KR200444766Y1 - 공압실린더를 이용한 철도차량용 판타그래프 - Google Patents

Abstract

철도차량의 상부에 장착하여 전차선으로부터 전기를 집전할 목적으로 사용하거나, 잔류전기를 접지하므로써 가전보수작업 시 안전을 확보할 목적으로 사용하는 철도차량용 판타그래프에 관한 것으로서, 본 고안은 판타그래프습판체 하부에 공압실린더를 수직되게 세우고 여기에 압력조절기를 거친 공기압을 투입하여 간단하면서도 일정한 압상력과 큰 스트로크와 좋은 추종특성을 가지는 판타그래프를 고안하게 되었다.

판타그래프, 판토그래프, 판토, 철도차량

Description

공압실린더를 이용한 철도차량용 판타그래프 {PANTOGRAPH USING AIR CYLINDER}

도1 : 종래의 철도차량용 판타그래프

도2 : 본 출원인 명의로 등록된 가스댐퍼를 사용한 판타그래프

도3 : 본 고안의 적용 일례의 정면도

도4 : 도1의 측면도

도5 : 본 고안의 시스템연결도

도6 : 본 고안의 또 다른 적용 일례

<구성품의 부품에 대한 설명>

1: 판타그래프습판체 , 2: 공압실린더

2A: 공압실린더밀어냄공기구 , 2B :공압실린더들어감공기구

2C: 피스톤로드 , 2D : 실린더하우징

3: 가이드포스트 , 4: 가이드부시

5: 프레임 , 6: 장착용클램프

7: 철도차량 , 8: 상승한계설정용멈춤쇠

9: 상승용완충기 , 10: 하강용완충기

11: 공급공기 , 12: 압력조절기

13: 방향제어밸브 , 14: 쿠션탱크

15: 오리피스

(도1)에 표시된 바는 한국의 대부분의 전철에 채택되어 사용되고 있는 전동차용 판타그래프로서, 두개의 습판체가 각각 두줄의 주습판스트립과 중앙에 카본습판체를 가지고 있어 통전용량이 크며, 가선에 대한 추종성이 양호하다. 그러나 구조가 복잡하고 넓은 면적을 차지하며 무거워서 모터카 등 소형의 철도차량에 설치하기에는 적합하지가 않음에도 불구하고 아직도 많이 사용해 오고 있다.

(도2)는 모터카 등 소형의 철도차량에서 잔류전기의 접지를 통해 안전을 확보할 목적으로 사용하기 위해 본 출원인이 출원하여 실용신안(20-0335659)으로 등록한 (전동차용 습판체와 가스댐퍼를 장착한 모터카용 판타그래프)로서, 수차례의 모터카 제작에 적용하여 실제 사용을 해오고 있다. 그러나 본 구조의 경우 작은 스트로크의 경우에는 적합하나 큰 스트로크를 확보하기 위해 기구를 크게 할 경우 역시 구조가 아직도 복잡하고 가선(전차선)에 밀어올리며 닿는 압상력이 가선높이에 따라 일정하지 않으며 작용이 원활하지 못한 문제점이 발생하고 있다.

이러한 문제점을 해결하여 가볍고 간단하면서도 성능이 우수하고 전차선에의 압상력이 일정한 판타그래프를 고안하게 되었다.

철도차량의 상부에 장착하여 전차선으로부터 전기를 집전할 목적으로 사용하거나, 잔류전기를 접지하므로써 가전보수작업 시 안전을 확보할 목적으로 사용하는 철도차량용 판타그래프에 관한 것으로서, 공압실린더를 이용하여 간단하면서도 큰 스트로크와 일정한 가선에의 압상력 및 좋은 추종특성을 가지는 판타그래프를 고안하고자하는 데 있다.

