KR20100055538A - 철도 차량용 조타 대차, 철도 차량 및 연접 차량 - Google Patents

Abstract

간편하고 저비용으로 실시할 수 있으므로 실제로 실현 가능한, 뛰어난 곡선 통과 성능을 가지는 철도 차량용 조타 대차를 제공한다. 곡선 궤도의 주행시에, 수평면 내에서 대차 프레임의 중심과 곡선 궤도의 중심을 연결하는 가상의 직선에 대해서 후륜축의 중심선이 이루는 각도인 조타각을, 이 가상의 직선에 대해서 전륜축의 중심선이 이루는 각도인 조타각보다 커지도록, 후륜축의 조타각만을 제어함으로써, 대차 프레임을 곡선 궤도의 접선 방향을 따르는 방향으로 조타한다. 이로 인해, 간편하고 저비용으로 실시할 수 있으므로 실제로 실현 가능한, 뛰어난 곡선 통과 성능을 가지는 철도 차량용 조타 대차를 제공한다.

Description

철도 차량용 조타 대차, 철도 차량 및 연접 차량{STEERING BOGIE FOR ROLLING STOCK, ROLLING STOCK AND ARTICULATED VEHICLE}

본 발명은, 철도 차량용 조타 대차, 이 조타 대차을 구비한 철도 차량 및 연접 차량에 관한 것이다.

철도 차량이 곡선 궤도를 원활히 주행하는 성능을 높이는 것은, 지금까지도 중요한 기술 방법 과제이다. 특히, 지하철 등의 도시 철도에 있어서의 갑작스러운 곡선 궤도를 통과하는 철도 차량에 대해서는, 곡선 통과 성능을 높이는 것이 강하게 요구되고 있다.

도 14는, 대차 프레임(2)에 대해서 차륜을 조타하지 않는 통상 대차(3)가 곡선 궤도(4)를 주행 중의 거동을 모식적으로 나타내는 설명도이다. 곡선 궤도(4)를 주행 중의 대차 범위(2)와, 진행 방향의 전측에 위치하는 윤축(본 명세서에서는 「전륜축」이라고 한다)(1f), 진행 방향의 후측에 위치하는 윤축(본 명세서에서는 「후륜축」이라고 한다)(1r)은, 도 14에 나타내는 자세를 취한다. 또한, 도 14에 있어서의 부호 O는 곡선 궤도(4)의 원호의 중심을 나타낸다.

비특허 문헌 1에는, (a)전륜축(1f)에서는 외측의 차륜(5)의 플랜지가 외측의 레일(4a)에 접촉하여 어택각(attack angle)(θ)이 발생하는 것, (b)이 어택각(θ) 이 내궤 횡압(Qsi)의 발생 원인이 되는 것, 및 (c)후륜축(1r)은 좌우의 레일(4a, 4b)의 사이의 중앙 부근에 존재하기 때문에, 후륜축(1r)에서는 어택각(θ)은 전륜축(1f)만큼 발생하지 않기는 하지만, 좌우의 차륜(5)의 회전 반경차를 얻을 수 없기 때문에 경차(徑差)가 부족하고, 종 크립력(Fvc)이 발생하고, 이 내궤 횡압(Qsi)과 종 크립력(Fvc)이, 대차 프레임(2)의 중심에 반시계 방향의 요잉(yawing) 모멘트(My)로서 작용하는 것이, 모두 기재되어 있다. 또한, 도 14에 있어서의 Qso는 전륜축(1f)에 발생하는 외궤 횡압을 나타낸다.

한편, 비특허 문헌 2에는, 대차 프레임(2)도, 수평면 내에 있어서 곡선 궤도의 반경 방향에 대해서 대차 프레임의 좌우 방향이 이루는 각도로서 규정되는 요잉각(φ)을 가지는 것이 기재되어 있다. 대차 프레임(2)의 요잉 각(φ)은, 전륜축(1f)의 어택각(θ)과 같은 회전 방향의 각도를 가진다. 대차 프레임(2)이 요잉각(φ)을 가짐으로써, 이 대차 프레임(2)에 지지되는 전륜축(1f)의 어택각(θ)은 더 커진다.

특허 문헌 1에는, 철도 차량의 곡선 통과 성능을 향상하기 위해서, 진행 방향의 전측 및 후측에 배치되는 대차 프레임이 동조하여 차체에 대해서 자기 조타 방향으로 선회하도록, 액츄에이터를 이용하여 보조하는 발명이 개시되어 있다. 이 발명에 의하면, 곡선 궤도의 주행시에 대차 프레임의 요잉각을 감소시킬 수 있다.

그러나, 특허 문헌 1에 의해 개시된 발명을 실시하려면, 액츄에이터뿐만 아니라 액츄에이터의 제어 기기도 설치할 필요가 있다. 또, 액츄에이터의 제어를 정상적으로 행할 수 없게 되었을 경우를 위한 안전 대책도 설치할 필요가 있다. 이 때문에, 장치가 복잡화됨과 더불어 비용이 높아진다.

액츄에이터를 이용하지 않고 링크를 이용하는 링크식 조타 대차도 개발되어 있다. 도 15는, 일반적인 링크식 조타 대차(11)의 구성의 개략을 나타내는 설명도이며, 도 15(a)는 평면도, 도 15(b)는 측면도이다.

