KR20050060358A - 철도차량용 대차 프레임의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도차량용 대차 프레임의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 차체의 하중을 지지하고, 변동 폭이 큰 하중이 작용하는 대차 프레임의 각 결합부에 응력집중현상을 없도록 함과 동시에 생산성을 향상시키도록 하는 것이다.

이를 위한 대차 프레임의 제조방법에 따르면, 대차 프레임의 주요 구성들을 여러 공정으로 분배한 흐름생산방식으로 제조하도록 함에 따라, 생산성이 향상되며, 대차 프레임과 그 대차 프레임을 이루고 있는 각 구성들을 레이저 비임의 조사에 의한 레이저 용접으로 결합하여 각 부위의 응력집중을 최소화함으로써 자체의 강성을 유지한 더욱 견고한 대차 프레임을 공급한 이점이 있다.

Description

철도차량용 대차 프레임의 제조방법{Manufacturing method of bogie frame for rall vehicle}

본 발명은 철도차량의 대차 프레임에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대차 프레임을 여러공정으로 나누어서 라인작업으로 제작하여 작업성을 좋게함에 따라 생산성을 향상시키며 대차 프레임을 이루는 각 구성을 레이저 비임을 통한 레이저 용접을 실시하여 각 구성들의 기계적강도 손실이 거의 발생하지 않도록하여 변동 폭이 큰 하중이 작용해도 그 강도를 유지할 수 있는 대차 프레임의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 철도차량의 하부에 배치되어 선로를 주행하는 대차 프레임(1)에 대해서는 여러 가지가 알려져 오고 있다.

예를 들면, 도 1에 도시한 바와 같은 대차 프레임(1)이 그 대표적인 것으로, 종래의 대차 프레임(1)은 양측 길이방향으로 사이드 프레임(10)이 나란히 배치되며, 이 사이드 프레임(10)의 횡방향으로 적어도 하나 이상의 볼스타(11)가 배치되어 하나의 조합된 프레임 구조를 이루며, 사이드 프레임(10)의 중앙부 상단에 볼스타 스프링(13)이 배치되며, 볼스타(11)의 평면상 양측으로 브레이크 지지장치(13)가 수평상으로 설치된다.

이와 같이 장착이 완료된 대차 프레임(1)에 베어링박스(15)가 설치되고, 이 베어링박스(15)에 선로의 상부에서 구름운동하는 차륜(16a)이 배치된 차축(16)이 축결합되며, 상기한 볼스타(11)에 장착된 브레이크 지지장치(13)에 브레이크 라이닝 헤드(미도시)가 취부되어 브레이크 장치를 구성하고 있다.

이와 같은 종래 대차 프레임(1)의 제조방법을 설명한다.

종래 대차 프레임(1)은 서브조립공정과, 용접공정과 메인조립공정으로 대별되는데, 서브(Sub)조립공정에서는 도시하지 않은 용접용 지그(Welding Jig)에 사이드 프레임(10)을 길이방향으로 배치하며 이 사이드 프레임(10)의 각 내측에 볼스타 (11)를 설치한다.

그런 다음, 이 볼스타(11)에 볼스타 스프링(12)과 차축 지지장치(13)를 설치하는데, 이 때는 텍크(Tack)용접하는 것이다.

이와 같이, 사이드 프레임(10), 볼스타(11)와 볼스타 스프링(12)과 브레이크 지지장치(13)의 가조립이 완료되면, 각 결합부를 아아크(Arc) 또는 CO₂용접으로 전용접을 실시한다.

상기한 공정에서 용접이 완료된 대차 프레임(1)은 다음 공정인 메인조립공정으로 이동하여 베어링박스(15)와, 차륜(16a)이 조립되어 있는 차축(16)을 조립함으로써, 제작이 완료된다.

그러나, 상기한 바와 같이 종래의 대차 프레임은 비교적 단순한 장착이 이루어지는 공정인 메인조립공정 이전에 서브조립공정과 용접공정에서의 작업시간이 과다하게 소요되어 공정상의 병목(Buttle Neck)현상이 발생하므로 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 통상의 전기용접은 용접작업시 발생하는 용접열(대략2000~3000℃)에 의해 사이드 프레임과 볼스타의 결합부 주위에는 응력집중(Stress Concentration)현상이 발생하며 기계적 성질이 저하되는 문제가 있었다.

