KR200330297Y1 - 철도차량용 대차의 원추형 액슬스프링_ - Google Patents

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Abstract

본 고안은 철도차량용 대차의 원추형 액슬스프링에 관한 것으로, 중공이 형성된 샤프트와, 이 샤프트의 상부측 외주부를 따라 부착된 주름체 형상으로 지름방향으로 겹쳐진 다수의 된 고무층(12)과, 이 각각의 고무층(12)들 사이에 형성된 금속재질의 링(13) 및, 상기 고무층(12)중 가장 바깥쪽 고무층(12)의 외주면을 둘러싸도록 형성된 금속재질의 원통형 외통부(14)를 갖춘 원추형 액슬스프링에 있어서, 상기 각각의 고무층(12)들에는 이 고무층(12)들의 원주방향으로 좁고 긴 구멍(12a)이 형성되되, 이 각각의 고무층(12)들에 형성된 구멍(12a)들은 대차의 전후방향을 따라 배열되고, 상기 각각의 링(13)에는 상기 구멍들의 배열방향과 일치하도록 그 외주부에 돌출된 스토퍼(13a)가 형성되며, 상기 샤프트(11)는 위쪽으로 갈수록 점차 직경이 급속히 작아지는 원추형을 이루도록 되어, 액슬스프링의 전후방향 강성이 저하되도록 하여 직선주행성을 저하시키지 않으면서 곡선추종성을 향상시킴과 더불어 횡압 및 플랜지 마모를 감소시킬 수 있도록 된 것이다.

