면을 형성하는 답면부, 철도 차량 외측 방향 답면부 끝단과 연결되고 1/15 기울기의 직선 프로파일 단면을 형성하는 답면 천이부로 구성되는 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조에 관한 것이다.
일반적으로 철도는 승객이나 물자를 대량으로 빠르게 운송하기 위한 궤도 시설을 일컬으며, 지면 상에 평행하게 배치된 한 쌍의 레일(2)이 철도 차량(1)의 양 측면을 따라 대향 배치된 차륜(10) 진행 방향을 안내하여, 철도 차량(1)의 직선 또는 곡선 주행이 가능하도록 한다.
도 1에서 도시하는 바와 같이 차륜(10)은 철도 차량(1)의 동력원과 연결되는 차축의 양 끝단에 각각 장착되고, 철도 차량(1) 동력원의 구동력이 차축을 통해 차륜(10)으로 전달되며, 레일(2)과 차륜(10)간 접촉면의 마찰력에 의해 레일(2) 상에서 차륜(10)의 구름 운동이 이루어져, 철도 차량(1)이 레일(2)을 따라 주행할 수 있다.
도 2에서 도시하는 바와 같이 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 형성된 림(rim,13) 외주면 표면에는 레일(2)과 접촉하는 답면(wheel tread)이 형성되고, 철도 차량(1)의 주행 중 차륜(10)이 레일(2)로부터 이탈하는 것을 방지하기 위해, 양측 차륜(10)의 철도 차량(1) 내측 방향 답면이 차륜(10) 반경 외측 방향으로 돌출되어 플랜지(flange)가 형성된다.
철도 차량(1)에는 철도 차량(1)의 진행 방향을 제어하기 위한 별도의 조향 장치가 적용되지 않으며, 양측 차륜(10)이 차축과 일체로 형성되어 동일한 속도로 회전하도록 구성되므로, 철도 차량(1)의 선회 주행 중 양측 레일(2)의 회전 반경 크기 차이에 따른 양측 차륜(10)의 회전 수 차이를 보상하기 위하여, 레일(2)과 접촉하는 차륜(10)의 답면에 테이퍼(taper)를 형성한다.
차륜(10) 답면에 형성된 테이퍼는 철도 차량(1) 내측 방향의 차륜(10) 답면 직경이 철도 차량(1) 외측 방향의 차륜(10) 답면 직경보다 크게 이루어지는 구배를 형성한다.
철도 차량(1)이 레일(2)의 곡선 구간에 진입하면서 발생하는 관성에 의해 주행 방향과 반대 방향(좌측 또는 우측 중 어느 한 방향)으로 철도 차량(1)이 쏠리게 되며, 철도 차량(1) 쏠림 방향에서 레일(2)과 접촉하는 차륜(10)의 답면 직경이, 철도 차량(1) 쏠림 반대 방향에서 레일(2)과 접촉하는 차륜(10)의 답면 직경보다 크게 형성되어, 철도 차량(1) 쏠림 방향의 차륜(10)이 철도 차량(1) 쏠림 방향 반대측 차륜(10)보다 더 많은 거리를 이동하려는 힘이 작용하면서, 철도 차량(1)이 곡선 구간 주행 안정성을 향상시키게 된다.
국내에서 운행 중인 철도 차량(1)은 디젤 기관을 동력원으로 하는 내연 기관 열차와, 전동기를 동력원으로 하는 전동차로 이루어지며, 특히 전동차의 경우 답면 테이퍼에 1/20 구배가 적용된 차륜(10)이 주로 적용된다.
국내 운행 중인 전동차에는, 도 4와 도 5에서 각각 도시하는 두 가지 종류의 프로파일 단면 형상이 적용된 차륜(10)이 적용되며, 도 4에서 도시하는 직경 16mm의 단일 원호로 이루어진 원추형 곡선 프로파일의 플랜지 단면과, 플랜지와 답면의 경계부 단면 프로파일 형상이 직경 18mm의 단일 원호로 이루어진 차륜(10a), 또는 도 5에서 도시하는 철도 차량(1) 내측 방향으로부터 외측 방향을 따라 반경이 16mm, 15.88mm로 변화하는 원호로 이루어진 곡선 프로파일의 플랜지 단면과, 플랜지와 답면의 경계부 단면 반경이 11.11mm, 37.31mm, 297.26mm로 변화하는 다수의 원호로 이루어진 차륜(10b)로 구분할 수 있다.
단일 원호 원추형 곡선 프로파일의 플랜지가 적용된 차륜(10a)은 직선 선로 구간에서 철도 차량(1) 고속 주행 시, 철도 차량(1)의 주요 탈선 원인인 사행동(snake motion)을 억제하여, 우수한 주행 안정성을 가지는 장점을 가지지만, 좌우측 차륜(10a)의 구름 반경차가 상대적으로 작게 형성되어, 곡선 선로 구간에서 주행 성능이 저하되며, 레일(2)과 차륜(10a)간 접촉면에서 미끄러짐이 발생하면서 차륜(10a) 마모 발생량이 증가하는 단점을 가진다.
반면에 반경이 변화하는 원호로 이루어진 곡선 프로파일의 플랜지가 적용된 차륜(10b)은 등가 답면 구배가 크게 형성되어, 곡선 선로 구간에서 철도 차량(1)의 주행 성능이 향상되어, 차륜(10b) 마모 발생량이 감소하는 장점을 가지지만, 직선 선로 구간에서 주행 시 철도 차량(1)의 고속 주행 안정성이 저하되고, 사행동 발생 속도가 낮아진다는 단점을 가진다.
직선 또는 곡선 선로 구간에서의 주행 성능은 철도 차량(1)의 물리 운동 측면에서 서로 양립할 수 없는 요소를 포함하기 때문에, 직선 선로 구간 주행 성능과 곡선 선로 구간 주행 성능을 동시에 향상시킬 수 있는 차륜(10)의 플랜지 및 답면 프로파일 형상은 존재하기 어려우며, 철도 차량(1)이 운행되는 전동차 노선에 포함되는 직선 및 곡선 선로 구간의 형성 비율에 따라 알맞은 차륜(10a,10b)을 선택적으로 적용하게 된다.
따라서 철도 차량(1)의 탈선이 발생 방지 및 사행동 발생 억제를 통한 높은 주행 안정성 확보와, 철도 차량(1)이 철도 갈래에서 레일(2)의 방향을 전환하는 분지기 통과 시 발생하는 문제를 방지하여 안전 사고 발생을 방지하고, 레일(2)과의 접촉면 마모량 감소를 통한 차륜(10) 내구 수명 증가 및 차륜(10)의 균일한 마모 발생 유도에 따른 차륜(10) 단면 프로파일 형상 변화 최소화를 통해 유지 보수 비용 절감을 이룰 수 있는 차륜(10)의 플랜지 및 답면 형상을 개발할 필요가 있다.
특히, 한국철도학회에서 발행한 도시철도차량 차륜마모 특성 및 유지보수기준에 관한 연구(2008.06.12.)에 따르면, 2004년에서 2006년 사이에 서울메트로에서 운영 중인 철도 차량(1)의 차륜(10) 마모에 의해 차륜(10)에 발생하는 단면찰상과 박리 등의 각종 결함을 제거하기 위해 수행하는 삭정(wheel turning)은 주로 플랜지에서 집중적으로 이루어졌으며, 플랜지에 발생한 1mm 깊이의 마모를 보상하기 위한 삭정 작업 시 평균 4~5mm의 차륜(10) 반경 감소가 이루어졌다.
차륜(10) 마모량이 동일하게 발생하더라도, 차륜(10)의 플랜지 및 답면에서 균일하게 마모가 이루어지는 경우에 비해, 플랜지 또는 답면의 특정 부위에서 집중적으로 마모가 이루어지는 경우가, 차륜(10)의 마모 깊이가 크게 형성되므로, 차륜(10)의 삭정 주기가 감소하는 동시에 삭정되는 깊이가 증가하여, 차륜(10)의 교체 주기가 짧아지게 되어, 차륜(10)의 유지 보수 비용이 증가하게 된다.