조타 대차(11)는, 전륜축(1f) 및 후륜축(1r) 모두, 도시하지 않은 차체에 장착되는 볼스터(bolster)(12)와 대차 프레임(13)을, 2개로 한 쌍을 이루는 제1 링크(14a, 14b)를 통해 접속한다. 제1 링크(14a, 14b) 중 대차 프레임(13)과 접속하는 제1 링크(14b)(이하 「조타 레버(14b)」라고 한다)와, 전륜축(1f) 및 후륜축(1r)을 회전 가능하게 지지하는 축 상자(19)를 제2 링크(15)로 접속한다.

이 조타 대차(11)에서는, 차체측의 볼스터(12)와, 대차(11)의 보기각(bogie angle)에 의한 변위는, 제1 링크(14a)로부터 조타 레버(14b)에 전해진다. 도 15에 나타내는 예에서는, 제1 링크(14a)와 조타 레버(14b)의 접속점이 차체측의 접속점(16)이다.

전해진 변위는, 조타 레버(14b)와 대차 프레임(13)의 접속점, 즉 대차 프레임측의 접속점(17)을 중심(지점)으로 하는 레버비에 의해 조타량을 조정하고, 조타 레버(14b)와 제2 링크(15)의 접속점, 즉 윤축측의 접속점(18)을 통해서 전륜축(1f) 및 후륜축(1r)을 조타한다.

도 16은, 이 조타 대차(11)가 곡선 궤도를 통과할 때의 거동을 나타내는 설명도이다.

도 16에 나타내는 바와 같이, 이 조타 대차(11)는, 전륜축(1f)의 중심선(CL1)과 수평면 내에서 대차 프레임(13)의 중심과 곡선 궤도의 원호의 중심을 연결하는 가상의 직선(CL3)이 이루는 각인 조타각 α1과, 후륜축(1r)의 중심선(CL2)과 직선(CL3)이 이루는 각인 조타각 α2는, 같은 각도가 된다.

(비특허 문헌 1):J-Rai1＇95 「급곡선 통과시에 있어서의 대차·궤도의 특성과 파상 마모 발생에의 영향」

(비특허 문헌 2):일본 기계 학회 제73기 통상 총회 강연회 강연 논문집 「지상측 측정에 의한 차륜 어택각 및 차륜/레일 상대 변위의 측정 방법」

(특허 문헌 1):일본국 특허공개 2002-87262호 공보

그러나, 도 15 및 도 16에 의해 나타내는 조타 대차(11)에서는, 곡선 통과 성능을 향상시키기 위해 전륜축(1f) 및 후륜축(1r) 모두가 소정의 조타각(α1, α2)을 가지는 것이 가능하도록, 대차 프레임(13)이 전륜축(1f) 및 후륜축(1r) 각각의 축 상자(19)를 변위 가능하게 지지할 필요가 있다.

이 때문에, 이 조타 대차(11)는, 대차 프레임(13)에 의한 전륜축(1f) 및 후륜축(1r)의 지지의 강성을 높이는 것에는 자연히 한계가 있고, 안정된 직선 통과 성능이나 소정의 진동 특성과 같은, 철도 차량용의 대차에 요구되는 모든 특성을 모두 겸비하는 것은 용이하지 않다.

본 발명은, 이러한 종래의 기술이 가지는 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 간편하고 저비용으로 실시할 수 있고, 직선 통과 성능이나 진동 특성과 같은 모든 특성을 저하시키지 않고, 뛰어난 곡선 통과 성능을 가지는 철도 차량용 조타 대차, 이 조타 대차를 구비한 철도 차량 및 연접 차량을 제공하는 것이다.

특허 문헌 1등에 의해 개시된 조타 대차나, 도 15 및 도 16을 참조하면서 설명한 조타 대차에 있어서의 후륜축의 조타각과 전륜축의 조타각은, 진행 방향이 역전하는 철도 차량에서는 전후 대칭인 것이 전제이기 때문에, 같은 값으로 설정되어 있었다.

본 발명은, 이러한 기술 상식에 반해, 「곡선 궤도의 주행시에, 수평면 내에서 대차 프레임의 중심과 곡선 궤도의 원호의 중심을 연결하는 가상의 직선(이하 「기준선」이라고 칭한다.)과 전후 각각의 윤축의 중심선의 이루는 각도로서 정의되는 각각의 윤축의 조타각에 관한 것이며, 기준선과 후륜축의 중심선이 이루는 각도인 조타각을, 기준선에 대해서 전륜축의 중심선이 이루는 각도인 조타각보다 커지도록, 후륜축의 조타각을 제어하는 것, 바람직하게는 후륜축만의 조타각을 제어함으로써, 대차 프레임를 곡선 궤도의 접선 방향을 따르도록 조타하는 것, 즉, 수평면 내에 있어서 곡선 궤도의 반경 방향에 대해서 대차 프레임의 전후 방향의 중심선이 이루는 각도인 대차 프레임의 요잉각을 저감할 수 있고, 이로 인해, 간편하고 저비용으로 실시할 수 있고 직선 통과 성능이나 진동 특성과 같은 모든 특성을 저하시키지 않고, 뛰어난 곡선 통과 성능을 가지는 철도 차량용 조타 대차를 제공할 수 있다」라고 하는, 독창적인 기술 사상에 기초하는 것이다.

