KR20000012303A - 고속 화차용 대차의 서스펜션 시스템 - Google Patents

고속 화차용 대차의 서스펜션 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고속 화차용 대차의 서스펜션 시스템에 관한 것으로서, 차축의 양단에 삽입되는 삽입공이 형성되며, 삽입공을 중심으로 서로 대향되는 한 쌍의 결합공이 형성된 액슬박스(axle box); 액슬박스에 접촉되지 않도록 액슬박스와 소정 간격 이격되며, 화차를 지지하기 위한 사이드프레임의 하단에 결합되며, 결합공에 대향되는 고정부가 형성된 스프링박스(spring box); 사이드프레임에 가해지는 하중에 의해 운행중 레일로부터의 충격을 완화시킬 수 있도록 결합공에 결합되며, 적어도 2개의 고무층을 구비하는 한 쌍의 코니컬 러버 스프링(conical rubber spring); 및 각 코니컬 러버 스프링의 외부 고무층에 내주면이 결합되며, 코니컬 러버 스프링의 상단과 소정의 공간을 형성하도록 고정부에 고정되는 고정부재;를 구비한다.

Description

고속 화차용 대차의 서스펜션 시스템{A primary suspension system of carrier for high speed freight car}
본 발명의 고속 화차용 대차의 서스펜션 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 액슬박스와 스프링박스가 접촉되지 않도록 그 사이에 코니컬 러버 스프링이 사이에 개재된 구조를 갖는 고속 화차용 대차의 서스펜션 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 레일의 활용도를 높이기 위해서는 서로 연결되는 화차의 수를 현행(15량 정도)대로 유지하면서 화차의 속도를 높이는 방법과, 화차의 수를 늘리면서 화차를 저속으로 운전시키는 방법이 있다. 미주 지역에서는 통상적으로 운반거리가 장거리이므로 한번의 운행에 저속으로 많은 화차를 연결시켜 사용하는 후자의 방법을 사용하고 있고, 국내 및 유럽 지역에서는 전자의 방법이 이용되고 있는 실정이다. 따라서, 화차의 속도가 지속적으로 고속화되는 추세에 있으므로 화차용 대차의 서스펜션 시스템 또한 그 속도 증가에 부응하는 구조로 변화되고 있다.
도 1은 종래의 화차용 대차의 서스펜션 시스템을 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 액슬박스 및 스프링박스를 각각 개략적으로 도시한 발췌 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래의 화차용 대차의 서스펜션 시스템(10)은 회전되는 차륜(12)의 차축(14)의 주위에 설치된 액슬박스(16), 차축(14)을 중심으로 서로 대향되게 설치되도록 액슬박스(16)의 상부에 설치된 나선형 코일 스프링(18)(20), 및 코일 스프링(18)(20)의 상부에 위치되도록 사이드프레임(22)에 설치된 스프링박스(24)를 구비한다.
종래의 화차용 대차의 서스펜션 시스템은 액슬박스(16)와 스프링박스(24) 사이에 일정한 간격이 형성되도록 서로 분리시킴으로써 화차의 운행중 레일(미도시)로부터 가해지는 충격을 완화시키도록 설계된다.
그런데, 화차의 운행중에 액슬박스(16)와 스프링박스(24)는 화차의 X,Y,Z 방향으로의 동적 운동에 의하여 상호 접촉되게 되어 있으며, 그 접촉부는 심한 마찰이 발생된다. 따라서, 액슬박스(16)와 스프링박스(24)의 접촉부에는 내마모성이 강한 재질(SUP 3종 이상)의 마모판(26)을 부착하여 액슬박스(16)와 스프링박스(24)의 자체 마모를 방지해야 한다.
