KR20120130178A - 철도 차량용 대차 프레임 - Google Patents

Abstract

대차에 탑재하는 기기의 배치에 대해 횡빔 본체의 형상을 최적화한 철도 차량용 대차 프레임(1)은 레일을 따라서 전후 방향으로 배치된 좌우의 측빔(12)에 대해, 침목을 따른 좌우 방향으로 배치된 1개의 횡빔(13)이 접합되고, 횡빔(13)은 상하 방향의 두께 치수보다도 전후 방향의 폭 치수가 큰 편평 형상이며, 측빔(12)에 접합되는 좌우의 접합부(31)와, 좌우의 접합부(31)에 끼워진 중간부(32)를 갖고, 접합부(31)의 전후 방향의 폭 치수보다도 중간부(32)의 전후 방향의 폭 치수가 크고, 중간부(32)에는 관통 구멍(33)이 형성된 것인 것을 특징으로 한다.

Description

철도 차량용 대차 프레임 {BOGIE FRAME FOR RAILROAD VEHICLE}

본 발명은 측빔과 횡빔이 접합된 것이며, 그 횡빔에 대해 모터나 유닛 브레이크 등의 기기가 설치되는 철도 차량용 대차 프레임에 관한 것이다.

철도 차량용 대차 프레임은 레일 방향(대차 프레임의 전후 방향)을 따라서 배치된 좌우 2개의 측빔과, 침목 방향(대차 프레임의 좌우 방향)을 따라서 배치된 전후 2개의 횡빔이 연결되어 있다. 이러한 형상의 철도 차량용 대차 프레임에는 종래부터 다양한 구조의 것이 제안되어 있다. 예를 들어, 도 15는 하기 특허 문헌 1에 기재된 철도 차량용 대차 프레임을 도시한 도면이다. 이 철도 차량용 대차 프레임(100)은 전후 방향 양단부에 스프링 캡(111)을 구비한 측빔(101)에, 2개의 횡빔(102)이 관통하고, 양자가 관통 부분에서 용접되어 있다. 횡빔(102)에는 원형 강관이 사용되어, 2개의 횡빔(102)이 천장판(112)과 바닥판(113)에 의해 일체로 형성되어 있다.

그 밖에는, 하기 특허 문헌 2에, 횡빔과 측빔으로 이루어지는 대차 프레임을 상하 2분할 구조로 한 것이 개시되어 있다. 이 철도 차량용 대차 프레임은 프레스 성형에 의해 단면을 오목 형상으로 한 상부 프레임과 하부 프레임이 형성되고, 그 상부 프레임과 하부 프레임이 용접에 의해 일체로 된 것이다. 또한, 하기 특허 문헌 3에도 철도 차량용 대차 프레임을 위한 측빔이며, 장척인 평판을 프레스 가공하여 형성한 것이 개시되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2006-15820호 공보 일본 특허 출원 공개 제2000-85579호 공보 일본 특허 출원 공개 제2001-80512호 공보

종래의 철도 차량용 대차 프레임은 상기 특허 문헌의 것뿐만 아니라, 다른 것도 포함시켜 평면에서 볼 때 대략 동일한 형상을 이루고 있다. 즉, 곧은 2개의 횡빔이, 좌우의 평행한 측빔에 대해 연결되어, 대략 「#」 형상을 이루고 있다. 그러나, 이러한 형상의 철도 차량용 대차 프레임의 경우, 도 16에 도시하는 위치에 배치되는 모터(121)나 유닛 브레이크(123) 등의 기기는, 그 설치에 있어서 다음과 같은 문제가 있었다.

예를 들어, 모터(121)나 기어 장치(122)는 회전을 부여하는 차축(131)에 대해 가까운 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 그것을 위해서는, 모터(121)의 배치를 횡빔(102)으로부터 멀리할 필요가 있다. 따라서, 모터(121)의 설치에 있어서는, 그 모터(121)가 횡빔(102)으로부터 이격되도록 한 브래킷(135)이 사용된다. 한편, 유닛 브레이크(123)는 차륜(132)과 횡빔(102) 사이에 설치되지만, 간격이 좁기 때문에, 그 배치는 횡빔(102)에 극히 가까워진다. 따라서, 유닛 브레이크(123)는 좁은 설치 스페이스로의 설치를 가능하게 하기 위해, 유닛 브레이크 본체에, 횡빔(102)을 회피하기 위한 오목부를 형성하는 등의 가공이 실시된다.