위와 같은 문제를 방지하기 위하여, 대한민국 공개특허공보 제10-1998-057554호(1998.09.25. 공개)에서는 차륜의 답면이 레일과 한 점에서 접촉하여, 철도 차량 주행 중 레일과 접촉하는 답면 면적을 증가시켜 마모량을 감소시킬 수 있는 철도 차량용 차륜의 답면 프로파일 구조를 제안하고 있으나, 제안된 답면 프로파일 구조에서는 차륜의 플랜지 및 답면의 단면 형상 프로파일 규격이 구체적으로 제시되지 않아, 직선 및 곡선 선로 구간에서의 주행 성능을 동시에 확보할 수 있는 최적의 단면 형상 프로파일을 적용하는데 어려움이 있었다.
또한, 중국 등록특허공보 제109484429호(2021.11.23.등록)에서는 반경이 350mm에서 500mm로 변화하는 호로 이루어지는 플랜지와, 테이퍼 구배가 1/12.5에서 1/8로 변화하는 답면, 그리고 플랜지와 답면의 전환부 반경이 16mm에서 200mm로 변화하는 호로 구성된 고온 및 저온 지역에 폭넓게 적용할 수 있는 고속 철도 차륜 답면 구조를 제안하고 있다.
그러나 각 국가별로 철도 선로로 운용하는 레일(2)은 서로 상이한 규격을 가지므로, 중국 내에서 운용하는 레일(2)용으로 개발된 상기 고속 철도 차륜 답면 구조를 국내 전동차용 차륜(10) 단면 프로파일에 채용할 수 없으며, 국내에서 운용 중인 전동차용 레일(2)의 형상 구조에 적합한 신규의 차륜(10)의 플랜지 및 답면 형상을 개발할 필요성이 높아지고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-1998-057554호 (1998.09.25. 공개) 중국 등록특허공보 제109484429호 (2021.11.23. 등록)
한국철도학회, 도시철도차량 차륜마모 특성 및 유지보수기준에 관한 연구 (2008.06.12.발행)
본 발명의 실시 예에서는 국내에서 운용 중인 전동차용 레일의 형상 구조에 적합한 플랜지 및 답면 형상이 적용된 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조를 제안하여, 직선 및 곡선 선로 구간에서의 주행 성능을 동시에 확보할 수 있는 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에서는 차륜의 플랜지 및 답면에서 균일한 마모가 이루어지도록 하여, 차륜의 삭정 주기가 감소 및 삭정이 이루어지는 깊이를 줄임으로써, 차륜의 교체 주기를 늘리고, 이에 따라 차륜의 유지 보수 비용 절감을 이룰 수 있는 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조의 일 실시 예는 철도 차량 하부에 장착되어 레일 상부에 안착되고, 철도 차량의 구동력을 레일로 전달하며, 디스크 형상을 이루는 차륜; 철도 차량 내측 방향 끝단의 차륜 외주면 일부가 차륜 반경 외측 방향으로 융기되어 형성되고, 30~34mm의 폭을 가지며, 철도 차량 내측 방향 끝단으로부터 외측 방향을 따라 차륜 반경이 증가하는 영역과 차륜 반경이 증가 후 감소하는 영역 및 차륜 반경이 감소하는 영역으로 이루어지되, 차륜 반경이 증가하는 영역의 곡률 반경은 20~21mm, 차륜 반경이 증가 후 감소하는 영역의 곡률 반경은 11~13mm, 차륜 반경이 감소하는 영역의 곡률 반경은 18~22mm 범위 내에서 순차적으로 변화하는 곡선 프로파일 단면을 이루는 플랜지부; 철도 차량 외측 방향 플랜지부 끝단과 연결되고, 30~32mm의 폭을 가지며, 플랜지부로부터 철도 차량 외측 방향을 따라 형성된 제1 천이 영역과 제2 천이 영역 및 제3 천이 영역으로 이루어지되, 제1 천이 영역의 곡률 반경은 11~18mm, 제2 천이 영역의 곡률 반경은 39~40mm, 제3 천이 영역의 곡률 반경은 125~135mm 범위 내에서 순차적으로 변화하는 곡선 프로파일 단면을 형성하는 플랜지 천이부; 철도 차량 외측 방향 플랜지 천이부 끝단과 연결되고, 33~35mm의 폭을 가지며, 1/20 기울기의 직선 프로파일 단면을 형성하는 답면부; 철도 차량 외측 방향 답면부 끝단과 연결되고, 41~45mm의 폭을 가지며, 1/15 기울기의 직선 프로파일 단면을 형성하는 답면 천이부;로 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따르면 제1 천이 영역의 곡률 반경이 11~13mm일 때, 플랜지부와 플랜지 천이부간 경계부 직선 프로파일 기울기가 차륜 회전 중심축을 기준으로 80~82° 범위 내에서 철도 차량 외측 방향을 따라 하향 형성되고, 제1 천이 영역의 곡률 반경이 16~18mm일 때, 플랜지부와 플랜지 천이부간 경계부 직선 프로파일 기울기가 차륜 회전 중심축을 기준으로 65~67° 범위 내에서 철도 차량 외측 방향을 따라 하향 형성되며, 제1 천이 영역의 곡률 반경이 13mm 이상 16mm 이하일 때, 플랜지부와 플랜지 천이부간 경계부 직선 프로파일 기울기가 차륜 회전 중심축을 기준으로 67~80° 범위 내에서 철도 차량 외측 방향을 따라 하향 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따르면 차륜 폭 중심 지점을 기준으로 차륜 반경 외측 방향으로 돌출된 플랜지부의 최대 높이가 차륜 폭 중심 지점이 위치하는 답면부 표면으로부터 25~35mm 범위 내에서 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따르면 제1 천이 영역의 곡률 반경이 11~13mm일 때, 플랜지부의 최대 높이가 35mm로 형성되고, 제1 천이 영역의 곡률 반경이 16~18mm일 때, 플랜지부(110)의 최대 높이가 25mm로 형성되며, 제1 천이 영역의 곡률 반경이 13mm 이상 16mm 이하일 때, 플랜지부의 최대 높이가 25~35mm 범위 내에서 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따르면 상기 플랜지부는 31.57mm의 폭을 가지며, 차륜 반경 외측 방향으로 볼록한 곡선 형상을 이루는 플랜지부의 곡선 프로파일 단면 곡률 반경은, 차륜 반경이 증가하는 영역에서 20.5mm, 차륜 반경이 증가 후 감소하는 영역에서 12mm, 차륜 반경이 감소하는 영역에서 20mm로 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따르면 플랜지 천이부는 제1 천이 영역의 곡률 반경이 13mm, 제2 천이 영역의 곡률 반경이 39.72mm, 제3 천이 영역의 곡률 반경이 130mm로 이루어진 곡선 프로파일 단면을 형성한다.
본 발명의 실시 예에 따르면 상기 플랜지부의 차륜 반경이 증가하는 영역 곡률 반경 중심은 차륜 내측 방향 끝단으로부터 철도 차량 외측 방향으로 20.5mm, 차륜 폭 중심부 표면으로부터 차륜 반경 외측 방향을 따라 7.5mm 이격된 지점에 위치하고, 차륜 반경이 증가 후 감소하는 영역 곡률 반경 중심은 차륜 내측 방향 끝단으로부터 철도 차량 외측 방향으로 15mm, 차륜 폭 중심부 표면으로부터 차륜 반경 외측 방향을 따라 16mm 이격된 지점에 위치하며, 차륜 반경이 감소하는 영역 곡률 반경 중심은 차륜 내측 방향 끝단으로부터 철도 차량 외측 방향으로 11.44mm, 차륜 폭 중심부 표면으로부터 차륜 반경 외측 방향을 따라 8.84mm 이격된 지점에 위치한다.
본 발명의 실시 예에 따르면 플랜지 천이부(120)의 제1 천이 영역(S4-S5) 곡률 반경 중심은 차륜(10) 내측 방향 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 43.79mm, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 16.45mm 이격된 지점에 위치하고,
제2 천이 영역 곡률 반경 중심은 차륜 내측 방향 끝단으로부터 철도 차량 외측 방향으로 53.81mm, 차륜 폭 중심부 표면으로부터 차륜 반경 외측 방향을 따라 41.22mm 이격된 지점에 위치하며, 제3 천이 영역 곡률 반경 중심은 차륜 내측 방향 끝단으로부터 철도 차량 외측 방향으로 69.28mm, 차륜 폭 중심부 표면으로부터 차륜 반경 외측 방향을 따라 130.16mm 이격된 지점에 위치한다.