본 발명은, 진행 방향의 전측에 위치하는 전륜축, 및 진행 방향의 후측에 위치하는 후륜축을 모두 축 상자를 통해 회전 가능하게 지지하는 대차 프레임과, 곡선 궤도의 주행시에, 적어도 상기 후륜축의 조타각을 제어하기 위한 대차 프레임 조타 장치를 구비하고, 그 대차 프레임 조타 장치에 의해 곡선 궤도의 주행시에, 상기 후륜축의 조타각이 상기 전륜축의 조타각보다 커지도록 상기 후륜축의 조타각을 제어함으로써, 상기 대차 프레임을, 그 곡선 궤도의 접선 방향을 따르도록 조타하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 조타 대차이다.

또, 본 발명은, 진행 방향의 전측에 위치하는 전륜축, 및 그 진행 방향의 후측에 위치하는 후륜축을 모두 축 상자를 통해 회전 가능하게 지지하는 대차 프레임과, 곡선 궤도의 주행시에, 적어도 후륜축의 조타각을 제어하기 위한 대차 프레임 조타 장치를 구비하고, 그 대차 프레임 조타 장치에 의해, 곡선 궤도의 주행시에, 후륜축의 조타각이 전륜축의 조타각보다 커지도록 후륜축의 조타각을 제어함으로써, 수평면 내에 있어서 곡선 궤도의 반경 방향에 대해서 대차 프레임의 전후 방향의 중심선이 이루는 각도인 대차 프레임의 요잉각을 저감하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 조타 대차이다.

이들 본 발명에서는, 대차 프레임 조타 장치는, 곡선 궤도의 주행시에 상기 후륜축의 조타각만을 제어하는 것이 바람직하다.

이들 본 발명에서는, 대차 프레임 조타 장치에 의한 상기 후륜축의 조타각의 제어는, 대차 프레임에 장착되는 링크 기구에 의해 행해지는 것이 바람직하다. 또한, 이 링크 기구는, 곡선 궤도 주행시의 차체에 대한 대차 프레임의 상대 변위인 보기각에 따라 조타각을 제어하는 것이 바람직하다.

이들 본 발명에서는, 링크 기구는, 차체와 대차 프레임을 접속하는 제1 링크와, 제1 링크와 적어도 후륜축을 회전 가능하게 지지하는 축 상자를 접속하는 제2 링크를 가지는 것이 바람직하다.

이들 본 발명에서는, 후륜축에 접속되는 링크의 강성과, 전륜축에 접속되는 링크의 강성이 다른 것이 바람직하다.

다른 관점으로부터는, 본 발명은, 진행 방향의 전측 및 후측에 대차를 구비하고, 진행 방향의 전측 및 후측의 적어도 한쪽의 대차는, 상술한 본 발명에 관련되는 철도 차량용 조타 대차인 것을 특징으로 하는 철도 차량이다.

또, 본 발명은, 진행 방향의 전측 및 후측에 상술한 본 발명에 관련되는 철도 차량용 조타 대차를 구비하고, 이 철도 차량용 조타 대차는, 후륜축이 진행 방향의 내부측에 위치하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 철도 차량이다.

또한, 본 발명은, 적어도 두 차체의 연접 부분에, 상술한 본 발명에 관련되는 철도 차량용 조타 대차를 구비하는 것을 특징으로 하는 연접 차량이다.