그러나, 고속화차의 운행속도(평균속도 100 km/h, 최대속도 120 km/h)를 감안해 볼 때, 상기 마모판(26)의 마모율에 한계가 있으며, 마모판(26)은 대략 2-3년 주기로 교체해야 한다. 따라서, 종래의 고속화차용 대차의 서스펜션 시스템은 보수 및 유지 비용이 증가되고, 운행중 안전사고의 예방비용이 증가되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 고속화차용 대차의 서스펜션 시스템은 금속과 금속 사이의 마찰에 의해 차량의 소음이 증가할 뿐만 아니라 대차 자체에 가해지는 연속적인 충격으로부터 발생되는 피로하중에 의해 대차의 수명이 단축되고, 레일에 손상이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 금속과 금속의 비접촉에 의해 소음을 줄이기 위해 액슬박스와 스프링박스의 구조를 개선하고, 그 사이에 코니컬 러버 스프링이 개재된 구조를 가진 고속 화차용 대차의 서스펜션 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 화차용 대차의 서스펜션 시스템을 개략적으로 도시한 정면도.
도 2는 도 1에 도시된 액슬박스를 개략적으로 도시한 발췌 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 스프링박스를 개략적으로 도시한 발췌 사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서스펜션 시스템이 채용된 고속 화차용 대차를 개략적으로 도시한 사시도.
도 5는 도 4의 정면도.
도 6은 도 4에 도시된 액슬박스를 개략적으로 도시한 사시도.
도 7은 도 4에 도시된 스프링박스를 개략적으로 도시한 사시도.
도 8은 도 4에 도시된 코니컬 러버 스프링 어셈블리의 부분 절개 사시도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고속 화차용 대차의 서스펜션 시스템을 개략적으로 도시한 정면도.
도 10은 도 9에 도시된 코니컬 러버 스프링 어셈블리 부위의 분해 사시도.
도 11은 도 9에 도시된 코니컬 러버 스프링 어셈블리의 부분 절개 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
102...트럭 프레임 104...트랜솜 112...차륜
114...차축 116...삽입공 120...액슬박스
122...사이드프레임 124,125...고정부 130...스프링박스
132...내부 고무층 133...제1시트메탈 134...중간 고무층
135...제2시트메탈 136...외부 고무층 140...코니컬 러버 스프링
142...고정부재 144...몸체 146...덮개
150...코니컬 러버 스프링 어셈블리 160...다이어프램
210...댐퍼
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차축의 양단에 삽입되는 삽입공이 형성되며, 상기 삽입공을 중심으로 서로 대향되는 한 쌍의 결합공이 형성된 액슬박스(axle box); 상기 액슬박스에 접촉되지 않도록 상기 액슬박스와 소정 간격 이격되며, 화차를 지지하기 위한 사이드프레임의 하단에 결합되며, 상기 결합공에 대향되는 고정부가 형성된 스프링박스(spring box); 상기 사이드프레임에 가해지는 하중에 의해 운행중 레일로부터의 충격을 완화시킬 수 있도록 상기 결합공에 결합되며, 적어도 2개의 고무층을 구비하는 한 쌍의 코니컬 러버 스프링(conical rubber spring); 및 상기 각 코니컬 러버 스프링의 외부 고무층에 내주면이 결합되며, 상기 코니컬 러버 스프링의 상단과 소정의 공간을 형성하도록 상기 고정부에 고정되는 고정부재;를 구비한다.
본 발명에 따른 서스펜션 시스템은, 상기 코니컬 러버 스프링은 인접된 고무층의 측면에 접착되도록 상기 각 고무층 사이에 개재되는 박막의 보강재;를 더 구비한다.
상기 보강재는 시트메탈(sheet metal)인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 서스펜션 시스템은, 상기 코니컬 러버 스프링에 가해지는 충격을 감쇄시키기 위해 상기 액슬박스와 상기 스프링박스 사이에 위치되도록 설치된 댐퍼(damper);를 더 구비한다.
상기 댐퍼는 상기 액슬박스와 상기 사이드프레임에 각각 보울트 결합된 유압 또는 공압식 댐퍼;를 구비한다.
또한, 상기 댐퍼는 신축적으로 변형 가능하도록 상기 코니컬 러버 스프링의 상부에 설치된 다이어프램(diaphragm);을 구비한다.