(도)5에서 보는 바와 같이 철도차량(7)의 일측에 프레임(5)를 설치하고, 동 프레임에 공압실린더하우징(2D)을 고정되게 수직으로 설치하고, 동 실린더의 피스톤로드(2C)에 판타그래프습판체(1) 하부를 연결하여 설치한다. 차량의 공급공기(11)를 공급받아, 일정압력으로 압력을 조절하는 압력조절기(12)를 거치고, 공기를 투입차단하는 방향제어밸브(13)를 거치고, 공기투입속도를 조절하는 오리피스(15)를 거쳐 , 상기 공압실린더(2)의 하부에 있는 공압실린더밀어냄공기구(2A)로 투입한다. 그러면 공압실린더들어감공기구(2B)로부터 배압이 빠져나오면서 피스톤로드(2C)가 실린더하우징(2D)으로부터 밀려나오게 되어 판타그래프습판체(1)을 밀어올리게 된다. 따라서 판토그래프습판체(1)가 전차선(일명 가선이라고도 함)에 닿게 되면 공압실린더의 상승힘에서 실린더상부에 결합된 부분의 하중을 삭감한 힘만큼의 압상력을 발생하게 되며, 이 힘은 스트로크의 크기에 영향을 받지 않고 압력조절기(12)에서 조정한 공기압력에 따라 정확하게 쉽게 조정할 수가 있다. 만약 전 차선의 높이가 변화가 되어 높아지면 피스톤로드(2C)가 상승하게 되어 실린더하우징(2D)내부의 압력이 낮아지게 되지만 바로 압력조절기(12)를 거친 일정한 압력의 공기가 계속 공급되어 빠르게 압력을 상승시켜주게 되어 동일한 압상력을 유지시켜주며, 만약 전차선높이가 낮아지면 피스톤로드(2C)가 눌려서 내려오므로 실린더하우징(2D)내부의 압력이 높아지게 되어 공기압실린더밀어냄공기구(2A)로 공기가 역으로 빠져나와서 압력조절기(12)로 배기가 일어나면서 역시 일정한 공기압을 유지시켜주게 되기 때문에 항상 일정한 압상력을 유지해 줄 수 있는 구조가 되었다. 이는 터널구간과 옥외구간의 전차선 높이가 다르게 변화하고 전차선 처짐 등으로 인해 높이가 일정하지 않은 전차선에 대해 항상 일정한 압상력을 유지해 주어 항상 좋은 접촉을 유지해주며, 또한 이때 운동부위가 판타그래프습판체(1)와 피스톤로드(2C) 및 필요 시 가이드포스트(3) 등으로 제한되므로 관성하중이 최소한으로 줄어들게 되어 민감하게 운동하게 되어 전차선에의 추종성이 좋고 이선율(전차선과 분리되는 율)이 적은 아주 탁월한 성능의 판타그레프가 고안되게 되었다. 그런데 압력조절기(12)를 정밀레귤레이터를 쓸 경우 약간의 공기압 변화에 대해서도 민감하게 반응하여 압력이 높아진 만큼 공기를 배기했다가 다시 충기하는 식으로 반응하므로 압축공기의 소모가 좀 많은 문제점이 발생하였다. 이를 해결하기 위해서 공압실린더 전단에 쿠션탱크(14)를 설치하므로써 문제가 해결되었다. 즉, 압력조절기(12) 후단의 공압용적이 공기실린더 내부공간과 쿠션탱크의 용적을 합한 것만큼 늘어나므로써 전차선 높이변화에 따라 공압실린더(2)의 피스톤로드(2C)가 조금 밀려내려오거나 조금 올라가므로 인해 체적의 변화가 생겨도 체적변화율(초기체적에 대한 변화체적의 비율)로 볼 때는 작아지므로 인해 압력변화도 작아지는 결과가 되고, 이 압력변화가 압력조절기(12)의 민감도 이내가 될 경우 반응하지 않게 되어 전차선 높이의 작은 변동이나 진동에 의한 민감한 반응으로 인한 쓸데없는 압축공기를 낭비하는 문제를 해결하게 되었다.

상기에서 물론 실린더를 뒤집어서 피스톤로드(2C)를 프레임(5)을 고정시키고 실린더하우징(2D)을 판토그래프습판체(1)에 연결해도 효과는 마찬가지여서 본 고안에 포함된다고 보며, 그러나 공압실린더하우징이 상부하중으로 작용하여 관성중량이 늘어나기 때문에 판타그래프의 추종성이 떨어지므로 바람직하지는 않다.