본 발명에 의하면, 간편하고 저비용으로 실시할 수 있으므로 실제로 실현 가능한, 뛰어난 곡선 통과 성능을 가지는 철도 차량용 조타 대차, 이 조타 대차를 구비한 철도 차량 및 연접 차량을 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 관련되는 조타 대차의 제1 예(후륜축만을 제어하는 예)의 구성의 개략을 나타내는 설명도이며, 도 1(a)는 평면도, 도 1(b)는 측면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 본 발명에 관련되는 조타 대차가 곡선 궤도를 통과할 때의 거동을 나타내는 설명도이다.
도 3은 본 발명에 관련되는 조타 대차의 제2 예(조타 레버에 의한 비율을 변화시킨 예)의 구성의 개략을 나타내는 설명도이며, 도 3(a)는 평면도, 도 3(b)~도 3(d)는 측면도이며 도 3(b)는 조타 레버에 의한 비율이 같은 경우를 나타내고, 도 3(c)는 조타 레버에 의한 비율이 후륜축측을 크게 한 경우를 나타내고, 도 3(d)는 후륜축만을 조타시킨 경우를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 관련되는 조타 대차의 제3 예(조타 링크의 강성을 변화시킨 예)의 구성의 개략을 나타내는 설명도이며, 도 4(a)는 평면도, 도 4(b)는 측면도이다.
도 5는 발명에 관련되는 조타 대차의 제4 예(조타 링크 작용점 위치를 변화시킨 예)의 구성의 개략을 나타내는 설명도이며, 도 5(a)는 평면도, 도 5(b)는 측면도이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는, 본 발명에 관련되는 조타 대차를 2축 보기 차량에 적용한 예를 나타내는 설명도이다.
도 7은 본 발명의 조타 대차를 2축 연접 차량에 적용한 예를 나타내는 설명도이며, 도 7(a)는 전체의 개략을 나타내는 설명도, 도 7(b)는 연접부의 평면도, 도 7(c)는 연접부의 측면도이다.
도 8은 차량이 곡선로를 주행했을 때에, 전륜축에 발생하는 외궤 횡압을 조사한 결과를 나타내는 그래프이며, 도 8(a)는 본 발명에 관련되는 조타 대차를 이용한 경우를 나타내고, 도 8(b)는 통상 대차를 이용한 경우를 나타낸다.
도 9는 차량이 곡선로를 주행했을 때에, 후륜축에 발생하는 종 크립력을 조사한 결과를 나타내는 그래프이며, 도 9(a)는 본 발명에 관련되는 조타 대차를 이용한 경우를 나타내고, 도 9(b)는 통상 대차를 이용한 경우를 나타낸다.
도 10은 본 발명에 관련되는 조타 대차를 볼스터레스 대차에 적용한 예를 나타내는 설명도이며, 도 10(a)는 평면도, 도 10(b)는 측면도이다.
도 11은 본 발명에 관련되는 조타 대차를 3축 보기 대차에 적용한 예를 나타내는 설명도이며, 도 11(a)는 평면도, 도 11(b)는 측면도이다.
도 12는 본 발명에 관련되는 조타 대차에 이용할 수 있는 각종 축 상자 지지 장치를 나타내는 설명도이며, 도 12(a)는 가이드 암(guide arm) 타입 축 상자 지지 장치를 나타내고, 도 12(b)는 윙 스프링식 축 상자 지지 장치를 나타내고, 도 12(c)는 완충 고무식 축 상자 지지 장치를 나타낸다.
도 13은 본 발명에 관련되는 조타 대차에 이용할 수 있는 각종 축 상자 지지 장치를 나타내는 설명도이며, 도 13(a)은 지지판식 축 상자 지지 장치를 나타내고, 도 13(b)는 알스톰식 축 상자 지지 장치를 나타내고, 도 13(c)는 원추 적층 고무식 축 상자 지지 장치를 나타낸다.
도 14는 통상 대차가 곡선로를 통과 중인 거동을 나타낸 도면이다.
도 15는 일반적인 링크식 조타 대차의 구성의 개략을 나타내는 설명도이며, 도 15(a)는 평면도, 도 15(b)는 측면도이다.
도 16은 도 15에 나타내는 조타 대차가 곡선 궤도를 통과할 때의 거동을 나타내는 설명도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를, 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.

이후의 설명에서는, 본 발명에 있어서의 대차 프레임 조타 장치에 의한 후륜축의 조타각의 제어가, 대차 프레임에 장착되는 링크 기구에 의해 행해지는 경우를 예로 든다. 또, 이후의 설명에서는, 상술한 도 14~도 16에 있어서의 구성 요소와 동일한 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여함으로써, 중복되는 설명을 적절히 생략한다.

도 1은, 본 발명에 관련되는 조타 대차(21)의 제1 예의 구성의 개략을 나타내는 설명도이며, 도 1(a)는 평면도, 도 1(b)는 측면도이다.

이 조타 대차(21)는, 후륜축(1r)에만 대차 프레임 조타 장치(20)를 부착한 것이다.

이 조타 대차(21)에 있어서의 후륜축(1r)은, 도시하지 않은 차체에 장착되는 볼스터(12)와 대차 프레임(13)을, 2개로 한 쌍을 이루는 제1 링크(14a, 14b)를 통해 접속한다. 제1 링크(14a, 14b) 중 대차 프레임(13)과 접속하는 제1 링크(14b)(이하 「조타 레버(14b)」라고 한다)와, 후륜축(1r)을 회전 가능하게 지지하는 축 상자(19)를 제2 링크(15)로 접속한다.

이 조타 대차(21)에서는, 차체측의 볼스터(12)와, 대차(21)의 보기각에 의한 변위는, 제1 링크(14a)로부터 조타 레버(14b)에 전해진다. 도 1에 나타내는 예에서는, 제1 링크(14a)와 조타 레버(14b)의 접속점이 차체측의 접속점(16)이다.

전해진 변위는, 조타 레버(14b)와 대차 프레임(13)의 접속점, 즉 대차 프레임측의 접속점(17)을 중심(지점)으로 하는 레버비에 의해 조타량을 조정하고, 조타 레버(14b)와 제2 링크(15)의 접속점, 즉 윤축측의 접속점(18)을 통해서 후륜축(1r)을 조타한다.

도 2는, 이 조타 대차(21)가 곡선 궤도를 통과할 때의 거동을 나타내는 설명도이다.

이 조타 대차(21)에서는, 대차 프레임 조타 장치(20)에 의해 후륜축(1r)만이 조타되기 때문에, 전륜축(1f)의 조타각(α1)과, 후륜축(1r)의 조타각(α2)의 관계는, α2＞α1이 된다.