본 발명에 따른 서스펜션 시스템에 있어서, 상기 스프링박스는 상기 사이드프레임과 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고속 대차용 화차의 서스펜션 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서스펜션 시스템이 채용된 고속 화차용 대차를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 정면도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 서스펜션 시스템(100)은, 차륜(112)을 지지하면서 회전되는 차축(114)이 삽입되는 삽입공(116)이 형성되고, 그 삽입공(116)을 중심으로 서로 대향되는 한 쌍의 결합공(118)(119)이 형성된 액슬박스(120)와, 액슬박스(120)와 소정 간격 이격되도록 배치되고, 미도시된 화차를 지지하기 위한 사이드프레임(122)의 하단에 결합되고, 양단에 고정부(124)(125)가 형성된 스프링박스(130)와, 3개의 고무층(132)(134)(136)과 그 고무층 사이에 개재되고, 박판으로 형성된 보강재인 제1,2시트메탈(133)(135)을 구비하고, 결합공(118)(119)에 결합되는 코니컬 러버 스프링(140)과, 외부 고무층(136)에 결합되고 고정부(124)(125)에 고정되는 고정부재(142)를 포함하는 코니컬 러버 스프링 어셈블리(150)를 구비한다. 도면의 참조부호 102는 보기(bogie)프레임 또는 트럭(truck)프레임을 나타내며, 참조부호 104는 트랜솜(transom) 또는 볼스터(bolster)를 나타낸다.
도 4에 도시된 액슬박스를 개략적으로 도시한 사시도인 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 액슬박스(120)는 종래의 액슬박스(도 2의 16)와 달리, 마찰판(도 2 및 도 3의 26)을 설치할 필요가 없으므로 상대적으로 슬림형으로 제작가능하다. 또한, 액슬박스(120)의 양단에는 볼트(미도시)가 결합되는 결합공(118)(119)만 형성되기만 하면 되고, 종래의 액슬박스(16)와 같이 스프링 고정구(15)가 불필요해 진다.
도 4에 도시된 스프링박스를 개략적으로 도시한 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 스프링박스(130)는 액슬박스(120)에 접촉되지 않도록 액슬박스(120)의 상부에 배치된다. 화차를 지지하기 위한 사이드프레임(122)의 하단에 그 사이드프레임(122)과 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 스프링박스(130)는 마일드 스틸(mild steel, sws 490)로 제작된다. 따라서, 종래 주강과 마일드 스틸간의 용접, 즉 이종물질의 용접에 의해 발생되는 용접 품질의 저하 문제를 해결할 수 있다. 스프링박스(130)에 형성되는 고정부(124)(125)는 결합공(118)(119)의 위치에 대향되도록 배치된다. 즉, 각각의 고정부(125)에는 다수의 보울트공(123)이 형성된다. 스프링박스(130)의 구조 역시 종래와 같이 마찰판을 설치하지 않아도 되므로 대폭적으로 슬림화가 가능하다.
도 4에 도시된 코니컬 러버 스프링 어셈블리의 부분 절개 사시도인 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 코니컬 러버 스프링 어셈블리(150)는 사이드프레임(122)에 가해지는 하중에 의해 화차의 운행중 레일(미도시)로부터의 충격을 완화시키기 위한 것으로서, 결합공(118)(119)에 결합되는 코니컬 러버 스프링(conical rubber spring)(140)과, 코니컬 러버 스프링(140)의 외부 고무층(136)에 그 내주면이 결합되며, 코니컬 러버 스프링(140)의 상단과 소정의 공간을 형성하도록 고정부(124)(125)에 고정되는 고정부재(142)와, 인접된 고무층(132)(134)(136)의 측면에 접착되도록 각 고무층(132)(134)(136) 사이에 개재되는 박막의 제1,2보강재(133)(135), 및 코니컬 러버 스프링(140)의 상부에 위치되어 코니컬 러버 스프링(140)에 가해지는 충격을 감쇄시키는 다이어프램(160)을 구비한다.