따라서, 종래의 철도 차량용 대차 프레임은 각 기기의 설치에 따른 특별한 설치 구조가 필요했다. 또한, 원형 강관을 횡빔(102)으로 한 경우에는, 브래킷(135) 등이 용접하기 어려워 수고가 드는 작업으로 되어 버렸다. 그리고, 이러한 문제점은 철도 차량의 비용을 상승시키는 원인이 되기도 한다. 또한, 유닛 브레이크(123)에 관해서는, 그 가공한 본체 형상에 의해, 설치 시에 상하 방향의 자유도를 상실하는 등의 폐해가 발생해 버린다. 그밖에, 강관을 이용한 횡빔에서는, 그 강관 내에 보강재를 넣을 수 없어 강도 보강을 할 수 없는 등의 문제도 있었다.

따라서, 본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해, 기기의 설치에 우수한 철도 차량용 대차 프레임을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 형태에 있어서의 철도 차량용 대차 프레임은 레일을 따라서 전후 방향으로 배치된 좌우의 측빔에 대해, 침목을 따른 좌우 방향으로 배치된 1개의 횡빔이 접합된 것이고, 상기 횡빔은 상하 방향의 두께 치수보다도 전후 방향의 폭 치수가 큰 편평 형상이며, 상기 측빔에 접합되는 좌우의 접합부와, 그 좌우의 접합부에 끼워진 중간부를 갖고, 상기 접합부의 전후 방향의 폭 치수보다도 상기 중간부의 전후 방향의 폭 치수가 크고, 상기 중간부에는 관통 구멍이 형성된 것인 것을 특징으로 한다.

상기 철도 차량용 대차 프레임은 상기 접합부의 전후 방향 단부면은 곡면이고, 상기 중간부의 전후 방향 단부면은 평면인 것이 바람직하다.

상기 철도 차량용 대차 프레임은 상기 중간부에 형성된 관통 구멍이 좌우 방향으로 긴 장원 형상인 것이 바람직하다.

상기 철도 차량용 대차 프레임의 횡빔은 상기 접합부의 상하 방향의 두께 치수가 상기 중간부보다도 작은 것인 것이 바람직하다.

상기 철도 차량용 대차 프레임의 횡빔은 상하의 면이 상기 중간부로부터 상기 접합부에 걸쳐서 경사진 단차부를 통해 변화되고, 상하 대칭으로 형성된 것인 것이 바람직하다.

상기 철도 차량용 대차 프레임의 횡빔은 상면 또는 하면의 한쪽이 상기 중간부로부터 상기 접합부에 걸쳐서 경사진 단차부를 통해 변화되고, 상하의 면이 비대칭으로 형성된 것인 것이 바람직하다.

상기 철도 차량용 대차 프레임은 상기 접합부의 전후 방향 단부가, 상기 중간부의 두께 치수보다도 큰 직경의 원형부로서 형성된 것인 것이 바람직하다.

상기 철도 차량용 대차 프레임의 횡빔은 상기 중간부와 접합부 사이에 경사진 단차 부분이 형성되고, 상기 중간부와 상기 접합부의 상하 방향의 높이가 다른 것인 것이 바람직하다.

상기 철도 차량용 대차 프레임의 상기 횡빔은 전후 방향 또는 상하 방향으로 2분할한 한 쌍의 횡빔 부재가 프레스 성형에 의해 강판으로 형성되고, 그 횡빔 부재끼리가 용접에 의해 접합되어 일체로 된 것인 것이 바람직하다.