본 발명의 실시 예에 따르면 국내 철도용 선로로 설치된 레일 규격에 최적화된 프로파일을 차륜 단면 형상으로 적용함으로써, 철도 차량의 직선 및 곡선 선로 구간의 주행 성능 및 안정성을 동시에 확보하는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 현재 국내 전동차에 적용하여 운행 중인, 단일 원호 원추형 곡선 프로파일의 플랜지가 적용되어 사행동 억제 및 직선 선로 구간 고속 주행 안정성을 가지는 차륜과, 반경이 변화하는 원호로 이루어진 곡선 프로파일의 플랜지가 적용되어 곡선 선로 구간의 주행 안정성 확보 및 차륜 마모 발생량이 낮은 차륜의 레일과의 접촉점 분포 형태 및 등가 답면 구배의 중간 값을 가지는 단면 형상 프로파일을 차륜에 적용함으로써, 두 종류의 차륜의 장점이 고르게 발휘될 수 있는 차륜 프로파일을 제공하는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 레일과 접촉하는 차륜의 접촉면에서 발생하는 마모가 차륜 접촉면을 따라 고르게 이루어질 수 있도록 하여, 현재 운행 중인 국내 전동차에 적용된 기존의 차륜 단면 형상 프로파일 대비 차륜의 마모 깊이를 얕게 형성함으로써, 차륜 표면 결함 제거를 위해 수행하는 삭정 깊이를 감소시키고, 이에 따라 차륜 삭정 작업 주기 또는 차륜 교체 주기를 늘려 유지 보수 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다
도 1은 철도 차량의 차륜 형상 및 레일 형상의 접촉부 형상을 나타내는 도면이다.
도 2는 철도 차량의 차륜 단면 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 철도 차량 차륜의 삭정 작업을 통한 리프로파일링 전후 차륜 단면 프로파일 형상 변화를 나타내는 도면이다.
도 4는 비교 예 1에 따른 기존의 철도 차량 차륜 단면 프로파일 형상을 나타내는 도면이다.
도 5는 비교 예 2에 따른 기존의 철도 차량 차륜 단면 프로파일 형상을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 철도 차량 차륜 단면 프로파일 형상을 나타내는 도면이다.
도 7a는 비교 예 1에 따른 기존의 철도 차량 차륜과 레일간 접촉점 분포를 나타내는 도면이다.
도 7b는 비교 예 1에 따른 기존의 철도 차량 차륜의 횡방향 변위에 의한 등가 답면 구배 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8a는 비교 예 2에 따른 기존의 철도 차량 차륜과 레일간 접촉점 분포를 나타내는 도면이다.
도 8b는 비교 예 2에 따른 기존의 철도 차량 차륜의 횡방향 변위에 의한 등가 답면 구배 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 철도 차량 차륜과 레일간 접촉점 분포를 나타내는 도면이다.
도 9b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 철도 차량 차륜의 횡방향 변위에 의한 등가 답면 구배 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은 비교 예 1,2 및 본 발명의 제1 실시 예에 따른 철도 차량 차륜의 횡방향 변위에 의한 등가 답면 구배 변화를 통합하여 나타내는 그래프이다.
도 11은 비교 예 1,2 및 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차륜 구조가 각각 적용된 철도 차량의 121km/h 속도 주행 중, 철도 차량의 거동을 통한 주행 안정성 해석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 철도 차량의 곡선 선로 주행 중 비교 예 1,2 및 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차륜에 가해지는 횡방향 하중을 해석한 그래프이다.
도 13a는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 철도 차량 차륜과 레일간 접촉점 분포를 나타내는 도면이다.
도 13b 본 발명의 제3 실시 예에 따른 철도 차량 차륜과 레일간 접촉점 분포를 나타내는 도면이다.
도 14a는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 철도 차량 차륜의 횡방향 변위에 의한 등가 답면 구배 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14b는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 철도 차량 차륜의 횡방향 변위에 의한 등가 답면 구배 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14c는 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에 따른 철도 차량 차륜의 횡방향 변위에 의한 등가 답면 구배 변화 비교를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에 따른 철도 차량 차륜의 단면 프로파일의 플랜지 전이부 형상 및 이에 따라 변화된 답면부 및 답면 천이부 높이차를 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 16a는 접촉점 집중이 발생하는 철도 차량 차륜과 레일간 접촉점 분포 예시를 나타내는 도면이다.
도 16b는 접촉점이 적절하게 분배된 철도 차량 차륜과 레일간 접촉점 분포 예시를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다.
이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다.
그러나 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시 예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시 예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시 예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
도 1에서 도시하는 바와 같이 차륜(10)은 철도 차량(1)의 동력원과 연결되는 차축의 양 끝단에 각각 장착되고, 철도 차량(1) 동력원의 구동력이 차축을 통해 차륜(10)으로 전달되며, 레일(2)과 차륜(10)간 접촉면의 마찰력이 점착력으로 작용하여, 차륜(10)의 구동력이 점착력보다 크게 형성되는 경우 레일(2) 상에서 차륜(10)의 구름 운동을 발생시켜 철도 차량(1)이 레일(2)을 따라 주행할 수 있도록 한다.
또한, 철도 차량(1)의 구동력을 감소시키면 레일(2)과 차륜(10)간 점착력이 상대적으로 증가하게 되고, 레일(2)과 차륜(10)간 접촉면에서 미끄러짐이 발생하여, 차륜(10)이 레일(2)과의 접촉면을 따라 활주 이동하면서 철도 차량(1)의 감속이 발생하게 된다.
도 2에서 도시하는 바와 같이 차륜(10)은 차축이 연결되는 허브(hub,11), 허브(11)의 외주면에 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 형성되는 디스크(disc) 형상의 웹(web,12), 웹(12) 외주면에 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 형성되는 림(rim,13)으로 이루어진다.
림(13)은 레일(2)의 폭 보다 두꺼운 두께를 가지도록 차축의 폭 방향을 따라 확장되도록 형성되며, 레일(2)과 접촉하는 림(13) 외주면 표면을 답면(wheel tread)이라고 한다.
조향 장치를 통해 좌측 또는 우측으로 주행 방향을 전환하고, 차동 기어 시스템(differential gear system)을 통해 주행 방향에 따른 좌우측 회전 반경 차이만큼 양측 바퀴의 회전수를 독립적으로 제어하여 지면과의 슬립 발생을 방지할 수 있는 자동차와 달리, 철도 차량(1)에는 별도의 조향 장치가 장착되지 않으며, 양측 차륜(10)은 차축과 일체로 형성되어 동일한 속도로 회전하도록 구성된다.
이와 같이 철도 차량(1)의 주행은 전진 또는 후진 방향만 제어할 수 있는 1차원의 자유도를 가지고 있으므로, 레일(2)의 형성 방향을 따라 철도 차량(1)이 좌측 또는 우측으로 주행 방향을 전환하고, 좌우측 회전 반경 차이에 따른 양측 차륜(10)의 이동 거리를 보상할 수 있도록, 양측 차륜(10)의 답면에는 차축의 중심을 기준으로 서로 대칭하는 형상을 이루도록 테이퍼(taper)가 형성된다.
차륜(10) 답면의 테이퍼는 철도 차량(1) 내측 방향의 차륜(10) 답면 직경이 철도 차량(1) 외측 방향의 차륜(10) 답면 직경보다 크게 이루어지는 구배를 형성한다.
철도 차량(1)이 레일(2)의 곡선 구간에 진입할 때, 관성에 의해 주행 방향과 반대 방향(좌측 또는 우측 중 어느 한 방향)으로 철도 차량(1)의 쏠림이 발생하게 된다.
철도 차량(1)이 우향 곡선 구간에 진입하면, 철도 차량(1)의 좌측 쏠림이 발생하게 되며, 레일(2)과 접촉하는 좌측 차륜(10)의 답면 직경이 레일(2)과 접촉하는 우측 차륜(10)의 답면 직경보다 크게 형성되어, 레일(2) 상에서 좌측 차륜(10)이 우측 차륜(10)보다 더 많은 거리를 이동하려는 힘이 작용함과 동시에, 우측 차륜(10)에는 우측으로 끌어당겨지는 힘이 작용하면서, 양측 차륜(10)을 원래의 위치로 되돌리려는 힘이 발생하게 된다.
그리고 철도 차량(1)이 좌향 곡선 구간에 진입하는 경우 위와는 반대 방향으로 힘이 작용하게 된다.
철도 차량(1)의 주행 속도가 증가하거나 레일(2)의 곡선 구간 회전 반경이 작게 형성되는 경우, 철도 차량(1)의 좌측 또는 우측 쏠림량이 증가하면서 차륜(10)이 레일(2)로부터 이탈하면서 철도 차량(1)의 탈선이 발생할 수 있으므로, 양측 차륜(10)의 철도 차량(1) 내측 방향 답면이 차륜(10) 반경 외측 방향으로 돌출된 플랜지(flange)가 형성된다.