상기 코니컬 러버 스프링(140)은 소정의 스프링 상수(spring constant)를 가지도록 설계되고 원추형상을 하며 하부 중심부에 체결공(132a)이 형성되고, 중심으로부터 외각으로 갈수록 길이가 짧아지도록 형성되고, 상,하단이 길이 방향으로 소정 형상으로 인입된 인입홈(132b)이 형성되고 하단에 원반부(131)가 형성된 내부 고무층(132)과, 제1시트메탈(133)에 의해 내부 고무층(132)의 외주면에 접착되고 내부 고무층(132)과 같이 인입홈(134a)이 형성되어 사다리꼴의 연속을 이루는 중간 고무층(134), 및 제2시트메탈(135)에 의해 중간 고무층(134)의 외주면에 접착되고 인입홈(136a)이 형성되고, 고정부재(142)의 내주면에 설치되는 외부 고무층(136)을 구비한다. 여기서, 상기 코니컬 러버 스프링(140)은 3겹의 고무층(132)(134)(136)이 제1,2시트메탈(133)(135)에 의해 접착되는 것으로 설명되고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 2겹 또는 4겹 이상의 고무층이 결합될 수도 있으며, 이 경우 각 고무층의 두께는 적절하게 조절될 수 있다. 상기 제1,2시트메탈(133)(135)은 보강재로 기능한다. 따라서, 제1,2시트메탈(133)(135)은 각 고무층(132)(134)(136)의 탄성력 및 탄성회복력을 보강하면서 자체 탄성변형된다.
상기 고정부재(142)는 외부 고무층(136)이 결합될 수 있도록 양단이 개방된 대략 원통형의 몸체(144)와, 몸체(144)에 보울트 결합되는 덮개(146)를 구비한다. 몸체(144)와 덮개(146) 사이에는 다이어프램(160)이 개재된다. 따라서, 덮개(146)는 다이어프램(160)의 팽창 및 신축공간을 확보하기 위해 중앙 상단에 원통형 돌출부(148)가 형성된다.
통상적으로 1량의 화차에는 두 대의 대차가 구비된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 대차에는 2개의 차축(114)이 설치되며, 각 차축(114)의 좌,우 차륜(112) 외측에는 차축(114)을 중심으로 두 개의 코니컬 러버 스프링 어셈블리(150)가 설치되어 화차의 X,Y,Z 방향의 동적 운동을 완화시킨다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고속 화차용 대차의 서스펜션 시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에 따른 서스펜션 시스템이 채용된 화차에는 공차시에 15-20ton의 중량이 미치며, 만차시에는 최대 70ton의 하중이 작용한다. 그리고, 화차는 평균 100km/h, 최대 120km/h의 속도로 이동되더라도, 코니컬 러버 스프링 어셈블리(150)의 형상과 서로 이격되게 배치된 액슬박스(120) 및 스프링박스(130)에 사이에 접촉에 의한 마찰이 발생되지 않는다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고속 화차용 대차의 서스펜션 시스템을 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 10은 도 9에 도시된 코니컬 러버 스프링 어셈블리 부위의 분해 사시도이다. 도 4 내지 도 6에서 설명된 참조부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 서스펜션 시스템은 전기 실시예에서의 다이어프램을 코니컬 러버 어셈블리 내부에 설치하는 댐퍼 구성 대신에 코니컬 러버 스프링 어셈블리(250)의 구조를 간단하게 하고 액슬박스(220)와 사이드프레임(212) 사이에 유압식 댐퍼(210)를 설치한 구성에 그 특징이 있다.
따라서, 상기 액슬박스(220)의 일측에는 댐퍼고정구(222)가 설치되고, 댐퍼고정구(222)에는 댐퍼(210)의 하단이 보울트(214)에 의해 결합된다. 한편, 사이드프레임(212)에는 댐퍼(210)의 상단이 보울트(216)에 의해 결합되도록 상단 댐퍼고정구(224)가 설치된다. 상기 유압식 댐퍼(210)는 통상의 댐퍼(damper) 구조를 하고 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.