상기 철도 차량용 대차 프레임은 상기 횡빔 부재에 구획판을 용접하고, 좌우에 배치되는 공기 스프링의 보조 공기실을 구성하도록 한 것인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 횡빔이, 접합부의 전후 방향의 폭 치수보다도 중간부의 전후 방향의 폭 치수가 커지는 형상이므로, 중간부에서는 모터의 설치 위치가 차축에 가까워지고, 접합부에서는 차륜과의 사이에 배치되는 유닛 브레이크의 설치 스페이스가 넓어지는 등, 기기의 설치에 우수한 철도 차량용 대차 프레임으로 할 수 있다.

도 1은 철도 차량용 대차 프레임의 제1 실시 형태를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 철도 차량용 대차 프레임의 횡빔에 대해 제1 가공 패턴을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시하는 철도 차량용 대차 프레임의 측빔을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시하는 철도 차량용 대차 프레임에 모터와 유닛 브레이크를 설치한 상태를 간략화하여 도시한 평면도이다.
도 5는 도 1에 도시하는 철도 차량용 대차 프레임의 횡빔에 대해 제2 가공 패턴을 도시한 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시하는 철도 차량용 대차 프레임의 횡빔에 대해 제3 가공 패턴을 도시한 사시도이다.
도 7은 도 2에 도시하는 제1 가공 패턴의 횡빔 부재에 보조 공기실의 구획판을 설치한 상태를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 5에 도시하는 제2 가공 패턴의 횡빔 부재에 보조 공기실의 구획판을 설치한 상태를 도시한 사시도이다.
도 9는 철도 차량용 대차 프레임의 제2 실시 형태를 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9의 I-I 단면에서 횡빔의 측면을 도시한 도면이다.
도 11은 제2 실시 형태의 철도 차량용 대차 프레임에 대해, 그 측빔과 횡빔의 접합 부분을 도시한 도면이다.
도 12는 제3 실시 형태의 철도 차량용 대차 프레임에 대해, 도 9에 도시하는 I-I 단면에 대응하는 위치에서 도시한 횡빔의 측면도이다.
도 13은 제4 실시 형태의 철도 차량용 대차 프레임에 대해, 도 9에 도시하는 I-I 단면에 대응하는 위치에서 도시한 횡빔의 측면도이다.
도 14는 제5 실시 형태의 철도 차량용 대차 프레임에 대해, 그 측빔과 횡빔의 접합 부분을 도시한 도면이다.
도 15는 종래의 철도 차량용 대차 프레임을 도시한 도면이다.
도 16은 종래의 철도 차량용 대차 프레임에 모터와 유닛 브레이크를 설치한 상태를 간략화하여 도시한 평면도이다.

다음에, 본 발명에 관한 철도 차량용 대차 프레임(이하, 단순히 「대차 프레임」이라고 함)의 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 이하에 설명한다. 도 1은 대차 프레임의 제1 실시 형태를 도시한 사시도이다. 이 대차 프레임(1)은 레일 방향을 따라서 배치된 2개의 측빔(12)을 좌우에 갖고, 침목 방향을 따라서 배치된 횡빔(13)에 관통되고, 그 관통 부분에 있어서 측빔(12)과 횡빔(13)이 용접되어 있다. 또한, 도시하는 Y축 방향이 레일 방향인 대차 프레임(1)의 전후 방향이고, X축 방향이 침목 방향인 대차 프레임(1)의 좌우 방향이다.

대차 프레임(1)은 2개의 관재를 사용하고 있던 종래예와는 달리, 횡빔(13)이 하나의 부재로 구성되어 있다. 횡빔(13)은 두께 치수에 비해 폭 방향, 즉 대차 프레임(1)에 있어서의 전후 방향의 치수가 크고, 그 길이 방향(도면의 X방향)에서 본 단면이 편평 형상을 이루고 있다. 그 횡빔(13)은 측빔(12)을 관통하는 좌우의 접합부(31)와, 장원 형상의 관통 구멍(33)을 갖는 중간부(32)로 구성되어 있다. 접합부(31)는 단면이 장원 형상이며 소정의 폭을 갖고 있다. 중간부(32)는 접합부(31)보다도 폭이 넓으며, 도 1에 도시한 바와 같이, 전후 방향(Y축 방향)으로 돌출되도록 하여 형성되어 있다.

