KR20030054573A - 철도차량의 고속주행용 대차장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도차량의 고속주행용 대차장치에 관한 것으로,

본 발명에서는 궁극적으로 철도노선에서 여행시간을 단축하기 위한 방안으로 곡선부의 속도제한을 높이고, 부가적으로는 곡선부 고속주행시 발생하는 승객의 횡방향 쏠림현상과 궤도에 미치는 횡압증가의 문제점을 해결하며, 구조또한 단순화하여 정비 및 유지보수성을 향상시킬 수 있는 철도차량의 고속주행용 대차장치를 제공하게 된다.

Description

철도차량의 고속주행용 대차장치{truck device use for high-speed driving of electric train }

본 발명은 철도차량의 고속주행용 대차장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 궁극적으로 철도노선에서 여행시간을 단축하기 위한 방안으로 곡선부의 속도제한을 높이고자 함에 있으며, 부가적으로는 곡선부 고속주행시 발생하는 승객의 횡방향 쏠림현상과 궤도에 미치는 횡압증가의 문제점을 해결하고, 구조또한 단순화하여 정비 및 유지보수성을 향상시킬 수 있는 철도차량의 고속주행용 대차장치에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량의 대차장치는 철도차량의 주행시 발생되는 각종 힘과 진동의 전달 또는 절연하는 기본적인 기능을 수행하는 것으로서, 종래 대차장치의 대표적인 일례를 도 1에 도시하였다.

이에 도시된 대차장치는 볼스터레스(BOLSTERLESS) 구조로서 차체(1), 2차현가장치(7), 대차 프레임(5), 1차 현가장치(4), 차륜 및 차축세트(2) 구조로 되어 있다.

여기서, 종래 대차장치는 곡선궤도에서의 원심력에 의해 횡방향으로 쏠리는 현상을 궤도 외측을 높게 설치하는 캔트(CANT)에 의해 일부분 해소하고 있으나, 쏠림현상에 대한 승차감 확보 측면에서 비교적 낮은 곡선주행속도의 제한이 불가피한것이었다.

특히, 우리나라와 같이 곡선궤도가 많은 철도노선의 경우 여행시간을 단축하기 위해서는 곡선부의 속도 제한을 높이는 것이 효과적임에 따라 종래차량에 비해 곡선궤도에서 약 30%이상의 높은 속도로 주행을 하기 위해서는 차체를 강제적으로 경사시켜 주는 별도의 경사장치를 필요로 하게 된다.

이와같은 경사장치에는 다양한 종류가 있으며, 곡선궤도 고속주행을 위한 종래의 경사장치는 차체를 안전하고 에너지 소비가 작도록 경사시키는 기구학적 구조가 매우 복잡하며, 복잡한 구조로 인해 넓은 설치공간을 필요로하게 되고, 동력원으로 유압을 이용하기 때문에 차량에 별도의 유압시스템을 구성하여야 하는 등 그만큼 구조가 복잡해져 취급 및 유지 보수성이 저하되는 문제점을 갖는 것이었다.

또한, 도 1에서와 같이 대개가 차체(1) 경사를 2차 현가장치(4) 상부에서 이루어지도록 하는 예가 많은데, 이러한 구조는 원심력이 경사에 의해 상쇄되지 않은 상태로 2차 현가장치에 전달되기 때문에 2차 현가장치에 횡방향 변위가 증가되어 별도로 차체를 횡방향 중심으로 복원시키는 구동장치가 필요하게 되어 구조의 복잡함이 가중되는 것이었다.

이에, 본 발명에서는 전술한 종래 대차장치가 갖는 제반적인 문제점을 해결하고자 창안된 것으로,

본 발명의 목적은 궁극적으로 철도노선에서 여행시간을 단축하기 위한 방안으로 곡선부의 속도제한을 높이고자 함에 있으며, 부가적으로는 곡선부 고속주행시발생하는 승객의 횡방향 쏠림현상과 궤도에 미치는 횡압증가의 문제점을 해결하고, 구조또한 단순화하여 정비 및 유지보수성을 향상시킬 수 있는 철도차량의 고속주행용 대차장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단으로는;

차체와, 2차현가장치와, 볼스타와, 대차프레임과, 1차현가장치와, 차륜 및 차축세트가 순차적으로 적층형성되는 철도차량의 대차장치에 있어서,

상기 대차프레임으로는 복수개 제 1 링크결합구와 제 1 체결구가 형성되는 중앙 설치부를 두고,

상기 볼스타로는 상기 제 1 링크결합구와 대응되는 위치로 형성되는 제 2 링크결합구와, 상기 제 1체결구와 대응되는 위치에 복수개로 형성되는 제 2체결구와, 상기 제 2현가장치를 설치하기 위한 한조의 설치구를 형성하되,

양 끝단으로 링크결합공을 갖는 경사링크를 형성하여 상기 제 1,2링크결합구를 통해 각각 힌지결합하고, 상기 제 1,2체결구로는 경사구동장치를 결합하여, 곡선궤도의 열차진입시 별도의 제어시스템을 통한 경사구동장치의 작동으로 차체가 결합된 볼스타가 곡선내측으로 경사지도록 한 철도차량의 고속주행용 대차장치를 구비하므로서 달성된다.