또, 대차 프레임 범위 조타 장치(20)에 의해 조타되는 후륜축(1r)은, 자기 조타 기능(적정한 회전 반경차를 얻을 수 있도록 윤축이 그 축방향으로 시프트하는 기능)에 의해 도 2 중에 화살표로 나타내는 바와 같이 외측의 레일의 측으로 이동한다. 이 이동에 의해, 후륜축(1r)의 양차륜간에는 회전 반경차가 얻어지게 된다. 회전 반경차가 커지면 종 크립력(Fvc)은 도 2에 나타내는 방향이 되고, 도 14에 나타내는 통상 대차(3)의 힘의 방향과 역방향이 된다.

조타 레버(14b)에 의해, 차체측의 볼스터(12), 대차 프레임(13) 및 후륜축(1r)이, 핀 등에 의해 결합된 조타 대차(21)에서는, 후륜축(1r)에 작용하는 종 크립(Fvc)은, 차체측의 접속점(16)을 지점으로 하여, 후륜축(1r)으로부터 축 상자(19)를 타고, 윤축측의 접속점(18)을 역점으로 하여, 대차 프레임측의 접속점(17)을 통해 대차 프레임(13)에 작용력(F)으로서 전해진다.

이 때문에, 조타 대차(21)에서는, 상기와 같이 종 크립력(Fvc)이 통상 대차(3)의 방향과는 역방향으로, 작용력(F)으로서 대차 프레임(13)에 작용한다.

도 14에 나타낸 통상 대차(3)에서는, 종 크립력(Fvc)은 대차 프레임(13)에 요잉각(φ)을 부여하는 요잉 모멘트(이하, Anti Steering Moment:ASM이라 한다.)(My)로서 작용한다. 이에 대해, 이 조타 대차(21)에서는, 상기 작용력(F)에 의해 요잉 각을 감소시키는 모멘트(Steering Moment：SM이라고 한다)(M)로서 작용한다.

이 조타 대차(21)에서는, 전륜축(1f)은 대차 프레임(13)이 도 2의 시계 방향으로 회전함으로써, 외궤 횡압(Qso), 내궤 횡압(Qsi) 및 어택각(θ)이 모두 작아진다.

다음에, 일반적인 링크식 조타 대차와 본 발명의 대차의 차이를 설명한다. 도 15에 나타내는 일반적인 링크식 조타 대차(11)에서는, 전륜축(1f)의 조타각과 후륜축(1r)의 조타각은 같은 것에 반해서, 도 1에 나타내는 본 발명에 관련되는 조타 대차(21)에서는, 후륜축(1r)의 조타각은 전륜축(1f)의 조타각보다 크다. 일반적인 조타 대차(11)와 본 발명의 조타 대차(21)의 차이는, 조타 레버(14b)의 역할의 차이이다. 이 관계를 표 1에 정리하여 나타낸다. 표 1에 있어서, 패턴(1)은 도 15에 나타내는 일반적인 링크식 조타 대차(11)의 경우를 나타내고, 패턴(2)은 도 1에 나타내는 본 발명에 관련되는 조타 대차(21)의 경우를 나타낸다. 도 15에 나타내는 일반적 조타 대차(11)는, 볼스터와의 접속점(16)을 역점으로 하고, 대차 프레임과의 접속점(17)을 지점으로 함과 더불어 축 상자와의 접속점(18)을 작용점으로 하여, 전후의 양 윤축을 조타한다. 한편, 도 1에 나타내는 본 발명의 조타 대차(21)는, 축 상자와의 접속점(18)을 역점으로 하고, 볼스터와의 접속점(16)을 지점으로 함과 더불어 대차 프레임과의 접속점(17)을 작용점으로 하여, 대차 프레임을 조타한다.

특히 도 16 및 도 2를 비교함으로써, 후륜축(1r)의 조타각을 전륜축(1f)의 조타각보다 크게 함으로써 대차 프레임(13)을 곡선 궤도(4)의 접선 방향을 따르도록 조타할 수 있고, 이로 인해, 전륜축(1f)에 작용하는 외궤 횡압(Qso)이나 어택각(θ)을 감소시킬 수 있는 것을 알 수 있다.

본 발명은, 이상 설명한 신규 지견에 기초하여 이루어진 것이다.

즉, 본 발명에 관련되는 철도 차량용 조타 대차(21)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 곡선 궤도의 주행시에, 수평면 내에서 대차 프레임(13)의 중심과 곡선 궤도의 원호의 중심을 연결하는 가상의 직선인 기준선(CL3)에 대해서 후륜축(1r)의 중심선(CL2)이 이루는 각도인 조타각(α2)을, 이 기준선(CL3)에 대해서 전륜축(1f)의 중심선(CL1)이 이루는 각도인 조타각(α1)보다 커지도록, 후륜축(1r)의 조타각을 제어하는 것, 바람직하게는 후륜축(1r)만의 조타각을 제어함으로써, 대차 프레임(13)을 곡선 궤도의 접선 방향을 따르도록 조타하는 것, 즉, 수평면 내에 있어서 곡선 궤도의 반경 방향에 대해서 대차 프레임의 전후 방향의 중심선이 이루는 각도인 대차 프레임의 요잉각(φ)을 저감할 수 있다.

대차 프레임(13)을 조타 가능하게 하는 대차 프레임 조타 장치(20)의 구성으로서는, 예를 들면 도 1에 나타내는 바와 같이, 차체측의 볼스터(12)와 대차 프레임(13)을 제1 링크(14a, 14b)와 접속함과 더불어, 이 제1 링크(14b)와 후륜축(1r)을 제2 링크(15)로 접속하는 구성을 예시할 수 있다.