접합부(31)는 관통하는 측빔(12)측의 접합 구멍에 응력 집중이 발생하는 코너부가 발생하지 않도록 하기 위해, 단면이 장원 형상으로 되어 있다. 한편, 중간부(32)는 모터 등을 설치하기 쉽도록 평면으로 구성되어, 코너부가 존재한다. 여기서, 도 2는 횡빔(13)의 제1 가공 패턴에 대해 도시한 사시도이다. 제1 가공 패턴은, 횡빔(13)을 대차 프레임(1)의 전후 방향으로 분할한 구조이며, 한 쌍의 횡빔 부재(30)를 용접하여 하나의 횡빔(13)을 형성하도록 한 것이다. 횡빔 부재(30)는, 예를 들어 15㎜ 정도의 강판에 열간 프레스 성형에 의한 교축 가공이 행해지고, 필요한 경우에는 절삭 가공에 의해 형상이 정렬된 것이다.

횡빔 부재(30)는 접합부(31)에 상당하는 접합 부분(310)이, 단면 U자형이며, 깊이 방향 M에서 본 저면이 곡면으로 되도록 형성되어 있다. 중간부(32)는 깊이 방향 M에 단차 부분(330)이 형성되고, 그 단차 부분(330)을 통해 중간 부분(320)이 형성되어 있다. 중간 부분(320)은 단면이 ㄷ자형이며, 저면이 곡면이 아니라 평면으로 형성되어 있다. 그로 인해, 단차 부분(330)은 단면 형상이 U자형으로부터 ㄷ자형으로 변화되어 있다. 접합 부분(310)과 중간 부분(320)의 개구 단부(311, 321)는 직선이고, 단차 부분(330)의 개구 단부(331)는 곡선으로 형성되어 있다.

프레스 성형된 한 쌍의 횡빔 부재(30)는 접합 부분(310)의 개구 단부(311)끼리가 충돌하여, 중간 부분(320)과 단차 부분(330)의 개구 단부(321, 331)에 의해, 도 1에 도시한 바와 같은 장원 형상의 관통 구멍(33)이 구성된다. 그러한 중간 부분(320)과 단차 부분(330)의 개구 단부(321, 331)에는, 도 1에 도시한 바와 같이 구멍용 플레이트(341)가 용접되어, 횡빔 부재(30)의 개구 부분이 막힌다. 또한, 접합부(31)의 단부에도, 그 개구 부분에 장원 형상의 막음판(342)이 용접된다. 또한, 접합 전의 횡빔 부재(30)에는 하중이 가해지는 모터 등의 설치 위치로 보강판(38)이 접합되거나, 후술하는 보조 공기실을 구성하기 위한 구획판의 접합이 행해진다.

다음에, 도 3은 측빔(12)을 구성하는 측빔 부재를 도시한 사시도이다. 측빔 부재(20)는 횡빔 부재(30)와 마찬가지로, 15㎜ 정도의 강판을 프레스 성형한 것이다. 측빔 부재(20)는 양단부에 스프링 캡을 구성하는 폭이 넓은 스프링 캡부(21)가 형성되고, 양단부의 스프링 캡부(21) 사이에 중간부(22)가 형성되어 있다. 중간부(22)는 스프링 캡부(21)보다도 위치가 낮아지도록 하방으로 경사지는 부분이 형성되어 있다. 그리고, 중간부(22)는 스프링 캡부(21)보다 폭 방향의 치수가 작은만큼, 횡빔(13)이 관통해도 강성이 유지되도록 높이 방향의 치수가 크게 취해져 있다.

측빔 부재(20)는 단면이 ㄷ자형이며, 하방의 개구 단부에 도시하지 않은 하부 플레이트가 용접되어, 통 형상으로 되어 있다. 측빔 부재(20)의 길이 방향 단부에는, 도 1에 도시한 바와 같이 각을 없애도록 하여 접촉판(251)이 용접되어 있다. 그리고, 스프링 캡부(21)에는 하부 플레이트도 포함시켜 스프링 캡을 구성하기 위해 관통 구멍(201)이 형성되어 있다. 대차 프레임(1)은 이와 같이 하여 형성된 측빔(12)과 횡빔(13)에 의해 구성되고, 측빔(12)의 중간부(22)에 형성된 장원 형상의 관통 구멍에 횡빔(13)의 접합부(31)가 삽입되고, 장원 형상을 따른 접합 부분에 용접이 행해진다.