도 1은 종래 철도차량의 대차장치를 보인 구성도

도 2는 본 발명에 따른 대차장치에 있어, 대차프레임의 구성도

도 3은 본 발명에 따른 대차장치에 있어, 경사링크를 통한 대차프레임과 볼스타의 결합상태평면도

도 4는 본 발명에 따른 대차장치에 있어, 경사링크를 통한 대차프레임과 볼스타의 결합상태 측면도

도 5는 본 발명에 따른 대차장치에 있어, 경사구종장치의 결합상태도

도 6은 본 발명에 따른 대차장치의 결합상태도

도 7은 본 발명에 따른 대차장치의 작용상태도

도 8은 본 발명에 따른 대차장치에 적용되는 조향기구의 구성도이다.

<도면주요부위에 대한 부호의 설명>

100 : 대차장치 1 : 차체 2 : 차륜 및 차축세트

3 : 조향기구 4 : 1차 현가장치 5 : 대차프레임

6 : 볼스타 7 : 2차 현가장치 8 : 경사링크

9 : 경사구동장치 51 : 설치부 52 : 1차 링크결합구

53 : 제 1체결구 61 : 제 2 링크결합구 62 : 설치구

63 : 제 2체결구 81,81' : 링크결합공

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 대차장치에 있어, 대차프레임의 구성도이고, 도 3은본 발명에 따른 대차장치에 있어, 경사링크를 통한 대차프레임과 볼스타의 결합상태평면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 대차장치에 있어, 경사링크를 통한 대차프레임과 볼스타의 결합상태 측면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 대차장치에 있어, 경사구종장치의 결합상태도이며, 도 6은 본 발명에 따른 대차장치의 결합상태도이고, 도 7은 본 발명에 따른 대차장치의 작용상태도이며, 도 8은 본 발명에 따른 대차장치에 적용되는 조향기구의 구성도이다.

이에, 도시된 바와같이 본 발명에서 제안된 대차장치(100)는 차체(1)를 곡선내측으로 강제적으로 경사시켜 원심가속도를 중력가속도로 상쇄시킴으로써 곡선궤도를 고속으로 주행할 수 있도록 하는 기본원리를 이용한 것으로,

본 발명의 특징은 차체(1) 경사가 볼스타(6), 경사 링크(8), 대차후레임(5)의 단순한 기구학적 구조에 의해 안내되며, 경사구동은 차량의 전기를 이용한 전기-기계식 경사구동장치(9)를 적용한 것에 있다.

이에, 본 발명의 대차장치(100)는 차체(1)와, 2차현가장치(7)와, 볼스타(6)와, 경사링크(8)와, 대차프레임(5)과, 1차현가장치(4)와, 차륜 및 차축세트(2)가 순차적으로 적층형성된 구조를 갖게 된다.

상기 대차프레임(5)은 도 2에 도시된 바와 같이 중앙 설치부(51)의 사방으로 제 1 링크결합구(52)가 돌출형성되며, 또한 도 3에서와 같은 형태를 갖는 볼스타의 하부 사방으로는 상기 제 1 링크결합구(52)와 대응되는 위치로 제 2 링크결합구(61)가 형성된다.

이때, 상기 대차프레임(5)에 있어, 중앙 설치부(51)로는 경사구동장치(9)를설치하기 위한 제 1 체결구(53)가 형성되고, 상기 볼스타(6)에 있어, 상부면 일측과 타측부로는 2차현가장치(7)를 설치할 수 있는 설치구(62)가 형성되며, 볼스터(6)의 중앙 하부로는 상기 제 1체결구(53)와 대응되는 위치로 제 2 체결구(63)를 형성하게 된다.

한편, 상기 경사링크(8)는 도 2에서와 같이 전술한 제 1,2 링크결합구(52,61)에 힌지결합될 수 있도록 일측과 타측으로 링크결합공(81,81')이 형성된다.

이에, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 대차장치(100)는 도 3에서와 같이 우선, 대차프레임(5)으로는 차륜 및 차축세트(2)와 1차 현가장치(4)를 설치한 상태에서 대차프레임(5)의 중앙 설치부(51)로 볼스타(6)를 설치하되, 이는 각각 사방으로 형성되는 제 1,2 링크체결구(52,61)를 통한 경사링크(8)의 결합을 통해 이루어지고, 또한 상기 대차프레임(5)과 볼스타(6)로 형성된 제 1,2체결구(53,63)를 통해 경사구동장치(9)를 설치하게 되며, 이렇게 대차프레임(5)으로 결합된 볼스터(6)로는 차체(1)를 결합함과 동시에 설치구(62)를 통해 2차 현가장치(7)를 설치하므로서 대차장치(100)의 조립이 완성된다.