차륜(10)에 형성된 플랜지와 답면 및 플랜지와 답면을 잇는 연결부인 플랜지 천이부의 형상은 차륜(10) 단면 프로파일을 형성하며, 차륜(10) 단면 프로파일 형상에 따라 직선 또는 곡선 구간에서의 주행 특성과, 사행동 발생 억제 특성 및 차륜(10)의 표면 마모 발생 특성이 결정된다.
본 발명에 따른 철도 차량(1)용 차륜(10)의 답면 형상 구조는 직선 및 곡선 구간에서의 주행 성능을 일정 수준 이상 확보하는 동시에 사행동 발생을 억제하며, 차륜(10)의 표면 마모에 따른 유지 보수 비용을 절감할 수 있는 차륜(10) 프로파일의 단면 형상 구조를 제공한다.
본 발명의 실시 예에서는 도 6에서 도시하는 바와 같이 각 차륜(10)의 외주면에는 철도 차량(1) 내측 방향 끝단으로부터 외측 방향을 따라 플랜지부(110)와 답면부(130)가 형성되며, 플랜지부(110)와 답면부(130)의 경계부에 플랜지부(110) 및 답면부(130)를 연결하는 플랜지 천이부(120)가 형성되고, 철도 차량(1) 외측 방향 끝단에는 답면부(130)의 테이퍼 기울기가 변화하는 답면 천이부(140)가 형성된다.
플랜지부(110)는 철도 차량(1) 내측 방향 끝단의 차륜(10) 외주면 일부가 차륜(10) 반경 외측 방향으로 융기되어, 플랜지부(110)의 단면 형상이 차륜(10) 반경 외측 방향으로 볼록한 2차 곡선 형상을 이루는 곡선 프로파일을 형성하며, 플랜지부(110) 폭은 30~34mm의 범위 내에서 형성된다.
플랜지부(110)는 철도 차량(1) 내측 방향 끝단으로부터 외측 방향을 따라 차륜(10) 반경이 증가하는 영역(S1-S2)과, 차륜(10) 반경이 증가 후 감소하는 영역(S2-S3) 및 차륜(10) 반경이 감소하는 영역(S3-S4)으로 구성되어, 곡률 반경이 변화하는 단면 형상의 곡선 프로파일을 이루게 된다.
차륜(10) 반경이 증가하는 영역(S1-S2)의 플랜지부(110) 곡선 프로파일 곡률 반경은 20~21mm 범위 내에서 형성되고, 차륜(10) 반경이 증가 후 감소하는 영역(S2-S3)의 플랜지부(110) 곡선 프로파일 곡률 반경은 11~13mm 범위 내에서 형성되며, 차륜(10) 반경이 감소하는 영역(S3-S4)의 플랜지부(110) 곡선 프로파일 곡률 반경은 18~22mm 범위 내에서 형성된다.
플랜지 천이부(120)는 플랜지부(110)의 차륜(10) 반경이 감소하는 영역(S3-S4) 철도 차량(1) 외측 방향 끝단과 연결되고, 플랜지부(110)로부터 철도 차량(1) 외측 방향을 따라 차륜(10) 반경이 점차 작아지되, 차륜(10) 반경이 작아지는 기울기가 철도 차량(1) 외측 방향으로 갈수록 감소하도록 곡선 반경이 변화하는 단면 형상의 곡선 프로파일을 이루게 된다.
플랜지 천이부(120)의 폭은 30~32mm의 범위 내에서 형성되며, 플랜지부(110)와의 경계부로부터 철도 차량(1) 외측 방향을 따라 곡선 프로파일의 반경이 상이하게 형성된 3개의 천이 영역(S4-S5,S5-S6,S6-S7)으로 구성된다.
제1 천이 영역(S4-S5)의 플랜지 천이부(120) 곡선 프로파일 곡률 반경은 11~18mm 범위 내에서 형성되고, 제2 천이 영역(S5-S6)의 플랜지 천이부(120) 곡선 프로파일 곡률 반경은 39~40mm 범위 내에서 형성되며, 제3 천이 영역(S6-S7)의 플랜지 천이부(120) 곡선 프로파일 곡률 반경은 125~135mm 범위 내에서 형성된다.
플랜지부(110)와 플랜지 천이부(120)간 경계부에는 차륜(10) 회전 중심축을 기준으로 철도 차량(1) 외측 방향을 따라 하향하도록 기울어진 직선 프로파일이 형성된다.
플랜지부(110)와 플랜지 천이부(120)간 경계부 직선 프로파일 기울기는 차륜(10) 회전 중심축을 기준으로 65~82° 범위 내에서 형성된다.
플랜지부(110)와 연결되는 제1 천이 영역(S4-S5)의 곡선 프로파일 단면 곡률 반경이 11~13mm일 때 직선 프로파일 기울기는 80~82° 범위 내의 값을 가지고, 제1 천이 영역(S4-S5)의 곡선 프로파일 단면 곡률 반경이 16~18mm일 때, 직선 프로파일 기울기는 65~67° 범위 내의 값을 가지며, 제1 천이 영역(S4-S5)의 곡률 반경이 13mm 이상 16mm 이하일 때, 직선 프로파일 기울기는 67~80° 범위 내의 값을 가진다.
답면부(130)는 플랜지 천이부(120)의 철도 차량(1) 외측 방향 제3 천이 영역(S6-S7) 끝단과 연결되며, 1/20 기울기와 33~35mm의 폭을 가지는 직선 프로파일 단면을 형성하여, 철도 차량(1) 외측 방향을 따라 차륜(10)의 직경이 점진적으로 감소하는 테이퍼를 형성한다.
답면 천이부(140)는 답면부(130)의 철도 차량(1) 외측 방향 끝단과 연결되며, 1/15 기울기와 41~45mm의 폭을 가는 직선 프로파일 단면을 형성하여, 철도 차량(1) 외측 방향을 따라 차륜(10)의 직경이 점진적으로 감소하는 테이퍼를 형성하고, 답면 천이부(140)의 테이퍼 구배는 답면부(130)보다 크게 형성되어, 답면 천이부(140)에서 철도 차량(1) 외측 방향으로 차륜(10)의 직경이 감소하는 기울기가 답면부(130)에서 철도 차량(1) 외측 방향으로 차륜(10)의 직경이 감소하는 기울기보다 크게 형성된다.
1. 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조 비교 예 1
차륜(10a) 형상 구조 비교 예 1은 도 4에서 도시하는 바와 같이, 곡률 직경 16mm의 단일 원호로 이루어진 원추형 곡선 프로파일의 플랜지부(110a) 단면과, 1/20 구배의 답면부(130a)가 적용되며, 플랜지부(110a)와 답면부(130a)의 경계부에 형성된 플랜지 천이부(120a)의 단면 프로파일 형상이 곡률 직경 18mm의 단일 원호로 이루어진다.
비교 예 1의 형상 구조가 적용된 차륜(10a)은 도 7a에서 도시하는 바와 같이 레일(2)과의 접촉점 분포가 답면부(130a)와 레일(2)의 중심부 근처에 집중되며, 이에 따라 도 7b에서 도시하는 바와 같이 등가 답면 구배(equivalent conicity)가 작게 형성되어 직선 선로 구간에서 철도 차량(1) 고속 주행 시 사행동(snake motion)을 억제하여, 우수한 주행 안정성을 가지게 된다.
그러나, 비교 예 1의 형상 구조가 적용된 차륜(10a)은 서로 대칭하도록 배치된 좌우측 차륜(10a)의 구름 반경차가 상대적으로 작게 형성되어, 곡선 선로 구간에서 철도 차량(1) 주행 시, 관성에 의해 철도 차량(1) 주행 방향과 반대 방향(좌측 또는 우측 중 어느 한 방향)으로 철도 차량(1)의 쏠림이 발생하였을 때, 철도 차량(1) 쏠림이 발생한 방향의 차륜(10a)의 답면 직경이 쏠림 방향 반대측 차륜(10a)의 답면 직경보다 충분히 크게 형성되지 못하게 되며, 철도 차량(1) 쏠림 방향 차륜(10a)이 쏠림 방향 반대측 차륜(10a)보다 더 많은 거리를 이동하려는 힘의 크기와, 쏠림 방향 반대측 차륜(10a)으로 작용하는 쏠림 방향 반대측으로 끌어당겨지는 힘의 크기가 감소하게 된다.