여기서 도 4는 대차 프레임(1)에 모터와 유닛 브레이크를 설치한 상태를 간략화하여 도시한 평면도이다. 모터(81)와 유닛 브레이크(83)는 횡빔(13)의 접합부(31)와 중간부(32)로 나누어 설치된다. 중간부(32)는 접합부(31)보다 전후 방향(Y방향)으로 돌출시켜 차축(91)과의 거리가 가까워지고 있다. 그로 인해, 중간부(32)에 설치한 모터(81)와, 차축(91)에 설치한 기어 장치(82)가 근처에 배치된다. 한편, 횡빔(13)의 접합부(31)는 중간부(32)보다도 전후 방향으로 오목하게 되어 있고, 유닛 브레이크(83)의 설치 스페이스가 넓게 되어 있다. 따라서, 이 대차 프레임(1)에서는, 모터(81)의 설치에는 브래킷 의한 전후 방향의 위치 조정이 필요 없어져, 유닛 브레이크(83)에 관해서는, 스페이스가 넓어진 것에 의해 설치에 대한 자유도가 증가하였다.

또한, 대차 프레임(1)은 횡빔(13)을 하나의 부재로 하였으므로, 재료를 적게 할 수 있고, 그만큼 경량화 및 비용의 저감을 도모하는 것이 가능해진다. 횡빔(13)은 절반 분할 부재인 횡빔 부재(30)끼리를 용접하여 만들어지므로, 접합 전에 보강 부재를 넣는 경우라도 작업이 용이하다. 전후 방향으로 분할한 횡빔 부재(30)끼리의 용접 개소가, 완성된 횡빔(13)의 상하의 평면 부분에 위치하므로, 굽힘이나 꼬임에 대해 용접 개소에 응력이 집중하지 않는다. 또한, 측빔(12)에 대해 1개의 횡빔(13)을 용접하므로, 2개의 횡빔에 비해, 끼워진 좁은 스페이스에서의 작업이 없어져, 측빔(12)에 대한 횡빔(13)의 용접을 용이하고 또한 확실하게 행할 수 있다.

대차와 차체를 연결하는 도시하지 않은 중심 핀은 횡빔(13)의 관통 구멍(33)을 통해 설치되게 된다. 그리고, 그 관통 구멍(33) 내에는 구멍용 플레이트(341)의 측면에, 좌우 방향으로 진동하는 차체를 기계적으로 멈추는 도시하지 않은 스토퍼 등이 설치된다. 이 점, 대차 프레임(1)에서는, 횡빔(13)의 관통 구멍(33)이 장원 형상이며 면적이 넓으므로, 중심 핀 외에 스토퍼 등의 설치를 가능하게 하여, 그 작업도 행하기 쉬워진다.

다음에, 도 5는 횡빔(13)의 제2 가공 패턴에 대해 도시한 사시도이다. 이는, 횡빔(13)을 상하 방향으로 분할한 구조이며, 한 쌍의 횡빔 부재(40)를 용접하여 하나의 횡빔(13)을 형성한 것이다. 횡빔 부재(40)도 강판이 프레스 성형된 것이다.

횡빔 부재(40)는 횡빔(13)의 접합부(31)에 상당하는 접합 부분(410)과, 중간부(32)에 상당하는 중간 부분(420)에 의해 구성되어 있다. 중간 부분(420)은 접합 부분(410)보다도 폭이 넓고, 중앙에 장원 형상의 관통 구멍(431)이 형성되어 있다. 접합 부분(410)의 테두리부(411)는 완만한 곡선인 것에 비해, 중간 부분(420)의 테두리부(421)는 평면이다.