Description

철도차량용 대차의 원추형 액슬스프링
본 고안은 철도차량용 대차의 원추형 액슬스프링에 관한 것으로, 특히 2축 대차의 전위축만의 전후방향 스프링강성을 낮추어 직선주행성을 저해시키지 않고서 곡선주행성능을 향상시킬 수 있도록 된 철도차량용 대차의 원추형 액슬스프링에 관한 것이다.
일반적으로, 철도차량의 대차는 차륜과 이 차륜이 장착되는 차축 및 각 차축에 연결되어 이 차축들을 지지하는 액슬스프링을 구비하며, 통상 대차의 전위축과 후위축에 있어서 상기 액슬스프링은 그 스프링상수를 동일하게 채택하여 사용하는데, 상기 액슬스프링의 강성이 높으면 직선주행 안정성은 양호하지만 곡선추종성이 나쁘고, 이에 반해 액슬스프링의 강성이 낮으면 곡선추종성은 좋아지지만 직선주행성은 저하되는 경향이 있는바, 종래의 대차는 곡선반경과 직선 선로의 점유비율등의 선로조건을 고려하여 곡선주행성과 주행안전성을 절충시킨 스프링상수를 취한 액슬스프링을 사용하고 있다.
또한, 수다 요시히로(Suda Yoshihiro)의 일본 특허출원 제 90-2052753호(1990년 3월 6일)에는 상기와 같이 전위축과 후위축에 동일한 스프링상수를 취하지 않고 전위축에 작용하는 전후방향의 지지강성이 후위축에 작용하는 전후방향의 지지강성보다 작게 함으로써 직선주행성을 저하시키지 않고서 곡선추종성을 향상시킬 수 있도록 된 "철도차량의 4축 대차(Rolling Stock Four Wheel Truck)"가 게재되어 있는바, 이 4축대차의 전위축에 전륜세트와 차량프레임 사이의 상대요우속도에 작용하는 댐핑력작동부재가 설치되어 전위축의 강성이 낮아지도록 되어 있다.
한편, 종래에는 상기와 같은 액슬스프링의 일종으로 원추형 액슬스프링이 이용되었는데, 이 원추형 액슬스프링은 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 차축의 양단에 설치된 액슬박스(도시안됨)에 결합되는 중공이 형성된 샤프트(11')와, 이 샤프트(11')의 상부측 외주부를 따라 주름체 형상으로 되어 스프링역할을 하도록 직경방향으로 겹쳐진 다수의 고무층(12)과, 이 각각의 고무층(12)들 사이에 형성된 금속재질의 링(13) 및, 상기 고무층(12)들중 최외곽 고무층의 외주면을 둘러싸도록 형성된 금속재질의 원통형 외통부(14)를 갖추되, 이 원통형 외통부(14)의 상단 외주부에는 대차프레임(도시안됨)과 결합되기 위한 결합구멍(16a)이 형성된 돌출단(16)들이 서로 대향되어 구비되고, 상기 최외곽 고무층(12)의 일부분에는 액슬스프링의 전후 및 좌우 강성을 조절하기 위한 구멍(15)이 서로 대향되는 위치에 형성되어 있는 한편, 상기 고무층(12)들은 계단처럼 외곽쪽으로 갈수록 높아지도록 되어 있다.
따라서, 주행중 차축에 하중이 가해지면 상기와 같이 상하로 고정된 액슬스프링에 하중이 전달되고, 상기 고무층(12)으로 이루어진 원추형 액슬스프링이 진동하면서 차축을 지지하게 된다.
그러나, 상기와 같은 원추형 액슬스프링은 선로조건이 양호한 조건에서만 사용가능하며, 지반이 약하고 선로조건이 취약한 곳에서는 불규칙한 과대하중이 차축에 작용하여 답면제동을 가진 대차는 치명적인 제동부품의 파손이 야기되는 문제점이 있었다.
이에 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 불규칙한 과대하중을 받더라도 부품의 파손이 방지될 수 있게 되어 선로조건이 취약한 곳에서도 사용할 수 있으며, 전후방향의 강성을 감소시켜 직선주행성을 저하시키지 않으면서 곡선추종성을 향상시킬 수 있도록 된 철도차량용 대차의 원추형 액슬스프링을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 고안에 따른 원추형 액슬스프링의 평면도,
도 2는 도 1의 A-A선 단면도,
도 3은 본 고안의 원추형 액슬스프링의 전후방향강성의 특징을 나타내기 위해 수직하중과 스프링탄성계수와의 관계를 나타낸 그래프,
도 4는 도 1의 대응도로서 종래의 원추형 액슬스프링의 평면도,
도 5는 도 2의 대응도로서 도 4의 A-A선 단면도,
도 6은 도 3의 대응도로서 종래의 원추형 액슬스프링의 전후방향강성의 특징을 나타내기 위한 그래프이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 차축의 양단에 설치된 액슬박스에 결합되는 중공이 형성된 샤프트와, 이 샤프트의 상부측 외주부를 따라 주름체 형상으로 되어 스프링역할을 하는 다수의 고무층과, 각각의 고무층들 사이에 형성된 금속재질의 링 및, 최외곽 고무층의 외주면을 둘러싸도록 형성된 금속재질의 원통형 외통부를 갖춘 원추형 액슬스프링에 있어서, 상기 각각의 고무층에는 전후방향을 따라 링사이에 일련의 좁고 긴 구멍이 형성되고, 상기 각각의 링에는 상기 구멍들과 일치하는 방향을 따라 돌출된 스토퍼가 형성되는 한편, 상기 샤프트는 위쪽으로 갈수록 직경이 감소되면서 원추형을 이루도록 되어 있다.
따라서, 상기 원추형 액슬스프링은 상기 각각의 고무층에 형성된 구멍들에 의해 전후방향 강성이 낮아지게 되고, 상기 각각의 링에 형성된 스토퍼에 의해 차축에 과대하중이 가해질 때 원추형 액슬스프링의 변위를 제한하게 되어 제동부품의 파손을 방지할 수 있게 된다.
이하 본 고안을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 고안에 따른 원추형 액슬스프링의 평면도이며, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이고, 도 3은 본 고안의 원추형 액슬스프링의 전후방향강성의 특징을 나타내기 위해 수직하중과 스프링탄성계수와의 관계를 나타낸 그래프로, 앞서 설명한 종래의 원추형 액슬스프링과 유사하거나 동일한 구성부위에는 동일한 참조부호를 병기하여 설명한다.
먼저, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 원추형 액슬스프링은 차축의 양단에 설치된 액슬박스(도시안됨)에 결합되는 중공이 형성된 샤프트(11)와, 이 샤프트(11)의 상부측 외주부를 따라 주름체 형상으로 되어 스프링역할을 하도록 직경방향으로 겹쳐진 다수의 고무층(12)과, 이 각각의 고무층(12)들 사이에 형성된 금속재질의 링(13) 및, 상기 고무층(12)들중 최외곽 고무층의 외주면을 둘러싸도록 형성된 금속재질의 원통형 외통부(14)를 갖추는바, 상기 각각의 고무층(12)들에는 이 고무층(12)들의 원주방향으로 좁고 긴 구멍(12a)이 형성되되, 이 각각의 고무층(12)들에 형성된 구멍(12a)들은 대차(도시안됨)의 전후방향, 즉 도면상에서 X축을 따라 배열되어 있으며, 상기 각각의 링(13)에는 상기 구멍들의 배열방향과 일치하도록 그 외주부에 돌출된 스토퍼(13a)가 형성된다.
따라서, 상기와 같이 각 고무층(12)들에 구멍(12a)이 형성됨으로써 전후방향의 강성이 저하될 수 있게 되고, 차축에 과대하중이 가해지는 경우 상기 링(13)에 형성된 스토퍼(13a)에 의해 스프링의 과대변위가 억제되어 제동부품의 파손을 방지할 수 있게 된다.
또한, 가장 안쪽의 고무층(12)의 내주면과 접하고 있는 샤프트(11)는 위쪽으로 갈수록 점차 직경이 작아지는 원추형을 이루도록 되고, 이에 따라 상기 링(13)과 고무층(12)들의 기울어진 각도도 더 안쪽으로 기울어지게 되어 상기 구멍(12a)을 형성시킴으로써 발생하는 수직방향의 강성저하를 보상하도록 되어 있다.
상기와 같이 전후방향으로 낮은 강성을 갖게되는 원추형 액슬스프링은 2축대차에 사용되는 경우, 전위축에 장착되어 사용되는 것이 바람직하며, 이때 상기 전위축에 장착되는 본 고안에 따른 원추형 액슬스프링의 전후방향 스프링상수는 좌우방향 스프링상수 또는 후위축의 원추형 액슬스프링의 전후방향 스프링상수의 1/3 내지 1/4 사이의 범위로 되는 것이 가장 바람직하다.
한편, 종래의 원추형 액슬스프링은 도 6에 도시된 바와 같이 수직하중 증가에 따라 균일한 스프링상수가 유지되도록 되어 있으나, 앞서 설명한 것과 같은 구성을 갖는 본 고안에 따른 액슬스프링은 도 3에 도시된 바와 같이, 적정한 수직하중에서는 종래의 것과 같은 스프링상수를 유지하여 직선주행성이 양호하게 되고, 곡선 선로에서 수직하중이 상대적으로 낮게 작용하는 안쪽선로에서는 전후방향의 스프링상수가 급속히 저하되어 차축의 횡력(yawing force)을 발생시키게 되어 곡선추종성이 향상되게 된다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이 선로조건에 따라 과대하중을 받게 되면 스토퍼(13a)에 의해 액슬스프링 변위가 제한되어 스프링상수가 소정의 한계치 내에서 유지되게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따르면, 원가상승을 수반하지 않으면서 간단한 구조로 자동조타 대차(self-steering Bogie)와 같은 효과를 발휘할 수 있으며, 과대하중에 의한 액슬스프링의 변위가 억제됨으로써 제동부품의 파손이 방지됨과 더불어, 차륜에 작용하는 횡압이 감소되어 플랜지 마모가 감소됨과 동시에 레일과의 마찰에 의한 소음이 감소되는 효과가 있다.
또한, 직선주행성을 저하시키지 않고 곡선주행성이 향상되어 작은 곡선반경을 갖는 선로에서도 종래보다 높은 주행속도를 갖고서 원활한 곡선주행이 가능하게 된다.