이에 따라 양측 차륜(10a)을 원래의 위치로 되돌리려는 힘의 크기가 감소하게 되어, 철도 차량(1)의 곡선 주행 성능이 저하되며, 레일(2)과 차륜(10a)간 접촉면에서 미끄러짐이 발생하면서 차륜(10a) 마모 발생량이 증가하게 된다.
철도 차량(1)의 직선 또는 선회 주행 중 차륜(10)의 표면과 레일(2)간 마찰에 의해 레일(2)과의 접촉이 주로 이루어진 차륜(10) 표면의 특정 지점에서 마모가 발생하면서 차륜(10) 프로파일 단면 형상의 변화가 발생하게 되는데, 차륜(10) 단면 프로파일에 따라 차륜(10)과 레일(2)간 접촉 지점 분포가 변화하게 된다.
차륜(10)과 레일(2)간 접촉 지점 분포가 차륜(10)의 특정 지점에 집중하여 분포하는 경우, 차륜(10)과 레일(2)간 접촉 지점이 넓은 영역에 거쳐 분포하는 경우에 비해, 상대적으로 접촉이 집중되는 부위의 마모가 더욱 빠르게 발생한다.
차륜(10) 단면 프로파일을 형상은 현재 운용 중인 전동차용 레일(2) 형상 및 구조에 최적화된 구조를 이루므로, 차륜(10) 표면의 부분적인 마모 발생에 의해 차륜(10) 단면 프로파일의 변화가 발생하게 되면 해당 차륜(10)의 직선 또는 곡선 구간에서의 주행 특성과, 사행동 발생 억제 특성이 악화될 수 있어, 차륜(10) 단면 프로파일 형상을 일정 수준 이상으로 균일하게 유지하기 위하여, 차륜(10) 표면 전체를 마모 발생부 깊이 이상으로 균일하게 깎아내어 마모 발생 전 최초 차륜(10) 단면 프로파일과 동일한 단면 프로파일을 재형성하는 삭정을 수행하게 된다.
도 16a와 도 16b는 철도 차량(1) 주행 중 차륜(10)의 표면과 레일(2)간 접촉 발생 부위를 나타내는 예시로서, 도 16a에서는 차륜(10)과 레일(2)간 접촉점 분포가 차륜(10)의 특정 지점에 집중적으로 분포하고, 도 16b에서는 차륜(10)과 레일(2)간 접촉점 분포가 차륜(10) 표면의 넓은 영역에 거쳐 분산되어 분포한다.
도 16a와 같이 일부 지점에 접촉점 분포가 집중 형성되는 경우, 도 16b와 같이 넓은 영역에 거쳐 접촉점 분포가 형성되는 경우에 비하여 접촉점이 집중된 차륜(10) 표면에서 마모가 더욱 빠르게 발생하며, 마모된 깊이가 상대적으로 증가하여, 차륜(10)의 삭정 주기가 감소하는 동시에 삭정되는 깊이가 증가하여, 차륜(10)의 교체 주기가 짧아지게 되어, 차륜(10)의 유지 보수 비용이 증가하게 된다.
특히, 비교 예 1의 차륜(10a)의 경우, 도 7a에서 도시하는 바와 같이 레일(2)과의 접촉점 분포가 답면부(130a)와 레일(2)의 중심부 근처에 집중되어, 레일(2)의 중심부 대응 위치 및 답면부(130a)에서 마멸이 빠르게 발생하고, 마멸 깊이가 깊게 형성되므로, 차륜(10a)의 단면 프로파일을 유지하기 위한 삭정 작업 주기가 감소하고, 삭정되는 깊이가 증가하면서 유지 보수 비용이 증가하게 된다.
2. 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조 비교 예 2
차륜(10b) 형상 구조 비교 예 2는 도 5에서 도시하는 바와 같이, 철도 차량(1) 내측 방향으로부터 외측 방향을 따라 곡률 반경이 16mm, 15.88mm로 변화하는 원호로 이루어진 곡선 프로파일의 플랜지부(110b) 단면과, 1/20 구배의 답면부(130b)가 적용되며, 플랜지부(110b)와 답면부(130b)의 경계부에 형성된 플랜지 천이부(120b)의 단면 프로파일 형상은 플랜지부(110b)와의 경계부로부터 답면부(130b) 방향을 따라 곡률 반경이 11.11mm, 37.31mm, 297.26mm로 변화하는 다수의 원호로 이루어진다.
비교 예 2의 형상 구조가 적용된 차륜(10b)은 도 8a에서 도시하는 바와 같이 레일(2)과의 접촉점 분포가 플랜지 천이부(120b)와 레일(2)의 내측면에 집중되며, 이에 따라 도 8b에서 도시하는 바와 같이 등가 답면 구배가 비교 예 1의 차륜(10a)보다 크게 형성되어, 곡선 선로 구간에서 철도 차량(1) 선회 주행 시 서로 대칭하도록 배치된 좌우측 차륜(10b)의 구름 반경차가 상대적으로 크게 형성될 수 있다.
곡선 선로 구간에서 철도 차량(1) 주행 시, 관성에 의해 철도 차량(1) 주행 방향과 반대 방향(좌측 또는 우측 중 어느 한 방향)으로 철도 차량(1)의 쏠림이 발생하더라도, 철도 차량(1) 쏠림이 발생한 방향의 차륜(10a)의 답면 직경이 쏠림 방향 반대측 차륜(10a)의 답면 직경보다 충분히 크게 형성되어, 철도 차량(1) 쏠림 방향 차륜(10a)이 쏠림 방향 반대측 차륜(10a)보다 더 많은 거리를 이동하려는 힘과, 쏠림 방향 반대측 차륜(10a)으로 작용하는 쏠림 방향 반대측으로 끌어당겨지는 힘이 형성된다.
이에 따라 양측 차륜(10a)을 원래의 위치로 되돌리려는 힘의 크기가 비교 예 1에 비해 상대적으로 증가하게 되어, 철도 차량(1)의 곡선 주행 성능이 향상되며, 레일(2)과 차륜(10b)간 접촉면에서 미끄러짐 발생이 줄어들면서 차륜(10b) 마모 발생량이 감소하게 된다.
그러나, 도 7b 및 도 8b에서 도시하는 바와 같이 비교 예 2의 형상 구조가 적용된 차륜(10b)은 비교 예 1의 형상 구조가 적용된 차륜(10a)에 비해 등가 답면 구배가 크게 형성되어, 직선 선로 구간에서 주행 시 철도 차량(1)의 고속 주행 안정성이 저하되고, 사행동 발생 빈도가 증가하게 된다.
3. 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조의 제1 실시 예
차륜(10) 반경이 증가하는 영역(S1-S2)의 플랜지부(110) 곡선 프로파일 반경은 20.5mm로 형성되고, 차륜(10) 반경이 증가 후 감소하는 영역(S2-S3)의 플랜지부(110) 곡선 프로파일 반경은 12mm로 형성되며, 차륜(10) 반경이 감소하는 영역(S3-S4)의 플랜지부(110) 곡선 프로파일 반경은 20mm로 형성된다.
차륜(10) 반경이 증가하는 영역(S1-S2)의 곡률 반경 중심점은 차륜(10) 내측 방향 플랜지부(110) 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 20.5mm 이격되고, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 7.5mm 이격된 지점에 위치하게 된다.
각 차륜(10)의 폭은 140mm로 형성되어, 차륜(10) 폭 중심부 위치는 차륜(10) 내측 방향 플랜지부(110) 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향을 따라 70mm 이격된 지점에 형성된다.
차륜(10) 반경이 증가 후 감소하는 영역(S2-S3)의 곡률 반경 중심점은 차륜(10) 내측 방향 플랜지부(110) 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 15mm 이격되고, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 16mm 이격된 지점에 위치하게 된다.
플랜지부(110)의 차륜(10) 반경이 감소하는 영역(S3-S4)의 곡률 반경 중심점은 차륜(10) 내측 방향 플랜지부(110) 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 11.44mm 이격되고, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 8.84mm 이격된 지점에 위치하게 된다.
플랜지부(110)의 차륜(10) 반경이 증가하는 영역(S1-S2)과 차륜(10) 반경이 증가 후 감소하는 영역(S2-S3) 및 차륜(10) 반경이 감소하는 영역(S3-S4)의 폭은 각각 7.23mm, 13.11mm, 11.23mm를 이루어, 플랜지부(110)는 총 31.57mm의 폭을 가지게 된다.