이 링크식의 대차 프레임 조타 장치(20)를 이용함으로써, 특허 문헌 1과 같이 액츄에이터를 필요로 하지 않기 때문에, 액츄에이터의 제어 기기 뿐만 아니라, 액추에이터의 제어를 정상적으로 행할 수 없게 된 경우를 위한 안전 대책도 불필요해진다.

본 발명의 철도 차량용 조타 대차(21)에 있어서, 후륜축(1r)의 조타각(α2)을, 전륜축(1f)의 조타각(α1)보다 크게 하는 대차 프레임 조타 장치(20)로서는, 도 1에 나타내는, 후륜축(1r)만을 조타하는 것으로는 한정되지 않는다.

도 3~5에 나타내는 바와 같이, 전륜축(1f) 및 후륜축(1r)을 함께 조타하는 대차(21)여도, 전륜축(1f)의 조타각(α1)보다 후륜축(1r)의 조타각(α2)이 커지는 것이면, 마찬가지로 적용할 수 있다.

도 3은, 본 발명에 관련되는 조타 대차(21)의 제2 예(조타 레버에 의한 비율을 변화시킨 예)의 구성의 개략을 나타내는 설명도이며, 도 3(a)는 평면도, 도 3(b)~도 3(d)는 측면도이고 도 3(b)는 조타 레버에 의한 비율이 같은 경우를 나타내고, 도 3(c)는 조타 레버에 의한 비율이 후륜축측을 크게 한 경우를 나타내고, 도 3(d)는 후륜축만을 조타시킨 경우를 나타낸다.

도 3에 나타내는 대차 프레임 조타 장치(20-1)는, 도 1에 나타내는 링크식의 대차 프레임 조타 장치(20)의 제1 수평 링크(14a, 14b)를, 연직 방향으로 배치한 조타 레버(14b)만으로 한 것이다. 이 조타 레버(14b)에 의한 비율을, 전륜축(1f)과 후륜축(1r)으로 변화시킴으로써, 전륜축(1f)의 조타각(α1)보다 후륜축(1r)의 조타각(α2)을 크게 하고 있다.

이 경우, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 전륜축(1f)과 후륜축(1r)의 조타 레버(14b)에 의한 비율을 Lr=Lf로 하지 않고, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 전륜축(1f)과 후륜축(1r)의 조타 레버(14b)에 의한 비율을 Lr＞Lf로 하여, 후륜축(1r)의 조타각(α2)을 크게 하면 된다. 또한, 이 대차 프레임 조타 장치(20-1)의 경우도, 도 3(d)에 나타내는 바와 같이 후륜축(1r)만(Lf=0)을 조타시키도록 해도 된다.

이와 같이, 전륜축(1f)의 조타각(α1)보다 후륜축(1r)의 조타각(α2)을 크게 함으로써, 후륜축(1r)에의 작용력과 전륜축(1f)에의 작용력이 다르므로, 대차 프레임측의 접속점(17)에 힘을 작용시킬 수 있게 된다. 따라서, 이 도 3(c) 및 도 3(d)의 구성에 의해서도 본 발명은 성립한다.

도 4는, 본 발명에 관련되는 조타 대차의 제3 예(조타 링크의 강성을 변화시킨 예)의 구성의 개략을 나타내는 설명도이며, 도 4(a)는 평면도, 도 4(b)는 측면도이다.

도 4에 나타내는 대차 프레임 조타 장치(20-2)는, 전륜축(1f)의 조타각(α1), 후륜축(1r)의 조타각(α2)을 변화시키기 위해서, 도 3에 나타내는 바와 같이 조타 레버(14b)에 의한 비율을, 전륜축(1f)과 후륜축(1r)으로 변화시키는 대신에, 전륜축(1f)과 후륜축(1r)에서 제2 링크(15)의 강성을 변화시킨 것이다.

이와 같이, 후륜축(1r)의 강성을 전륜축(1f)의 강성보다 높게 함으로써, 대차 프레임측의 접속점(17)에 작용하는 힘의 밸런스가 무너지므로, 이 접속점(17)에 발생하는 힘이 생기고, 이 접속점(17)에 작용하는 힘에 의해 대차 프레임(13)이 조타된다.

도 5는, 본 발명에 관련되는 조타 대차의 제4 예(조타 링크 작용점 위치를 변화시킨 예)의 구성의 개략을 나타내는 설명도이며, 도 5(a)는 평면도, 도 5(b)는 측면도이다.

도 5에 나타내는 대차 프레임 조타 장치(20-3)는, 전륜축(1f)의 조타각(α1), 후륜축(1r)의 조타각(α2)을 변화시키기 위해서, 도 3에 나타내는 바와 같이 조타 레버(14b)에 의한 비율을 바꾸는 것이나, 도 4에 나타내는 바와 같이 제2 링크(15)의 강성을 바꾸는 대신에, 후륜축(1r)과 전륜축(1f)의 조타의 작용점을 변화시킨 것이다.

