KR20030093677A - 철도레일의 신축이음매 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도의 레일이 온도 또는 열차의 주행에 의하여 길이방향으로 늘어나거나 수축되는 것을 흡수하기 위하여 장대레일 구간에 필요한 개소 또는 교량, 분기기의 전,후 선로에 구성되는 철도레일의 신축이음매 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 신축이음매 장치는 기본레일(1)과 텅레일(2)이 함께 이동하는 방식과, 텅레일(2)은 고정되어 있고 기본레일(1)이 이동하는 방식으로 구성되며, 기본레일(1)과 텅레일(2)은 일명 Samson가공으로서 기본레일(1)은 하부가 좁아지게 절삭하고 텅레일(2)은 하부가 넓어지게 절삭하여 서로 밀착되도록 구성함으로써 텅레일(2)의 선단을 두껍게 하였으며, 기본레일과 텅레일의 접촉구간이 이루는 반지름 R을 130000mm에서 170000mm로 단일 만곡선으로 길게 형성하고 기본레일(1)과 텅레일(2)을 스톱퍼(3')가 형성된 베이스 플레이트(3)에 설치하되 도 7. 8에서 보는 바와 같이 기본레일(1)의 외측으로 레일 브레이스(4)와 볼트(5)를 이용하여 고정하였으며, 기본레일(1)의 내측에 설치되는 텅레일(2)은 기본레일(1)에 밀착시키고 레일 클립(6)과 볼트(5)로 고정하였고 특히, 베이스 플레이트(3)에 스톱퍼(3')들을 형성하여 레일 브레이스 및 레일 클립을 받치게 하고 텅레일(2)의 일부구간은 텅레일(2)의 밑면에 구멍(7)을 뚫어 베이스 플레이트(3)와 고정핀(8)으로 연결하였다.

이상과 같은 본 발명은 기본레일과 텅레일이 서로 만나는 접촉구간의 반지름 R을 130000mm에서 170000mm로 단일 만곡선으로 크게 하여 마찰력을 줄이고 신축량의 제한범위를 크게 하는 한편, 일명 Samson가공으로 텅레일의 길이를 길게 하여 결선구간을 좁게 함으로써 궤간 변동량을 줄이고, 궤간 확대량을 축소시켰기 때문에 열차가 고속으로 주행할 때 승차감과 안정성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있으며 또, 상기한 바와 같이 신축이음매 장치의 신뢰도를 향상시켰기 때문에 곡선부 선로를 구성하여도 아무런 문제가 없으며 또한, 같은 규격의 레일을 사용하여 신축이음매 장치를 구성함으로써 부품의 조합과 분리가 가능하여 텅레일과 기본레일이 함께 이동하는 방식과, 텅레일은 고정되어 있고 기본레일이 이동하는 방식 등 현장의 여건에 따라 적절한 제품을 혼용하여 사용할 수 있으므로 유지보수시 간편한 장점이 있으며, 텅레일에 공지의 접착식 절연이음매를 설치하여 분기기의 전,후에 연결함으로써 별도의 절연장치를 추가 하지 않아도 되므로 추가적인 경비 절감과 소요공간을 줄여 경제적인 이득을 얻는 효과가 있다.

Description

철도레일의 신축이음매 장치{New construction joint device of railroad rail}

본 발명은 철도의 레일이 온도 또는 열차의 주행에 의하여 길이방향으로 늘어나거나 수축되는 것을 흡수하기 위하여 장대레일 구간에 필요한 개소 또는 교량, 분기기의 전,후에 설치되는 철도레일의 신축이음매 장치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 철도레일은 온도 또는 열차의 주행에 의하여 레일이 길이방향으로 늘어나거나 수축되는데 이렇게 길이방향으로 늘어나게 되면 서로 마주보는 레일의 양단이 밀착되면서 레일의 폭방향으로 밀리는 현상이 생기게 되며, 이러한 현상은 열차가 주행할 때 탈선하는 문제를 발생시키기 때문에 소정의 간격을 두고 레일을 설치하였다.

상기와 같이 소정의 간격을 두고 레일을 설치하면 열차가 주행할 때 소음과 진동을 발생시키기 때문에 열차를 좀 더 안정되게 주행시킬 수 있도록 하기 위하여 신축이음매 장치를 설치하는 것이다.

상기와 같은 신축이음매 장치는 장대레일 구간에 필요한 개소 설치되고 또, 교량구간과 같이 노반의 변형이 심한 구간, 분기기의 구조상 분기기의 전,후에 설치되는 것이다.