따라서, 철도차량의 주행중 변동 폭이 큰 하중이 작용하면 상기한 응력집중이 생긴 결합부가 크랙(Crack) 즉, 균열이 발생하여 탈선 등의 대형사고로 이어지는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 각 공정별 작업시간을 거의 동일하게 분배하여 병목현상이 발생하지 않는 라인작업을 시행하여 생산성을 향상시키는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 변동 폭이 큰 하중이 작용하는 대차 프레임의 각 결합부에 용접열에 의한 응력집중이 생기지 않고, 금속재 자체의 기계적성질을 유지하도록 하여 탈선등의 대형사고를 미연에 방지하도록 하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 철도차량용 대차 프레임의 제조방법에 관한 것으로,

상기 대차 프레임의 제조방법은 사이드 프레임의 내측으로 볼스타를 설치하는 제1 조립공정과, 상기 제1 조립공정에서 설치된 볼스타 양단의 사이드 프레임 중앙부에 볼스타 스프링 시트를 설치하는 제2조립공정과, 상기 제2 조립공정에서 설치된 볼스타 스프링의 내측에 수평으로 브레이크 지지장치를 설치하는 제3 조립공정과, 상기 제1, 2, 3 조립공정에서 가조립된 구성의 결합부를 전용접하는 용접공정과, 상기 사이드 프레임의 각 양단에 설치되는 베어링박스에 차륜이 일체로 설치된 차축을 조립하는 제4조립공정으로 이루어진 흐름생산방식인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용접공정에서의 용접방법은 레이저 비임에 의한 레이저 용접인 것을 특징으로 한다.

이에 따라 각 공정별로 동일한 작업시간이 소요되어 흐름작업의 안정성을 도모하도록 함과 동시에 각 결합부에 응력집중이 생기지 않으므로, 견실한 기계적 강도를 유지한 이점이 있다.

이하, 첨부한 예시도를 참조로 하여 본 발명에 따른 대차 프레임의 제작방법에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 대차 프레임의 각 공정을 보인 공정블럭도이다.

본 발명에 따른 대차 프레임의 제조방법에 대해 설명하기 전에 흐름생산에 대해 간략히 설명한다.

흐름생산방식은 일본의 도요다(TOYOTA)자동차의 생산방식의 기본으로 현장속에 잠재되어 있는 낭비를 표면화시키기 위해 모든 제품을 가공공정 순서대로 1개씩 완성시킴으로써 재공 및 정체를 없애는 생산방식으로서, 전체적인 공정의 싸이클 타임(Cycle Time)을 동일하게 편성하여 작업시간의 손실을 최소화하도록 하는 것이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 대차 프레임의 제조방법은 사이드 프레임(10)의 내측으로 볼스타(11)를 설치하는 제1 조립공정(100)과, 상기 제1 조립공정(100)에서 설치된 볼스타(11) 양단의 사이드 프레임 중앙부에 볼스타 스프링 시트를 설치하는 제2 조립공정(200)과, 상기 제2 조립공정(200)에서 설치된 볼스타 스프링(12)의 내측에 수평으로 브레이크 지지장치(13)를 설치하는 제3 조립공정 (300)과, 상기 제1, 2, 3 조립공정(100)(200)(300)에서 가조립된 구성의 결합부를 전용접하는 용접공정(400)과, 상기 사이드 프레임(10)의 각 양단 설치되는 베어링박스(15)에 차륜(16a)이 일체로 설치된 차축(16)을 조립하는 제4 조립공정(500)으로 대별된다.(본 발명에서는 전체적인 대차 프레임(1)중 대별되는 구성에 대해 조립하는 것으로 설명하되, 명칭 및 부호가 붙여지지 않는 단품들은 상기한 각 공정의 싸이클타임에 따라 효율적으로 배치될 수 있다.)

제1 조립공정(100)은 본 발명에 따른 대차 프레임(1)의 제조방법중 첫번째 공정으로서, 길이 방향 양측에 사이드 프레임(10)이 나란히 배치되고, 이 사이드 프레임(10)의 중앙부위 내측에 볼스타(11)를 배치한다.

이때, 볼스타(11)의 양단과 사이드 프레임(10)의 내측이 접촉되며, 이 접촉부위 다수위치에 아아크용접 또는 CO₂용접을 통해 가접(Tack Welding)하므로서, 제1 조립공정(100)이 완료되며, 대차 프레임(1)은 다음 공정인 제2 조립공정(200)으로 이동하는데, 도시하지 않은 이송수단(미도시)는 크레인(Crane) 또는 컨베이어 (Conveyor)이다.

제2 조립공정(200)은 제1 조립공정(100)에서 가접으로 장착된 볼스타(11)의 양단의 사이드 프레임 중앙부에 볼스타 스프링 시트(14)를 설치하여 볼스타 스프링 (12)을 배치하는 것으로, 양측에 대칭형으로 배치되는 볼스타 스프링(12)의 거리를 맞추고, 볼스타 스프링 시트(14)와 볼스타(11)의 접촉부를 가접함으로써, 제2 조립공정(200)이 완료되며, 대차 프레임(1)은 다음 공정인 제3 조립공정(300)으로 이동한다.

제3 조립공정(300)에서는 상기한 볼스타(11)의 양측에 브레이크 지지장치 (13)를 대칭형으로 배치하여 다음 공정인 용접공정(400)으로 이동한다.