Claims (2)

  1. 중공이 형성된 샤프트와, 이 샤프트의 상부측 외주부를 따라 부착된 주름체 형상으로 지름방향으로 겹쳐진 다수의 된 고무층(12)과, 이 각각의 고무층(12)들 사이에 형성된 금속재질의 링(13) 및, 상기 고무층(12)중 가장 바깥쪽 고무층(12)의 외주면을 둘러싸도록 형성된 금속재질의 원통형 외통부(14)를 갖춘 원추형 액슬스프링에 있어서,
    상기 각각의 고무층(12)들에는 이 고무층(12)들의 원주방향으로 좁고 긴 구멍(12a)이 형성되되, 이 각각의 고무층(12)들에 형성된 구멍(12a)들은 대차의 전후방향을 따라 배열되고, 상기 각각의 링(13)에는 상기 구멍들의 배열방향과 일치하도록 그 외주부에 돌출된 스토퍼(13a)가 형성되며, 상기 샤프트(11)는 위쪽으로 갈수록 점차 직경이 급속히 작아지는 원추형을 이루도록 된 것을 특징으로 하는 철도차량용 대차의 원추형 액슬스프링.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 원추형 액슬스프링은 전후방향 강성이 좌우방향 강성의 1/3 내지 1/4 사이의 범위인 것을 특징으로 하는 철도차량용 대차의 원추형 액슬스프링.
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