또한, 플랜지 천이부(120)의 제1 천이 영역(S4-S5) 곡선 프로파일 반경은 13mm로 형성되고, 제2 천이 영역(S5-S6) 곡선 프로파일 반경은 39.72mm로 형성되며, 제3 천이 영역(S6-S7) 곡선 프로파일 반경은 130mm로 형성된다.
제1 천이 영역(S4-S5)의 곡률 반경 중심점은 차륜(10) 내측 방향 플랜지부(110) 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 43.79mm 이격되고, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 16.45mm 이격된 지점에 위치하게 된다.
제2 천이 영역(S5-S6)의 곡률 반경 중심점은 차륜(10) 내측 방향 플랜지부(110) 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 53.81mm 이격되고, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 41.22mm 이격된 지점에 위치하게 된다.
제3 천이 영역(S6-S7)의 곡률 반경 중심점은 차륜(10) 내측 방향 플랜지부(110) 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 69.28mm 이격되고, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 130.16mm 이격된 지점에 위치하게 된다.
플랜지 천이부(120)의 최대 높이는 플랜지부(110)와 플랜지 천이부(120)간 경계 지점(S4) 상에 형성되어, 차륜(10) 폭 중심 지점이 위치하는 답면부(130) 표면을 기준으로 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 12mm 이격된 지점에 위치하며, 플랜지 천이부(120)의 최저 높이는 플랜지 천이부(120)와 답면부(130)간 경계 지점(S7) 상에 형성되어, 차륜(10) 폭 중심 지점이 위치하는 답면부(130) 표면을 기준으로 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 0.32mm 이격된 지점에 위치하게 된다.
플랜지 천이부(120)의 제1 천이 영역(S4-S5)과 제2 천이 영역(S5-S6) 및 제3 천이 영역(S6-S7)의 폭은 각각 7.34mm, 8.1mm, 15.78mm를 이루어, 플랜지 천이부(120)는 총 31.22mm의 폭을 가지게 된다.
이에 따라 플랜지부(110)의 최대 높이는 차륜(10) 폭 중심 지점이 위치하는 답면부(130) 표면을 기준으로 28mm로 형성되며, 플랜지부(110)와 플랜지 천이부(120)간 경계부 단면의 직선 프로파일은 차륜(10) 회전 중심축을 기준으로 69~71° 범위 내에서 기울어져 철도 차량(1) 외측 방향을 따라 하향하도록 형성되며, 상기 직선 프로파일 기울기는 70°인 것이 바람직하다.
답면부(130)와 답면 천이부(140)의 경계부는 플랜지 천이부(120)의 제3 천이 영역(S6-S7)으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 24.21mm 이격되고, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 내측 방향을 따라 1.39mm 이격된 지점에 위치하게 된다.
도 9a에서 도시하는 바와 같이 제1 실시 예의 레일(2)과 차륜(10)간 접촉점 분포 분석 결과를 살펴보면, 레일(2)과 차륜(10)의 접촉 지점이 차륜(10)의 플랜지 천이부(120)로부터 답면부(130)를 따라 고르게 분포되고, 레일(2)의 중심부로부터 내측면을 따라 고르게 분포되어 있음을 확인할 수 있으며, 제1 실시 예의 레일(2)과 차륜(10)간 접촉점 분포 형태는, 비교 예 1 및 비교 예 2의 레일(2)과 차륜(10)간 접촉점 분포 형태의 중간 값을 이루게 된다.
철도 차량(1)의 곡선 선로 주행에 따라 횡방향을 따라 3mm 크기로 차륜(10)의 변위(wheelset lateral displacement)가 발생하였을 때, 도 7b와 도 8b 및 도 9b의 그래프에 따르면, 비교 예 1에 따른 차륜(10a) 형상 구조에서는 등가 답면 구배가 0.054, 비교 예 2에 따른 차륜(10b) 형상 구조에서는 등가 답면 구배가 0.45, 제1 실시 예에 따른 차륜(10) 형상 구조에서는 등가 답면 구배가 0.21로 각각 형성되며, 제1 실시 예의 등가 답면 구배 값 0.21은 비교 예 1의 등가 답면 구배 값 0.054와 비교 예 2의 등가 답면 구배 값 0.45의 중간 값을 이룬다.
제1 실시 예와 비교 예 1,2의 차륜(10,10a,10b) 횡방향 변위 값에 따른 등가 답면 구배 값을 비교한 그래프는 도 10에서 도시하는 바와 같다.
또한, 도 11은 철도 차량(1)이 121km/h의 속도로 주행할 때, 제1 실시 예와 비교 예 1,2의 주행 안정성을 해석한 그래프로서, 이는 국내 전동 철도 차량(1)의 최고 영업 속도인 110km/h를 상회하는 속도에 대한 주행 안정성 결과이며, 제1 실시 예의 외란(disturbance)에 대한 철도 차량(1)의 거동이 안정적으로 수렴함을 확인할 수 있다.
도 12는 철도 차량(1)의 곡선 선로 주행 시, 제1 실시 예와 비교 예 1,2의 차륜(10,10a,10b)에 가해지는 횡방향 하중을 해석한 그래프이며, 제1 실시 예의 차륜(10) 형상 구조를 통해 해석된 거리별 횡방향 하중 분포는, 비교 예 1,2의 차륜(10a,10b) 형상 구조를 통해 해석된 거리별 횡방향 하중 분포의 중간 값에 해당하는 것을 확인할 수 있다.
제1 실시 예의 차륜(10) 형상 구조는, 비교 예 1의 차륜(10a) 형상 구조에 따른 낮은 철도 차량(1) 곡선 주행 성능과 높은 차륜(10a) 마모 발생량을 보완하고, 비교 예 2의 차륜(10b) 형상 구조에 따른 낮은 철도 차량(1) 고속 주행 안정성과 직선 선로 구간 주행 시 높은 사행동 발생 빈도를 보완하여, 국내 철도 운영 환경에 적합한 차륜(10) 형상 구조를 제공할 수 있도록 한다.
도 7a 및 도 8a에 도시된 비교 예 1 및 비교 예 2의 접촉점 분포 형태에 비하여 상대적으로 균일한 접촉점 분포가 형성됨을 확인할 수 있으며, 균일한 접촉점 분포를 통해 차륜(10)의 마모 깊이 및 마모 속도 감소가 이루어질 것을 예측할 수 있다.
따라서 본원 발명의 실시 예에 따른 차륜(10) 형상 구조는, 직립 마모 또는 답면 손상 발생과 같은 차륜(10)의 마모량을 감소시켜, 차륜(10) 마모에 의해 차륜(10)에 발생하는 단면찰상과 박리 등의 각종 결함을 제거하기 위해 수행하는 삭정(wheel turning) 또는 차륜(10) 교체 작업 주기를 늦출 수 있다.
또한, 레일(2)과 접촉하는 차륜(10)의 접촉면에서 마모가 고르게 발생하면서 상대적으로 차륜(10)의 마모 깊이가 얕게 형성될 수 있으며, 차륜(10)의 유지 보수를 위한 삭정 작업 시, 차륜(10)의 리프로파일링(re-profiling) 깊이가 감소하게 된다.
이를 통해 차륜(10)의 수명을 향상시켜, 유지 보수 비용을 절감하고, 철도 차량(1)의 운용 안정성을 향상시킬 수 있다.
4. 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조의 제2 실시 예
제2 실시 예는, 본 발명의 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조에 따라 최적화된 레일(2)과 차륜(10)간 접촉점 분포 및 등가 답면 구배 값을 획득할 수 있는 차륜(10)의 답면부(130) 및 답면 천이부(140) 단면 프로파일 높이의 최대 범위와, 플랜지부(110)와 플랜지 천이부(120)간 경계부 단면의 직선 프로파일 기울기의 최대 범위 및 플랜지 천이부(120)의 제1 천이 영역(S4-S5) 곡선 프로파일 반경의 최소 범위가 적용된 차륜(10) 단면 프로파일 형상의 일측 경계 범위를 형성한다.
차륜(10) 반경이 증가하는 영역(S1-S2)의 플랜지부(110) 곡선 프로파일 반경은 20.5mm로 형성되고, 차륜(10) 반경이 증가 후 감소하는 영역(S2-S3)의 플랜지부(110) 곡선 프로파일 반경은 12mm로 형성되며, 차륜(10) 반경이 감소하는 영역(S3-S4)의 플랜지부(110) 곡선 프로파일 반경은 20mm로 형성된다.