후륜축(1r)의 조타 링크(14b)의 위치로부터 전륜축(1f)의 조타 링크(14b)의 위치가, 차폭 방향의 내측이면, 같은 레버비여도, 각각의 전륜축(1f), 후륜축(1r)에 작용하는 위치의 거리(bf, br)가 br＞bf의 조건이면, 대차 프레임측의 접속점(17)에 작용하는 힘의 밸런스가 무너지고, 결과적으로 대차 프레임(13)을 조타할 수 있다.

다음에, 본 발명에 관련되는 조타 대차(21)를 철도 차량(31)에 탑재하는 경우를 설명한다.

도 6(a) 및 도 6(b)는, 본 발명에 관련되는 조타 대차를 2축 보기 차량에 적용한 예를 나타내는 설명도이다.

기본적인 배치는, 도 6(a)에 나타내는 진행 방향의 전후에 탑재하는 조타 대차(21) 모두, 각 조타 대차(21)의 후륜축(1r)의 조타각이 큰 쪽이 좋다.

그러나, 철도 차량(31)은 진행 방향이 반전하므로, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 도 6(a)에 나타내는 경우의 진행 방향의 후측에 위치하는 조타 대차(21)의 배치가, 진행 방향의 전측에 위치하는 조타 대차(21)와 반대로 되어도 된다. 이것은, 철도 차량(31) 내에서 횡압이 가장 커지는 윤축은 진행 방향의 전측의 조타 대차(21)의 전륜축(1f)이며, 진행 방향의 후측의 조타 대차(21)의 전륜축의 횡압은 작기 때문이다. 같은 이유로 인해, 진행 방향의 전측의 대차만을 본 발명의 조타 대차(21)로 해도 된다.

도 7은, 본 발명의 조타 대차를 2축 연접 차량에 적용한 예를 나타내는 설명도이며, 도 7(a)는 전체의 개략을 나타내는 설명도, 도 7(b)는 연접부의 평면도, 도 7(c)는 연접부의 측면도이다.

도 7(a)에 나타내는 바와 같이 차량 A가 차량 B에 실린 연접 차량의 경우에는, 차량 B의 대차로서 본 발명의 조타 대차(21)를 이용하면 된다. 이 경우, 진행 방향에 의존하지 않고, 도 6(b)에 나타내는 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다. 도 7에 나타내는 연접 차량의 경우에는, 두 차체가 연접하는 개소 이외에 배치되는 대차에 대해서도 본 발명의 조타 대차(21)를 이용하고 있지만, 연접부 이외는 통상 대차를 이용하도록 해도 된다.

일반적인 통근 전차에, 도 1에 나타내는 본 발명에 관련되는 조타 대차(21)를, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이 탑재하여, 곡율 반경(R)이 120m인 곡선 구간(캔트 60㎜)에서, 속도 15㎞／h로의 주행 시험을 행하고, 전륜축(1f)에 발생하는 외궤 횡압과, 후륜축(1r)에 발생하는 종 크립력을 측정했다. 측정 결과를, 하기 표 2와, 도 8, 9의 그래프에 나타낸다.

도 8 및 표 2에 나타내는 결과로부터, 본 발명에 관련되는 조타 대차(21)의 전륜축(1f)에 발생하는 외궤 횡압이, 통상 대차의 전륜축에 발생하는 외궤 횡압보다 작은 것을 알 수 있다. 또, 본 발명에 관련되는 조타 대차(21)에서는, 도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 후륜축(1r)에 발생하는 종 크립력이 ASM측으로부터 SM측에 작용하고, 목적으로 하는 조타가 이루어져 있는 것을 알 수 있다.

본 발명에 관련되는 조타 대차는, 곡선 궤도를 주행 중은 도 2에 나타내는 거동을 나타내고 있고, 후륜축이 외궤측에 이동함으로써 회전 반경차가 생기고, 종 크립력이 통상 대차의 그것과 반대 방향의 힘으로 되어 작용한다. 이 시계 방향의 요잉 모멘트는, 「조타 레버」에 의해 대차 프레임에 시계 방향의 요잉 모멘트로서 작용한다.

이 때, 표 1에 나타내는 바와 같이, 「조타 레버」의 지점은 차체측, 역점은 윤축측, 작용점은 대차 프레임측이 되므로, 대차 프레임에 작용하는 요잉 모멘트에 의해 대차 프레임의 요잉각이 감소한다. 대차 프레임의 요잉각이 감소함으로써, 전륜축의 어택각도 감소하고, 내궤 횡압 및 외궤 횡압도 저감된다.

이상, 본 발명의 실시의 형태의 일례를 설명했지만, 본 발명은 이들 예시에 한정되는 것은 아니며, 청구의 범위에 나타난 기술적 사상의 범주이면, 적절히 변경 가능한 것은 말할 것도 없다.

도 10은, 본 발명에 관련되는 조타 대차를 볼스터레스 대차에 적용한 예를 나타내는 설명도이며, 도 10(a)는 평면도, 도 10(b)는 측면도이다.

예를 들면 도 1~도 5는 볼스터 부착 대차에 본 발명을 적용한 예에 대해 설명했지만, 입력에 의한 보기각은 차체와 대차간의 상대 변위를 얻을 수 있으면 되므로, 도 10에 나타내는 바와 같은 볼스터레스 대차에 적용해도 된다. 또한, 도 10에 있어서의 부호 20은 차체를 나타낸다.