종래 상기와 같은 레일의 신축이음매 장치는 도 1에서 도 4와 같이 구성된것이 있는데 도 1은 양측 텅레일 겹침형으로 프랑스 국철에서 사용하고 있으며, 도 2는 양측 텅레일과 구조물 결합형으로 스페인 국철에서 사용하고 있으며, 도 3은 결선부 가드 보완형으로 벨기에 국철에서 사용하고 있다.

상기와 같은 신축이음매 장치의 구성은 구조적으로 간편하고 제작비용이 저렴한 장점은 있다.

그러나 레일의 신축량이 크게 형성될 수밖에 없는 구간에는 부적합하므로 신축량이 비교적 작은 장소나 설치공간이 협소한 구간과, 저속주행 구간에서만 사용이 가능하고 또, 레일(60)의 특정 부위가 집중적으로 가공되어 있고 레일이 겹치는 구간이 짧기 때문에 레일이 취약한 단점이 있다.

그리고, 장대레일에 적합한 신축이음매 중에 대표적인 것은 텅레일과 기본레일이 함께 이동하는 방식으로 도 4에서 도시한 것과 같은데 그 구성을 구체적으로 살펴보면 기본레일(40)과 텅레일(50)의 접촉구간(51)이 연속적이고 완만하게 구성되어 있기 때문에 차륜하중에 의한 응력의 집중부위가 없으므로 열차주행시 진동이 작게 발생하여 고속주행과 승차감이 향상되는 장점이 있다.

그러나 상기 신축이음매 장치를 구성하는 기본레일(40)과 텅레일(50)의 접촉구간(51)이 완만한 S자형으로 구성되면서 접촉구간(51)을 이루는 반지름 R이 69138mm로 짧게 구성되어 있기 때문에 마찰력이 커지는 단점이 있고 또, 궤간변동량을 줄이기 위하여 레일 신축량의 제한범위를 좁게 구성하였다.

즉, 레일 신축량의 제한범위를 기본레일(40)과 텅레일(50)이 함께 이동하는 방식에서는 기본레일과 텅레일의 양측 끝단의 이동거리가 ±62.5mm 총 125mm의 신축량을 흡수할 수 있도록 설계되어 있다.

상기와 같이 텅레일이 좌,우 길이방으로 62.5mm로 짧게 이동하면 궤간이 최대 1435mm +7mm로 확대되거나 최소 1435mm -0.4mm로 축소되어 궤간 변동량(폭)이 커진다.

이와 같이 궤간이 변동하는 량이 커지면 열차가 고속으로 주행할 때 흔들리기 때문에 승차감이 떨어지는 단점이 있고, 기본레일과 텅레일을 도 5에서 도시한 것과 같이 기본레일은 절삭하지 않고 텅레일만 절삭하는 구성으로 되어 있기 때문에 텅레일의 첨단으로 갈수록 두께가 얇아져 구조적으로 취약한 단점이 있다.

또한, 텅레일의 첨단에 최소한의 두께(3-4mm)를 유지하기 위하여 첨단부로부터 내측으로 일정한 길이에서 절단하였기 때문에 결선구간(a)이 길어진다.

상기와 같이 결선구간(a)이 길어지면 결과적으로 궤간확대 구간이 길어지고 또, 궤간 확대량이 커지게 되므로 전기한 바와 같이 열차가 고속으로 주행할 때 흔들리기 때문에 승차감이 떨어지는 단점이 있다.

그리고, 텅레일은 고정되고 기본레일이 이동하는 방식에서는 양측레일이 겹치는 구간의 사선변동이 없으므로 표준궤간 1435mm의 상태를 유지할 수 있는 장점도 있다.

그러나 상기 텅레일을 고정시키는 구성에서 볼트의 체결력과 레일에 닿는 부품의 마찰력으로 고정되어 있기 때문에 열차의 차륜에 의하여 열차의 진행방향으로 레일이 밀리는 복진현상을 견디지 못하고 텅레일이 밀려나는 현상이 발생하므로 텅레일의 위치를 수시로 정정하는 작업을 해야하며, 이에 따른 경제적인 부담이 커지는 등의 문제점이 있었다.

또한, 기본레일 60KG에 대하여 텅레일은 70S규격으로 제작/사용함으로써 이에 따른 부품이 복잡하고 호환성이 없으며 또한, 중량화, 과대화되는 등의 단점이 있다.