차륜(10) 반경이 증가하는 영역(S1-S2)의 곡률 반경 중심점은 차륜(10) 내측 방향 플랜지부(110) 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 20.5mm 이격되고, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 7.5mm 이격된 지점에 위치하게 된다.
각 차륜(10)의 폭은 140mm로 형성되어, 차륜(10) 폭 중심부 위치는 차륜(10) 내측 방향 플랜지부(110) 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향을 따라 70mm 이격된 지점에 형성된다.
차륜(10) 반경이 증가 후 감소하는 영역(S2-S3)의 곡률 반경 중심점은 차륜(10) 내측 방향 플랜지부(110) 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 15mm 이격되고, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 16mm 이격된 지점에 위치하게 된다.
플랜지부(110)의 차륜(10) 반경이 감소하는 영역(S3-S4)의 곡률 반경 중심점은 차륜(10) 내측 방향 플랜지부(110) 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 11.44mm 이격되고, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 8.84mm 이격된 지점에 위치하게 된다.
플랜지부(110)의 차륜(10) 반경이 증가하는 영역(S1-S2)과 차륜(10) 반경이 증가 후 감소하는 영역(S2-S3) 및 차륜(10) 반경이 감소하는 영역(S3-S4)의 폭은 각각 7.23mm, 13.11mm, 11.23mm를 이루어, 플랜지부(110)는 총 31.57mm의 폭을 가지게 된다.
또한, 플랜지 천이부(120)의 제1 천이 영역(S4-S5) 곡선 프로파일 반경은 12mm로 형성되고, 제2 천이 영역(S5-S6) 곡선 프로파일 반경은 39.72mm로 형성되며, 제3 천이 영역(S6-S7) 곡선 프로파일 반경은 130mm로 형성된다.
플랜지 천이부(120)의 최대 높이는 플랜지부(110)와 플랜지 천이부(120)간 경계 지점(S4) 상에 형성되어, 차륜(10) 폭 중심 지점이 위치하는 답면부(130) 표면을 기준으로 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 12mm 이격된 지점에 위치하며, 플랜지 천이부(120)는 총 31.22mm의 폭을 가지게 된다.
플랜지부(110)와 플랜지 천이부(120)간 경계부 단면의 직선 프로파일은 차륜(10) 회전 중심축을 기준으로 80~82° 범위 내에서 기울어져 철도 차량(1) 외측 방향을 따라 하향하도록 형성되며, 상기 직선 프로파일 기울기는 81°인 것이 바람직하며, 이에 따라 플랜지부(110)의 최대 높이는 차륜(10) 폭 중심 지점이 위치하는 답면부(130) 표면을 기준으로 35mm로 형성된다.
제2 실시 예의 레일(2)과 차륜(10)간 접촉점 분포 형태는, 비교 예 1 및 비교 예 2의 레일(2)과 차륜(10)간 접촉점 분포 형태의 중간 값을 이루게 된다.
도 14a에서 도시하는 바와 같이 철도 차량(1)의 곡선 선로 주행에 따라 횡방향을 따라 3mm 크기로 차륜(10)의 변위(wheelset lateral displacement)가 발생하였을 때, 제2 실시 예의 등가 답면 구배 값은 도 9b에 도시된 제1 실시 예의 등가 답면 구배 값과 동일한 0.21로 형성되며, 이는 비교 예 1의 등가 답면 구배 값 0.054와 비교 예 2의 등가 답면 구배 값 0.45의 중간 값을 이룬다.
따라서 제2 실시 예의 차륜(10) 형상 구조는 제1 실시 예의 차륜(10) 형상 구조와 유사한 직선 및 곡선 주행 성능을 갖춰 국내 철도 운영 환경에 적합한 차륜(10) 형상 구조를 제공할 수 있다.
그리고 도 13a에서 도시하는 바와 같이 제2 실시 예의 레일(2)과 차륜(10)간 접촉점 분포 분석 결과를 살펴보면, 도 9a에 도시된 제1 실시 예의 분석 결과와 유사한 수준으로 접촉점 분포가 형성됨을 확인할 수 있으며, 제1 실시 예와 동일하게 삭정 또는 차륜(10) 교체 작업 주기를 늦춰 차륜(10)의 수명을 향상시켜, 유지 보수 비용을 절감하고, 철도 차량(1)의 운용 안정성을 향상시킬 수 있도록 한다.
5. 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조의 제3 실시 예
제3 실시 예는, 본 발명의 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조에 따라 최적화된 레일(2)과 차륜(10)간 접촉점 분포 및 등가 답면 구배 값을 획득할 수 있는 차륜(10)의 답면부(130) 및 답면 천이부(140) 단면 프로파일 높이의 최소 범위와, 플랜지부(110)와 플랜지 천이부(120)간 경계부 단면의 직선 프로파일 기울기의 최소 범위 및 플랜지 천이부(120)의 제1 천이 영역(S4-S5) 곡선 프로파일 반경의 최대 범위가 적용된 차륜(10) 단면 프로파일 형상의 타측 경계 범위를 형성한다.
차륜(10) 반경이 증가하는 영역(S1-S2)의 플랜지부(110) 곡선 프로파일 반경은 20.5mm로 형성되고, 차륜(10) 반경이 증가 후 감소하는 영역(S2-S3)의 플랜지부(110) 곡선 프로파일 반경은 12mm로 형성되며, 차륜(10) 반경이 감소하는 영역(S3-S4)의 플랜지부(110) 곡선 프로파일 반경은 20mm로 형성된다.
차륜(10) 반경이 증가하는 영역(S1-S2)의 곡률 반경 중심점은 차륜(10) 내측 방향 플랜지부(110) 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 20.5mm 이격되고, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 7.5mm 이격된 지점에 위치하게 된다.
각 차륜(10)의 폭은 140mm로 형성되어, 차륜(10) 폭 중심부 위치는 차륜(10) 내측 방향 플랜지부(110) 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향을 따라 70mm 이격된 지점에 형성된다.
차륜(10) 반경이 증가 후 감소하는 영역(S2-S3)의 곡률 반경 중심점은 차륜(10) 내측 방향 플랜지부(110) 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 15mm 이격되고, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 16mm 이격된 지점에 위치하게 된다.
플랜지부(110)의 차륜(10) 반경이 감소하는 영역(S3-S4)의 곡률 반경 중심점은 차륜(10) 내측 방향 플랜지부(110) 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 11.44mm 이격되고, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 8.84mm 이격된 지점에 위치하게 된다.
플랜지부(110)의 차륜(10) 반경이 증가하는 영역(S1-S2)과 차륜(10) 반경이 증가 후 감소하는 영역(S2-S3) 및 차륜(10) 반경이 감소하는 영역(S3-S4)의 폭은 각각 7.23mm, 13.11mm, 11.23mm를 이루어, 플랜지부(110)는 총 31.57mm의 폭을 가지게 된다.
또한, 플랜지 천이부(120)의 제1 천이 영역(S4-S5) 곡선 프로파일 반경은 17mm로 형성되고, 제2 천이 영역(S5-S6) 곡선 프로파일 반경은 39.72mm로 형성되며, 제3 천이 영역(S6-S7) 곡선 프로파일 반경은 130mm로 형성된다.
플랜지 천이부(120)의 최대 높이는 플랜지부(110)와 플랜지 천이부(120)간 경계 지점(S4) 상에 형성되어, 차륜(10) 폭 중심 지점이 위치하는 답면부(130) 표면을 기준으로 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 12mm 이격된 지점에 위치하며, 플랜지 천이부(120)는 총 31.22mm의 폭을 가지게 된다.
플랜지부(110)와 플랜지 천이부(120)간 경계부 단면의 직선 프로파일은 차륜(10) 회전 중심축을 기준으로 65~67° 범위 내에서 기울어져 철도 차량(1) 외측 방향을 따라 하향하도록 형성되며, 상기 직선 프로파일 기울기는 81°인 것이 바람직하며, 이에 따라 플랜지부(110)의 최대 높이는 차륜(10) 폭 중심 지점이 위치하는 답면부(130) 표면을 기준으로 25mm로 형성된다.