도 11은, 본 발명에 관련되는 조타 대차를 3축 보기 대차에 적용한 예를 나타내는 설명도이며, 도 11(a)는 평면도, 도 11(b)는 측면도이다.

도 1~도 10은, 2축 대차에 본 발명의 조타 대차(21)를 적용한 예이지만, 도 11과 같은 3축 보기 대차에 본 발명의 조타 대차(21)를 적용하는 경우도, 2축 대차의 경우와 마찬가지로, 후륜축(1r)의 조타각을 크게 하면 된다. 도 11에 있어서의 부호 1m은 중간윤축을 나타낸다.

도 12, 13은, 본 발명에 관련되는 조타 대차에 이용할 수 있는 각종의 축 상자 지지 장치를 나타내는 설명도이며, 도 12(a)는 가이드 암 타입 축 상자 지지 장치를 나타내고, 도 12(b)는 윙 스프링식 축 상자 지지 장치를 나타내고, 도 12(c)는 완충 고무식 축 상자 지지 장치를 나타내고, 도 13(a)는 지지판식 축 상자 지지 장치를 나타내고, 도 13(b)은 알스톰식 축 상자 지지 장치를 나타내고, 도 13(c)는 원추 적층 고무식 축 상자 지지 장치를 나타낸다.

본 발명의 조타 대차에 채용하는 축 상자 지지 장치는, 도 1, 2, 7, 10의 예와 같이 모노링크식으로 한정되지 않고, 도 12 및 도 13에 나타내는 바와 같은 여러가지 축 상자 지지 장치를 이용하는 것이 가능하다.

1f:전륜축 1r:후륜축
12:볼스터 13:대차 프레임
14a:제1 링크 14b:제1 링크(조타 레버)
15:제2 링크 16:차체측의 접속점
17:대차 프레임측의 접속점 18:윤축측의 접속점
21:조타 대차 31:철도 차량

Claims (10)

1. 진행 방향의 전측에 위치하는 전륜축, 및 그 진행 방향의 후측에 위치하는 후륜축을 모두 축 상자를 통해 회전 가능하게 지지하는 대차 프레임과, 곡선 궤도의 주행시에, 적어도 상기 후륜축의 조타각을 제어하기 위한 대차 프레임 조타 장치를 구비하고,
   그 대차 프레임 조타 장치에 의해, 곡선 궤도의 주행시에, 상기 후륜축의 조타각이 상기 전륜축의 조타각보다 커지도록 상기 후륜축의 조타각을 제어함으로써, 상기 대차 프레임을, 그 곡선 궤도의 접선 방향을 따르도록 조타하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 조타 대차.
2. 진행 방향의 전측에 위치하는 전륜축, 및 그 진행 방향의 후측에 위치하는 후륜축을 모두 축 상자를 통해 회전 가능하게 지지하는 대차 프레임과, 곡선 궤도의 주행시에, 적어도 상기 후륜축의 조타각을 제어하기 위한 대차 프레임 조타 장치를 구비하고,
   그 대차 프레임 조타 장치에 의해, 곡선 궤도의 주행시에, 상기 후륜축의 조타각이 상기 전륜축의 조타각보다 커지도록 상기 후륜축의 조타각을 제어함으로써, 수평면내에 있어서 그 곡선 궤도의 반경 방향에 대해서 상기 대차 프레임의 전후 방향의 중심선이 이루는 각도인 대차 프레임의 요잉각(yawing angle)을 저감하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 조타 대차.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 대차 프레임 조타 장치에 의해, 곡선 궤도의 주행시에 상기 후륜축의 상기 조타각만을 제어하는, 철도 차량용 조타 대차.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 대차 프레임 조타 장치에 의한 상기 후륜축의 상기 조타각의 제어는, 상기 대차 프레임에 장착되는 링크 기구에 의해 행해지는, 철도 차량용 조타 대차.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 링크 기구는, 상기 곡선 궤도의 주행시의 차체에 대한 대차 프레임의 상대 변위인 보기각(bogie angle)에 따라 상기 조타각을 제어하는, 철도 차량용 조타 대차.
6. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 링크 기구는, 차체와 상기 대차 프레임을 접속하는 제1 링크와, 그 제1 링크와 적어도 상기 후륜축을 회전 가능하게 지지하는 축 상자를 접속하는 제2 링크를 가지는, 철도 차량용 조타 대차.
7. 청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 후륜축에 접속되는 링크의 강성과, 상기 전륜축에 접속되는 링크의 강성이 다른, 철도 차량용 조타 대차.
8. 진행 방향의 전측 및 후측에 대차를 구비하고, 상기 진행 방향의 전측 및 후측의 적어도 한쪽의 대차는, 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 철도 차량용 조타 대차인 것을 특징으로 하는 철도 차량.
9. 진행 방향의 전측 및 후측에 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 철도 차량용 조타 대차를 구비하고, 그 철도 차량용 조타 대차는, 상기 후륜축이 상기 진행 방향의 내부측에 위치하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 철도 차량.
10. 적어도 두 차체의 연접 부분에, 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 철도 차량용 조타 대차를 구비하는 것을 특징으로 하는 연접 차량.

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