이러한 종래 신축이음매 장치의 문제점을 감안하여 안출한 본 발명은 신축이음매 장치를 구성하는 접촉구간이 이루는 반지름 R을 130000mm에서 170000mm로 길게 단일 만곡선으로 구성하고 기본레일과 텅레일의 가공길이를 길게하여 마찰력을 줄이고 레일 신축량의 제한범위를 넓게 하여 궤간 변동량을 줄이는 효과를 얻을 수 있고, 기본레일두부의 내측일부와 텅레일두부의 일부분을 경사지게 절삭하고 서로 밀착되도록 구성함으로써 내구력을 향상시키고 결선구간을 좁게 하여 궤간 확대량을 축소하는 효과를 얻을 수 있으며, 기본레일 60KG에 대하여 텅레일도 60KG으로 같은 규격으로 제작/사용함으로써 이에 따른 부품들의 조합과 분리가 가능하여 텅레일과 기본레일이 함께 이동하는 방식과 텅레일이 고정되어 있고 기본레일이 이동하는 방식에 혼용으로 사용할 수 있기 때문에 상기의 효과를 포함하고 작업성을 향상시키는 동시에 경제적인 이득을 얻을 수 있는 신축이음매 장치를 제공하는데 소기의 목적하는 바가 있는 것이다.

도 1,2,3,4는 종래의 신축이음매 장치의 예시도

도 5는 종래 기본레일과 텅레일의 단면도

도 6은 본 발명에 따른 신축이음매 장치의 개략적 구성도

도 7은 베이스 플레이트에 기본레일과 텅레일이 함께 설치된 부분의 단면도

도 8은 베이스 플레이트에 텅레일이 설치된 부분의 단면도

도 9는 기본레일과 텅레일이 함께 이동하는 상태를 보인 예시도

도 10은 텅레일이 고정되어 있고 양단에 기본레일이 이동하는 상태를 보인 예시도

도 11, 12는 본 발명의 신축이음매 장치로 곡선부 선로를 구성한 상태를 보인 예시도

도 13은 고정레일에 접착식 절연이음매를 설치한 상태를 보인 예시도

***도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명***

1: 기본레일 2: 텅레일

3: 베이스 플레이트 4: 레일 브레이스

5: 볼트 6: 레일 클립

7: 구멍 8: 고정핀

9: 접촉구간 10: 접착식 절연이음매

본 발명에 따른 철도레일의 신축이음매 장치에 관한 구성을 이하 첨부되는 도면과 관련하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 신축이음매 장치의 경우에도 종래와 같이 기본레일(1)과 텅레일(2)이 함께 이동하는 방식과, 텅레일(2)은 고정되어 있고 기본레일(1)이 이동하는 방식으로 구성되는데 본 발명의 특징은 기본레일(1)과 텅레일(2)은 도 7에서 보는바와 같이 일명 Samson가공으로서 기본레일(1)은 하부가 좁아지게 절삭하고 텅레일(2)은 하부가 넓어지게 절삭하여 서로 밀착되도록 구성함으로써 텅레일(2)의 선단을 두껍게 하였다.

그리고, 기본레일(1)과 텅레일(2)을 베이스 플레이트(3)에 설치하는 구성은 도 7, 8에서 보는 바와 같이 기본레일(1)의 외측으로 레일 브레이스(4)와 볼트(5)를 이용하여 고정하였으며, 기본레일(1)의 내측에 설치되는 텅레일(2)은 기본레일(1)에 밀착시키고 레일 클립(6)과 볼트(5)로 고정하였고 특히, 베이스 플레이트(3)에 스톱퍼(3')들을 일체로 고정하여 레일 브레이스(4)와 레일 클립(6)을 받쳐주도록 하고 텅레일(2)의 일부구간은 텅레일(2)의 밑면에 구멍(7)을 뚫어 베이스 플레이트(3)와 고정핀(8)으로 연결하였다.

도 9에서 도시한 신축이음매 장치는 50KGN용 레일을 사용하여 기본레일(1)과 텅레일(2)을 구성하고 또, 60KG용 레일을 사용하여 기본레일(1)과 텅레일(2)을 구성하면서 기본레일(1)과 텅레일(2)이 함께 이동하는 방식으로 설치되어 있다.