이러한 한 쌍의 횡빔 부재(40)는 상하로 포개어져, 그 맞춤 부분이 용접된다. 그때, 필요에 따라서 횡빔 부재(40) 내에 보강판이나 보조 공기실을 위한 구획판 등이 설치된다. 그 후, 관통 구멍(431) 부분에는, 도 1에 도시한 바와 같이 장원 형상을 따라서 구멍용 플레이트(341)가 용접되고, 접합 부분(410)의 양단부에는 장원 형상의 막음판(342)이 용접되어, 개구 부분이 막힌다. 이렇게 하여 도 1에 도시하는 1개의 횡빔(13)이 형성된다.

제2 가공 패턴에서도, 횡빔(13)을 하나의 부재로서 구성함으로써, 재료를 적게 하여 형성할 수 있고, 대차 프레임(1)의 경량화 및 비용의 저감이 가능해진다. 또한, 횡빔(13)은 절반 분할의 횡빔 부재(40)에 대해 보강 부재 등을 설치할 수 있어, 작업이 용이하다. 또한, 상하 방향으로 분할한 횡빔 부재(40)끼리의 용접 개소가, 완성된 횡빔(13)의 코너부가 아니라 곡면 부분이나 평면 부분에 위치하므로, 굽힘이나 꼬임에 대해 응력이 집중되기 어렵다.

계속해서, 도 6은 횡빔(13)의 제3 가공 패턴에 대해 도시한 사시도이다. 이는, 제2 가공 패턴과 마찬가지로, 횡빔(13)을 상하 방향으로 분할한 구조이며, 한 쌍의 횡빔 부재(50)를 용접하여 하나의 횡빔(13)을 형성한 것이다. 횡빔 부재(50)도 강판이 프레스 성형된 것이다.

횡빔 부재(50)는 횡빔(13)의 접합부(31)에 상당하는 접합 부분(510)과, 중간부(32)에 상당하는 중간 부분(520)에 의해 구성되어 있다. 중간 부분(520)은 접합 부분(510)보다도 폭이 넓고, 중앙에 장원 형상의 관통 구멍(530)이 형성되어 있다. 횡빔 부재(50)는 폭 방향 양단부 부분과 관통 구멍(530) 주연 부분에, 절곡된 테두리부(511, 521, 531)가 형성되어 있다. 접합 부분(510)의 테두리부(511)는 완만한 곡선이고, 중간 부분(520)이나 관통 구멍(530)의 테두리부(521, 531)는 평면이다.

이러한 한 쌍의 횡빔 부재(50)는 상하로 포개어져, 그 맞춤 부분이 용접된다. 그때, 관통 구멍(530)은 상하의 테두리부(531)끼리가 용접되고, 그것이 도 1에 도시하는 구멍용 플레이트(341)의 구성에 상당한다. 또한, 횡빔 부재(50)끼리를 용접할 때에는, 횡빔 부재(50) 내에는 필요에 따라서 보강판이나 보조 공기실을 위한 구획판 등이 설치된다. 그리고, 접합 부분(510)의 단부에는 장원 형상의 막음판(342)이 용접되어, 개구 부분이 막힌다. 이렇게 하여 도 1에 도시하는 1개의 횡빔(13)이 형성된다.

제3 가공 패턴에서도, 횡빔(13)을 하나의 부재로서 구성함으로써, 재료를 적게 하여 형성할 수 있어, 대차 프레임(1)의 경량화 및 비용의 저감이 가능해진다. 또한, 횡빔(13)은 절반 분할의 횡빔 부재(50)에 대해 보강 부재 등을 설치할 수 있어, 작업이 용이하다. 또한, 상하 방향으로 분할한 횡빔 부재(50)끼리의 용접 개소가, 완성된 횡빔(13)의 코너부가 아니라 곡면 부분이나 평면 부분에 위치하므로, 굽힘이나 꼬임에 대해 응력이 집중되기 어렵다. 또한, 관통 구멍(530)의 주연 부분에 테두리부(531)를 형성하므로, 구멍용 플레이트(341) 대신으로 되어, 공정수를 줄일 수 있다.