도 9 및 도 10에 도시된 코니컬 러버 스프링 어셈블리의 부분 절개 사시도인 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 코니컬 러버 스프링 어셈블리(250)는 외부 고무층(136)에 결합되는 고정부재(242)의 구조가 상이하다. 즉, 고정부재(242)는 외부 고무층(136)에 결합되고 개방단이 형성된 원통부(244)와, 이 원통부(244)로부터 일체로 연장 형성되어 스프링박스(130)의 고정부(124)(125)에 결합되는 결합부(246)로 이루어진다. 따라서, 본 실시예에 따른 고정부재(242)는 전기 실시예의 덮개(도 8의 146)가 불필요하다. 왜냐하면, 다이어프램(160) 대신에 댐퍼(210)를 코니컬 러버 스프링 어셈블리(250) 외부에 설치하기 때문이다.
본 실시예에 따르면 전기 실시예 보다 코니컬 러버 스프링 어셈블리의 구조가 간단하고 고가의 다이어프램을 채용하는 것보다 비용이 절감되는 효과가 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 고속 화차용 대차의 서스펜션 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 종래의 나선형 코일 스프링을 코니컬 러버 스프링 어셈블리로 대신할 수 있으므로 종래의 마모판 구조를 제거할 수 있다. 따라서, 스프링박스, 액슬박스의 구조를 간단하게 구현할 수 있으며, 코일 스프링을 액슬박스, 스프링박스에 결합시키기 위해 필요하였던 부품 예를 들어, 서스펜션 링크, 가이드핀, 푸시로드, 스프링컵 등을 완전히 제거할 수 있다.
둘째, 종래의 마모판의 이상 마모 유무를 점검하기 위한 활동 및 마모판을 2-3년 주기로 교체해야 하는 보수 유지 비용을 절감할 수 있다.
셋째, 종래의 마모판의 이상 마모에 따른 안전 사고를 배제할 수 있다.
넷째, 종래의 마모판의 마찰에 의한 차량진동 및 소음감쇄 효과를 극대화시킬 수 있다.
다섯째, 대차의 수명을 연장할 수 있으며, 레일손상을 방지할 수 있다.

Claims (7)

  1. 차축의 양단에 삽입되는 삽입공이 형성되며, 상기 삽입공을 중심으로 서로 대향되는 한 쌍의 결합공이 형성된 액슬박스(axle box);
    상기 액슬박스에 접촉되지 않도록 상기 액슬박스와 소정 간격 이격되며, 화차를 지지하기 위한 사이드프레임의 하단에 결합되며, 상기 결합공에 대향되는 고정부가 형성된 스프링박스(spring box);
    상기 사이드프레임에 가해지는 하중에 의해 운행중 레일로부터의 충격을 완화시킬 수 있도록 상기 결합공에 결합되며, 적어도 2개의 고무층을 구비하는 한 쌍의 코니컬 러버 스프링(conical rubber spring); 및
    상기 각 코니컬 러버 스프링의 외부 고무층에 내주면이 결합되며, 상기 코니컬 러버 스프링의 상단과 소정의 공간을 형성하도록 상기 고정부에 고정되는 고정부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 고속 화차용 대차의 서스펜션 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코니컬 러버 스프링은 인접된 고무층의 측면에 접착되도록 상기 각 고무층 사이에 개재되는 박막의 보강재;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고속 화차용 대차의 서스펜션 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보강재는 시트메탈(sheet metal)인 것을 특징으로 하는 고속 화차용 대차의 서스펜션 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코니컬 러버 스프링에 가해지는 충격을 감쇄시키기 위해 상기 액슬박스와 상기 스프링박스 사이에 위치되도록 설치된 댐퍼(damper);를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고속 화차용 대차의 서스펜션 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    댐퍼는 상기 액슬박스와 상기 사이드프레임에 각각 보울트 결합된 유압식 댐퍼;를 구비하는 것을 특징으로 하는 고속 화차용 대차의 서스펜션 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 댐퍼는 신축적으로 변형가능하도록 상기 코니컬 러버 스프링의 상부에 설치된 다이어프램(diaphragm);을 구비하는 것을 특징으로 하는 고속 화차용 대차의 서스펜션 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스프링박스는 상기 사이드프레임과 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 고속 화차용 대차의 서스펜션 시스템.
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