도 10에서 도시한 신축이음매 장치는 도 9에서 도시한 50KGN용 60KG용 신축이음매 장치를 각각 조합하여 기본레일(1)과 텅레일(2)을 구성하며, 텅레일(2)의 양측에 기본레일(1)을 설치하여 텅레일(2)은 고정되어 있고 기본레일(1)이 이동하는 방식으로 구성되어 있으며, 텅레일(2)의 일부구간은 도 8에서 보는 바와 같이베이스 플레이트(3)와 고정핀(8)으로 연결하였기 때문에 궤간 변동이 없고, 열차의 차륜에 의하여 열차의 진행방향으로 레일이 밀리는 복진현상으로 밀려나는 현상을 억제 시킬 수 있으므로 텅레일(2)의 위치를 수시로 정정하지 않더라도 텅레일(2)이 정확한 위치를 유지할 수 있는 것이다.

상기의 기본레일과 텅레일의 접촉구간(9)이 이루는 반지름 R을 크게 하고 기본레일(1)의 신축량을 300mm로 넓게 하며 또, 일명 Samson가공으로서 텅레일(2)의 선단부를 두껍게 하여 내구력을 향상시켰기 때문에 텅레일(2)을 길게 형성할 수 있고 이와 같이 하므로서 결선구간(a)은 짧아지고 또, 궤간 확대량은 축소시킬 수 있는 것이다.

상기와 같이 기본레일과 텅레일의 접촉구간(9)이 이루는 반지름 R을 크게 함으로써, 기본레일과 텅레일의 접촉구간에 마찰력이 줄기 때문에 레일의 신축이 원활해지고 또, 기본레일(1)의 신축량을 300mm로 크게 하여도 궤간 변동량이 종래 보다 더 작아지므로 열차가 고속으로 주행할 때 승차감을 향상시킬 수 있다.

또한, 기본레일과 텅레일을 일명 Samson가공으로 텅레일(2)의 선단부를 두껍게 함으로써 텅레일의 내구력을 향상시켰기 때문에 텅레일(2)을 길게 형성할 수 있고 이렇게 함으로써 결선구간은 짧아지고 결선구간(a)에서의 궤간 확대량이 종래 7.2mm 인것을 2mm로 축소시킬 수 있으므로 일반구간과 동일한 궤간 간격을 유지할 수 있어 열차가 고속으로 주행할 때 승차감을 향상시킬 수 있는 것이다.

상기의 기본레일(1)과 텅레일(2)이 서로 만나는 접촉구간(9)은 반지름 R을 130000mm에서 170000mm로 길게 단일 만곡선으로 구성하는 것이 매우 이상적이며,양 레일의 접촉구간(9) 즉, 겹침부 최대접선기울기의 반지름 R을 150000mm로 하였을 때 1°32' 19"가 되므로 마찰력이 종래 반지름 R이 69138mm, 100000mm일 때 보다는 각각 10%, 29% 감소된다.

또, 기본레일 60KG에 대하여 텅레일도 60KG의 규격으로 제작/사용함으로써 이에 따른 부품 즉, 기본레일(1)의 외측으로 레일 브레이스(4)와 볼트(5)를 이용하여 고정하고 기본레일(1)의 내측에 설치되는 텅레일(2)은 기본레일(1)의 내측에 밀착시키고 레일 클립(6)과 볼트(5)로 고정하는 구성을 같이 사용할 수 있도록 호환성 있게 구성함으로써 텅레일과 기본레일이 함께 움직이는 방식(도 9참조)과 텅레일이 고정되어 있고 기본레일이 움직이는 방식(도 10참조)에서 양 제품의 조합과 분리가 가능하므로 현장 여건에 따라 적합한 선택과 유지 보수가 용이하게 되는 것이다.

그리고, 도 13과 같이 텅레일(2)은 고정되어 있고 양단에 기본레일(1)이 이동하는 방식에서 텅레일(2)에 공지의 접착식 절연이음매(10)를 설치하여 분기기의 전,후에 설치함으로써 별도의 절연장치를 추가 하지 않아도 되는 것이다.

도 11, 12에서 도시한 신축이음매 장치는 50KGN용 레일을 사용하여 기본레일(1)과 텅레일(2)을 구성하여 텅레일(2)과 기본레일(1)이 함께 이동하는 방식과, 텅레일(2)의 양측에 기본레일(1)을 설치하여 텅레일(2)은 고정되어 있고 기본레일(1)이 이동하는 방식으로 구성된 것으로 이와 같은 구성은 선로의 커브곡선부 R이 800000mm 이상 5000000mm 이하 구간에 적합하다.