이때, 상기 대차프레임(5)과 볼스타(6)를 연결결합하는 경사링크(8)는 제 1,2 링크결합구(52,61)의 형성위치가 차이를 갖게 되므로 최초의 결합상태가 도 6에서와 같이 경사진 형상을 유지하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 대차장치는 철도차량의 주행시 발생되는 각종 힘과 진동의 전달 또는 절연하는 기본적인 기능을 수행함과 동시에 곡선주행시 별도의제어시스템을 통해 경사구동장치(9)를 작동시켜 차체(1)를 강제적으로 경사시키는 역활을 수행하게 되는데,

이는 도 4에서와 같이 경사구동장치(9)를 동작시키면 볼스타(6)에 횡방향 경사힘이 미치게 되고, 대차프레임(5)에는 이에 대한 반력이 작용하게 되며, 경사힘에 의해 볼스터(6)는 횡방향으로 움직이게 된다.

이에따라, 대차프레임(5)과 볼스타(6)에 힌지결합되어진 상기 경사링크(8)는 볼스타(6)의 횡방향 움직임에 의해 형태변형되어 차체의 경사가 이루어지게 되는데, 이와같이 차체(1)를 곡선내측으로 강제 경사시키므로서 원심가속도를 중력가속도로 상쇄하게 되므로 곡선궤도를 고속으로 주행하여도 승객이 횡방향으로 쏠리는 가속도를 적게 느끼게 됨은 물론 곡선궤도를 고속으로 주행할 수 있는 것이며, 열차가 다시 직선궤도에 진입할 경우에는 별도의 제어시스템을 통해 경사구동장치를 원위치시키게 된다.

또한, 2차 현가장치(7)가 볼스타(6)의 상부에 설치되므로 경사에 의한 원심력 저감효과가 2차 현가장치(7)에도 미치게 되므로, 현가장치의 과도한 변위나 쏠림을 방지하여 현가장치를 유연하게 하므로서 승차감 향상을 도모할 수 있는 것이다.

한편, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 대차장치로는 도 8에 도시된 바오같은 통상의 조향장치(3)를 두어 차륜과 궤도사이에 발생되는 안내횡압을 대폭 감소시◎ㄹ 수 있는 것인데,

이는 곡선궤도에서 발생되는 차체(1)와 대차간의 선회각을 이용하여 전,후위차축(2)을 조향레버에 의해 방사상의 형태로 틀어주게 되어 차륜이 곡선궤도에 접선방향으로 주행하게 유도해 주는 역할을 수행하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 철도차량의 고속주행용 대차장치는 경사링크와 볼스타와 대차프레임으로 차체 경사장치 단순구조로 구성하여 차체를 곡선내측으로 강제경사시키므로서 곡선궤도를 고속으로 주행할 수 있어 그만큼 여행시간을 단축할 수 있는 효과를 갖는 것이며,

곡선부 고속주행시 발생하는 승객의 횡방향 쏠림현상과 궤도에 미치는 횡압증가의 문제점을 해결할 수 있고, 구조의 단순화에 따른 정비 및 유지보수성의 향상효과를 기대할 수 있다.

Claims (2)

1. 차체와, 2차현가장치와, 볼스타와, 대차프레임과, 1차현가장치와, 차륜 및 차축세트가 순차적으로 적층형성되는 철도차량의 대차장치에 있어서,

   상기 대차프레임으로는 복수개 제 1 링크결합구와 제 1 체결구가 형성되는 중앙 설치부를 두고,

   상기 볼스타로는 상기 제 1 링크결합구와 대응되는 위치로 형성되는 제 2 링크결합구와, 상기 제 1체결구와 대응되는 위치에 복수개로 형성되는 제 2체결구와, 한조의 설치구를 형성하되,

   양 끝단으로 링크결합공을 갖는 경사링크를 형성하여 상기 제 1, 2링크결합구를 통해 각각 힌지결합하고, 상기 제 1, 2체결구로는 경사구동장치를 결합하여, 곡선궤도의 열차진입시 별도의 제어시스템을 통한 경사구동장치의 작동으로 차체가 결합된 볼스타가 곡선내측으로 경사지도록 한 철도차량의 고속주행용 대차장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 볼스타로 형성되는 한조의 설치구를 통해 제 2현가장치를가 설치됨을 특징으로 하는 철도차량의 고속주행용 대차장치.