이와 같이, 대차 프레임(1)의 강도를 전담하는 핵심구성인 사이드 프레임 (10)과 볼스타(11) 및 볼스타 스프링 시트(14), 브레이크 지지장치(13)의 가접이 완료된 대차 프레임(1)은 용접공정(400)으로 이동한다.

용접공정(400)은 상기한 제1, 2, 3 조립공정(100)(200)(300)에서 가조립된 사이드 프레임(10)과 볼스타(11) 및 볼스타 스프링 시트(14), 브레이크 지지장치 (13)의 가접부위를 전용접한다.

본 발명에서는 도시하지 않은 레이저장치에서 조사되는 레이저 비임에 의해 용접하는 것인데, 레이저 용접에 대해서 간략히 설명한다.

레이저 용접(Lasor Welding)을 시행하는 레이저 비임(Lasor Beam)은 단색성(한가지 색만가짐), 가간섭성(간섭을 일으키기 쉬움, 포톤의 위상이 동일하기 때문)을 가지고 있어서 먼거리를 비추더라도 백색광처럼 퍼지지 않는 특성을 가진다.

이러한 레이저 비임을 이용한 레이저 용접은 높은 고밀도의 레이저 광원을 사용한 용접으로 용접부에 집중적인 빛 에너지을 가하여 용융하므로, 일반적인 전기용접(아아크(Arc)용접 또는 전기저항용접)보다 적은 에너지가 소요되며 열 영향부가 작기 때문에 변형을 크게 줄일 수 있으며, 별도의 용가재, 즉, 용접봉 없이도 우수한 용접품질, 정밀한 용접이 가능하고, 순간적으로 가열, 용융되며 급속히 냉각되므로 용접열에 의한 열변형이 거의없다.

상기한 바와 같이, 용접이 완료된 대차 프레임(1)은 다음 공정인 제4 조립공정(500)으로 이동하여 양측 길이방향으로 나란히 배치된 사이드 프레임(10)의 양단 하측에 베어링박스(15)와, 이 베어링박스(15)에 차륜(16a)이 일체로 설치된 차축 (16)을 장착한다.

이와 같이 본 발명에 따른 대차 프레임(1)의 제조방법에 따르면, 전체적인 조립공정의 작업시간이 거의 동일하여 생산성을 향상시켰으며, 각 구성들이 레이저 비임(Lasor Beam)에 의해 장착되므로서, 용접열에 의한 응력집중이 생기지 않아 기계적 강도를 유지함으로써, 견실한 대차 프레임(1)을 공급하였다.

본 발명은 상술한 특정 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 용이하게 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구항 기재의 범위 내에 있게 된다.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 대차 프레임의 제조방법에 의하면, 각 공정별 작업시간을 거의 동일하게 분배하여 병목(Buttle Neck)현상이 발생하지 않는 라인작업을 시행하여 생산성을 향상시킨 효과가 있다.

또한, 변동 폭이 큰 하중이 작용하는 대차 프레임의 각 결합부에 용접열에 의한 변형이 발생하지 않아 구조적 응력집중이 생기지 않고, 금속재 자체의 기계적 성질을 유지하도록 하여 탈선 등의 대형사고를 방지한 대차 프레임을 널리 공급한 이점이 있다.

도 1은 종래 대차 프레임을 보인 평면도이고,

도 2는 도 1 "Ⅱ"선에서 바라본 일측면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 대차 프레임의 각 공정을 보인 공정블럭도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1;대차 프레임 10;사이드 프레임

11;볼스타 12;볼스타 스프링

13;차축 지지장치 15;베어링박스

16;차축 16a;차륜

100;제1 조립공정 200;제2 조립공정

300;제3 조립공정 400;용접공정

500;제4 조립공정

Claims (2)

1. 철도차량용 대차 프레임의 제조방법에 있어서,

   사이드 프레임의 내측으로 볼스타를 설치하는 제1 조립공정과;

   상기 제1 조립공정에서 설치된 볼스타 양단의 사이드 프레임 중앙부에 볼스타 스프링 시트를 설치하는 제2 조립공정과;

   상기 제2 조립공정에서 설치된 볼스타 스프링의 내측에 수평으로 브레이크 지지장치를 설치하는 제3 조립공정과;

   상기 제1, 2, 3 조립공정에서 가조립된 구성의 결합부를 전용접하는 용접공정과;

   상기 사이드 프레임의 각 양단 설치되는 베어링박스에 차륜이 일체로 설치된 차축을 조립하는 제4 조립공정으로 이루어진 흐름생산방식인 것을 특징으로 하는 철도차량용 대차 프레임의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 용접공정에서의 용접방법은 레이저 비임에 의한 레이저 용접인 것을 특징으로 하는 철도차량용 대차 프레임의 제조방법.