상기와 같이 선로의 커브곡선부 R이 800000mm 이상 5000000mm 이하 구간에적합한 이유는 기본레일과 텅레일의 접촉구간(9)을 이루는 반지름 R이 130000mm에서 170000mm 단일 만곡선으로 구성되어 있기 때문에 양 레일의 접촉면이 이루는 각도가 작아지고 이렇게 하여 레일 신축시 마찰력을 줄임으로써 원활한 작동과 궤간 변동 및 확대량을 줄여 승차감과 안정성 등 신축이음매 장치로서 신뢰도를 향상시켰기 때문에 가능한 것이다.

이상과 같은 본 발명은 기본레일과 텅레일이 서로 만나는 접촉구간의 반지름 R을 130000mm에서 170000mm로 단일 만곡선으로 크게 하여 마찰력을 줄이고 신축량의 제한범위를 크게 하는 한편, 일명 Samson가공으로 텅레일의 길이를 길게 하여 결선구간을 좁게 함으로써 궤간 변동량을 줄이고, 궤간 확대량을 축소시켰기 때문에 열차가 고속으로 주행할 때 승차감과 안정성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있으며, 상기와 같이 하여 신축이음매 장치의 신뢰도를 향상시켰기 때문에 곡선부 선로를 구성하여도 아무런 문제가 없으며 또한, 같은 규격의 레일을 사용하여 신축이음매 장치를 구성함으로써 부품의 조합과 분리가 가능하여 텅레일과 기본레일이 함께 이동하는 방식과, 텅레일은 고정되어 있고 기본레일이 이동하는 방식 등 현장의 여건에 따라 적절한 제품을 혼용하여 사용할 수 있으므로 유지보수시 간편한 장점이 있으며, 텅레일에 공지의 접착식 절연이음매를 설치하여 분기기의 전,후에 연결함으로써 별도의 절연장치를 추가 하지 않아도 되므로 추가적인 경비 절감과 소요공간을 줄여 경제적인 이득을 얻는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 기본레일(1)과 텅레일(2)을 같은 규격의 레일를 사용하여 일명 Samson가공으로 기본레일(1)은 하부가 좁아지게 절삭하고 텅레일(2)은 하부가 넓어지게 절삭하여 서로 밀착시켜 결선구간(a)을 짧게 구성하고 기본레일(1)과 텅레일(2)이 서로 만나는 접촉구간(9)의 반지름 R을 130000mm에서 170000mm로 길게 단일 만곡선으로 구성하는 것을 특징으로 하는 철도레일의 신축이음매 장치.
2. 제 1항에 있어서, 기본레일(1)과 텅레일(2)을 스톱퍼(3')들이 형성된 베이스 플레이트(3)에 설치하여 기본레일(1)의 외측으로 레일 브레이스(4)와 볼트(5)로 고정하고 기본레일(1)의 내측에 설치되는 텅레일(2)은 기본레일(1)에 밀착시키고 레일 클립(6)과 볼트(5)로 고정하되 레일 브레이스(4)와 레일 클립(6)이 스톱퍼(3')에 걸리도록 한 것을 특징으로 하는 철도레일의 신축이음매 장치.
3. 제 1항에 있어서, 텅레일(2)의 일부구간은 베이스 플레이트(3)와 고정핀(8)으로 고정한 것을 특징으로 하는 철도레일의 신축이음매 장치.
4. 제 1항에 있어서, 50KGN과 60KG의 레일을 사용하되 기본레일과 텅레일을 같은 규격의 레일을 사용하면서 기본레일(1)과 텅레일(2)이 함께 이동토록 구성하여 직선구간의 선로에 설치한 것을 특징으로 하는 철도레일의 신축이음매 장치.
5. 제 1항에 있어서, 50KGN과 60KG의 레일을 사용하되 기본레일과 텅레일을 같은 규격의 레일을 사용하면서 텅레일(2)은 고정되어 있고 텅레일(2)의 양단에 기본레일(1)이 이동토록 구성하여 직선구간의 선로에 설치한 것을 특징으로 하는 철도레일의 신축이음매 장치.
6. 제 5항에 있어서, 고정된 텅레일(2)에 공지의 접착식 절연이음매(10)를 설치하고 양단에 기본레일(1)이 이동하도록 한 것을 특징으로 하는 철도레일의 신축이음매 장치.
7. 제 4항에 있어서, 기본레일(1)과 텅레일(2)이 함께 이동토록 구성하여 곡선부 선로에 설치한 것을 특징으로 하는 철도레일의 신축이음매 장치.
8. 제 5항에 있어서, 텅레일(2)은 고정되어 있고 텅레일(2)의 양단에 기본레일(1)이 이동토록 구성하여 곡선부 선로에 설치한 것을 특징으로 하는 철도레일의 신축이음매 장치.