상기를 적용한 일례를 (도3)과 (도4)에 도시하였다. 여기서는 공압실린더는 한 개만 사용하고, 프레임(5)에 고정된 두 쌍의 가이드부시(4)와 그 내부에 가이드포스트(3)를 설치하여 가이드포스트(3)의 상부로 판타그래프습판체(1)을 고정연결하여 직선운동하게 하는 방식이다. 이때 가이드부시(4)는 한개의 포스트에 대해 상하 두 개씩 사용하거나 긴 부시의 경우 한 개씩을 사용해도 무난하다. 또한 가이드부시(4)는 볼타입 부시를 사용하는 것이 마찰을 줄여주고 운동이 원활하여 좋으나 , 경제성을 고려하여 미끄럼부시를 사용할 수도 있어 이 역시 본 고안의 일부로 본다. 프레임(5)를 철도차량(7)에 고정시키는 방법은 설치하는 부위에 따라 여러가지로 일반적인 지식으로 변경가능하며, 본 예시에서는 철도차량의 작업대 난간 파이프에 설치할 경우에 설치높이 조정이 쉽도록 장착용클램프를 부착했다. 또한 공압을 투입하여 판토그래프습판체(1)가 올라가서 전차선에 심하게 충격을 주는 것을 방지하기 위해서 상승용완충기(9)를 설치하고, 하강 시 하부로 내려 앉을 때의 충격을 줄이기 위해 하강용완충기(10)를 설치하였다.

상기를 적용한 또 다른 일례는 (도6)에 도시하였다. 여기서는 공압실린더(2)를 두개 사용하여 공압실린더의 피스톤로드(2C)가 가이드포스트 역할을 해주도록 구성한 것으로 부품 수가 줄어 들고 관성하중이 줄어들게 되어 효과적이며, 제작비용 측면에서는 (도3)의 적용례와 비교해 볼 필요가 있다.

스트로크가 크고, 전차선의 높이변화에 상관없이 일정한 압상력이 유지되며, 가볍고 추종성이 좋은 철도차량에 적용하기에 적합한 판타그래프가 고안하여 늘리 사용될 수 있게 되었다.

Claims (6)

1. 철도차량(7)의 일측에 장치하는 프레임(5)을 구성하고;

   공압실린더(2)를 수직방향으로 고정설치하되 상기 프레임(5)에 그 일단을 고정하고;

   판타그래프습판체(1)를 설치하되 그 하부를 상기 공압실린더의 또 다른 일단에 연결하여 설치하고;

   공기압 배관을 구성하되, 공급공기(11)를 일정압력으로 압력을 조절하는 압력조절기(12)를 거치고, 공기를 투입/차단하는 방향제어밸브(13)를 거치고, 쿠션탱크(14)를 거치고, 오리피스(15)를 거친 후, 상기 공압실린더(2)의 일측에 있는 공압실린더밀어냄공기구(2A)로 투입하게 연결하는 형태로 구성하고;

   공압실린더(2)의 양측에 두 쌍의 가이드포스트(3)와 가이드부시(4)를 프레임(5)상에 설치하되, 프레임(5)에 가이드포스트용 가이드부시(4)를 축방향이 수직되게 고정설치하고, 그 내부에 가이드포스트(3)를 공압실린더와 나란한 방향으로 설치하며, 가이드포스트(3)의 상부에 판타그래프습판체(1) 하부를 고정연결하여, 공압실린더에 압력공기를 투입할 시 피스톤로드(2C)가 상승하게 되고 이와 동시에 가이드포스트(3)가 가이드부시(4) 내부에서 가이드 되면서 판타그래프습판체(1)와 함께 상하 직선운동을 하게 구성한;

   공압실린더를 이용한 철도차량용 판타그래프
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5. 제 1항에 있어서, 한 개의 공압실린더(2)의 양측에 두 쌍의 가이드포스트(3)와 가이드부시(4)를 프레임(5)상에 설치하는 대신에;

   프레임에 두개의 공압실린더를 서로 나란하게 수직방향으로 설치하여, 그 각각의 하부를 프레임에 고정시키고 그 각각의 상부에 판토그래프습판체의 하단 일측을 고정하여 설치한 공압실린더를 이용한 철도차량용 판타그래프
6. 삭제

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