도 13b에서 도시하는 바와 같이 제3 실시 예의 레일(2)과 차륜(10)간 접촉점 분포 분석 결과를 살펴보면, 도 9a에 도시된 제1 실시 예의 분석 결과와 유사한 접촉점 분포가 형성됨을 확인할 수 있으며, 제3 실시 예의 레일(2)과 차륜(10)간 접촉점 분포 형태는, 비교 예 1 및 비교 예 2의 레일(2)과 차륜(10)간 접촉점 분포 형태의 중간 값을 이루게 된다.
도 14b에서 도시하는 바와 같이 철도 차량(1)의 곡선 선로 주행에 따라 횡방향을 따라 3mm 크기로 차륜(10)의 변위(wheelset lateral displacement)가 발생하였을 때, 제2 실시 예의 등가 답면 구배 값은 도 9b에 도시된 제1 실시 예의 등가 답면 구배 값과 동일한 0.21로 형성되며, 이는 비교 예 1의 등가 답면 구배 값 0.054와 비교 예 2의 등가 답면 구배 값 0.45의 중간 값을 이룬다.
따라서 제3 실시 예의 차륜(10) 형상 구조는 제1 실시 예의 차륜(10) 형상 구조와 유사한 직선 및 곡선 주행 성능을 갖춰 국내 철도 운영 환경에 적합한 차륜(10) 형상 구조를 제공할 수 있다.
그리고 도 13b에서 도시하는 바와 같이 제3 실시 예의 레일(2)과 차륜(10)간 접촉점 분포 분석 결과를 살펴보면, 도 9a에 도시된 제1 실시 예의 분석 결과와 유사한 수준으로 접촉점 분포가 형성됨을 확인할 수 있으며, 제1 실시 예와 동일하게 삭정 또는 차륜(10) 교체 작업 주기를 늦춰 차륜(10)의 수명을 향상시켜, 유지 보수 비용을 절감하고, 철도 차량(1)의 운용 안정성을 향상시킬 수 있도록 한다.
상기 내용을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 상기 상세한 설명에서 기술된 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 철도 차량 2: 레일
10: 차륜 11: 허브
12: 웹 100: 림
110: 플랜지부 120: 플랜지 천이부
130: 답면부 140: 답면 천이부

Claims (8)

  1. 철도 차량(1) 하부에 장착되어 레일(2) 상부에 안착되고, 철도 차량(1)의 구동력을 레일(2)로 전달하며, 디스크 형상을 이루는 차륜(10);
    철도 차량(1) 내측 방향 끝단의 차륜(10) 외주면 일부가 차륜(10) 반경 외측 방향으로 융기되어 형성되고, 30~34mm의 폭을 가지며, 철도 차량(1) 내측 방향 끝단으로부터 외측 방향을 따라 차륜(10) 반경이 증가하는 영역(S1-S2)과 차륜(10) 반경이 증가 후 감소하는 영역(S2-S3) 및 차륜(10) 반경이 감소하는 영역(S3-S4)으로 이루어지되, 차륜(10) 반경이 증가하는 영역(S1-S2)의 곡률 반경은 20~21mm, 차륜(10) 반경이 증가 후 감소하는 영역(S2-S3)의 곡률 반경은 11~13mm, 차륜(10) 반경이 감소하는 영역(S3-S4)의 곡률 반경은 18~22mm 범위 내에서 순차적으로 변화하는 곡선 프로파일 단면을 이루는 플랜지부(110);
    철도 차량(1) 외측 방향 플랜지부(110) 끝단과 연결되고, 30~32mm의 폭을 가지며, 플랜지부(110)로부터 철도 차량(1) 외측 방향을 따라 형성된 제1 천이 영역(S4-S5)과 제2 천이 영역(S5-S6) 및 제3 천이 영역(S6-S7)으로 이루어지되, 제1 천이 영역(S4-S5)의 곡률 반경은 11~18mm, 제2 천이 영역(S5-S6)의 곡률 반경은 39~40mm, 제3 천이 영역(S6-S7)의 곡률 반경은 125~135mm 범위 내에서 순차적으로 변화하는 곡선 프로파일 단면을 형성하는 플랜지 천이부(120);
    철도 차량(1) 외측 방향 플랜지 천이부(120) 끝단과 연결되고, 33~35mm의 폭을 가지며, 1/20 기울기의 직선 프로파일 단면을 형성하는 답면부(130);
    철도 차량(1) 외측 방향 답면부(130) 끝단과 연결되고, 41~45mm의 폭을 가지며, 1/15 기울기의 직선 프로파일 단면을 형성하는 답면 천이부(140);
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 천이 영역(S4-S5)의 곡률 반경이 11~13mm일 때, 플랜지부(110)와 플랜지 천이부(120)간 경계부 직선 프로파일 기울기가 차륜(10) 회전 중심축을 기준으로 80~82° 범위 내에서 철도 차량(1) 외측 방향을 따라 하향 형성되고,
    제1 천이 영역(S4-S5)의 곡률 반경이 16~18mm일 때, 플랜지부(110)와 플랜지 천이부(120)간 경계부 직선 프로파일 기울기가 차륜(10) 회전 중심축을 기준으로 65~67° 범위 내에서 철도 차량(1) 외측 방향을 따라 하향 형성되며,
    제1 천이 영역(S4-S5)의 곡률 반경이 13mm 이상 16mm 이하일 때, 플랜지부(110)와 플랜지 천이부(120)간 경계부 직선 프로파일 기울기가 차륜(10) 회전 중심축을 기준으로 67~80° 범위 내에서 철도 차량(1) 외측 방향을 따라 하향 형성되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    차륜(10) 폭 중심 지점을 기준으로 차륜(10) 반경 외측 방향으로 돌출된 플랜지부(110)의 최대 높이가 차륜(10) 폭 중심 지점이 위치하는 답면부(130) 표면으로부터 25~35mm 범위 내에서 형성되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조.
  4. 제3항에 있어서,
    제1 천이 영역(S4-S5)의 곡률 반경이 11~13mm일 때, 플랜지부(110)의 최대 높이가 35mm로 형성되고,
    제1 천이 영역(S4-S5)의 곡률 반경이 16~18mm일 때, 플랜지부(110)의 최대 높이가 25mm로 형성되며,
    제1 천이 영역(S4-S5)의 곡률 반경이 13mm 이상 16mm 이하일 때, 플랜지부(110)의 최대 높이가 25~35mm 범위 내에서 형성되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플랜지부(110)는 31.57mm의 폭을 가지며, 차륜(10) 반경 외측 방향으로 볼록한 곡선 형상을 이루는 플랜지부(110)의 곡선 프로파일 단면 곡률 반경은,
    차륜(10) 반경이 증가하는 영역(S1-S2)에서 20.5mm, 차륜(10) 반경이 증가 후 감소하는 영역(S2-S3)에서 12mm, 차륜(10) 반경이 감소하는 영역(S3-S4)에서 20mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    플랜지 천이부(120)는 제1 천이 영역(S4-S5)의 곡률 반경이 13mm, 제2 천이 영역(S5-S6)의 곡률 반경이 39.72mm, 제3 천이 영역(S6-S7)의 곡률 반경이 130mm로 이루어진 곡선 프로파일 단면을 형성하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 플랜지부(110)의 차륜(10) 반경이 증가하는 영역(S1-S2) 곡률 반경 중심은 차륜(10) 내측 방향 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 20.5mm, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 7.5mm 이격된 지점에 위치하고,
    차륜(10) 반경이 증가 후 감소하는 영역(S2-S3) 곡률 반경 중심은 차륜(10) 내측 방향 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 15mm, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 16mm 이격된 지점에 위치하며,
    차륜(10) 반경이 감소하는 영역(S3-S4) 곡률 반경 중심은 차륜(10) 내측 방향 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 11.44mm, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 8.84mm 이격된 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조.
  8. 제6항에 있어서,
    플랜지 천이부(120)의 제1 천이 영역(S4-S5) 곡률 반경 중심은 차륜(10) 내측 방향 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 43.79mm, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 16.45mm 이격된 지점에 위치하고,
    제2 천이 영역(S5-S6) 곡률 반경 중심은 차륜(10) 내측 방향 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 53.81mm, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 41.22mm 이격된 지점에 위치하며,
    제3 천이 영역(S6-S7) 곡률 반경 중심은 차륜(10) 내측 방향 끝단으로부터 철도 차량(1) 외측 방향으로 69.28mm, 차륜(10) 폭 중심부 표면으로부터 차륜(10) 반경 외측 방향을 따라 130.16mm 이격된 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 차륜 답면 형상 구조.








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