대차 프레임(1)에는, 도 1에 도시한 바와 같이 측빔(12)을 관통한 횡빔(13)의 접합부(31)에 공기 스프링을 설치하기 위한 스프링 받침(85)이 설치되어 있다. 횡빔(13)은 그 내부 공간이 보조 공기실로 되어, 스프링 받침(85)에 설치된 공기 스프링 내부와 연통하고 있다. 따라서, 공기 스프링은 보조 공기실의 분만큼 외관상 용적이 커진다. 보조 공기실과 공기 스프링 사이에는 스로틀 밸브가 설치되어, 점성 감쇠 특성을 발휘시키도록 하고 있다. 횡빔(13)에는 좌우의 공기 스프링에 대해, 2개로 구획한 보조 공기실이 형성되어 있다. 즉, 한쪽의 횡빔 부재(30, 40, 50)에 미리 구획판이 용접되고, 전술한 바와 같이 다른 쪽의 횡빔 부재(30, 40, 50)와 포개어 용접을 행함으로써, 대차 프레임(1)의 좌우에 배치하는 공기 스프링의 보조 공기실을 용이하게 형성할 수 있다.

예를 들어, 보조 공기실의 구성은 단순히 좌우로 나누는 것 외에, 도 2의 횡빔 부재(30)에 의해 횡빔(13)을 구성하는 경우에는, 도 7에 도시한 바와 같이 구성한다. 즉, 한쪽의 횡빔 부재(30)의 개구 부분을 구획판(35)에 의해 미리 막고, 그 후, 횡빔 부재(30)끼리를 포개어 용접함으로써, 전후 방향으로 나눈 보조 공기실을 구성한다. 또한, 도 5의 횡빔 부재(40)[도 6의 횡빔 부재(50)도 동일함]에 의해 횡빔(13)을 구성하는 경우에는, 도 8에 도시한 바와 같이 구성한다. 즉, 한쪽의 횡빔 부재(40)의 개구부를 구획판(45)에 의해 미리 막고, 그 후, 횡빔 부재(40)끼리를 포개어 용접함으로써, 상하 방향으로 나눈 보조 공기실을 구성한다. 또한, 도 8과 같이 상하에 보조 공기실을 구성하는 경우, 아래에 위치하는 보조 공기실은, 구획판(45)을 통해 형성된 도시하지 않은 배관에 의해 공기 스프링과 연통한다.

(제2 실시 형태)

그런데, 철도 차량은 차종에 따라서 대차의 구조가 다르므로, 모터나 유닛 브레이크 등의 각 기기의 설치 높이에 차이가 있다. 그로 인해, 종래의 대차로부터 도 1에 도시하는 대차 프레임(1)에 설계 변경이 행해진 경우, 모터 등의 각 기기가 그대로는 설치되지 않는 경우가 발생한다. 특히 횡빔(13)은 중간부(32)에 의해 모터(81)의 배치가 기어 장치(82)에 가까워졌으므로, 모터 접속용의 짧은 브래킷에 의해 높이 조정하는 것이 곤란해졌다. 한편, 제조 비용을 억제하기 위해서는, 기존의 기기를 그대로 사용하는 것이 요구되고, 대차 프레임의 설계 변경에 따라서 각 기기를 변경하는 것은 바람직하지 않다.

따라서, 제1 실시 형태의 대차 프레임(1)에 관하여, 측빔(12)에 대한 횡빔(13)의 접합 위치를 상하로 변화시키는 것을 생각한다. 그러나, 대차 프레임(1)은 횡빔(13)의 높이를 상하시키면, 접합부(31)를 삽입하는 관통 구멍이 측빔(12)의 상면이나 하면에 지나치게 근접하여 강도 저하 등의 문제가 발생할 수 있다. 즉, 대차 프레임(1)의 경우, 횡빔(13)의 접합 위치를 상하로 변화시키는 자유도는 극히 작다. 한편, 접합 위치의 자유도를 올리기 위해, 측빔(12)의 중간부(22)의 높이 치수를 크게 한 것에서는, 대차 중량이 무거워져 버린다. 또한, 측빔(12)의 설치 높이를 상하시킨 것에서는, 그 밖의 설계 변경이 필요해져 버린다.

따라서 다음에, 제1 실시 형태에서 예로 든 횡빔의 효과를 그대로 하고, 기존의 기기에도 대응이 가능한 대차 프레임을 제안한다. 도 9는 제2 실시 형태의 대차 프레임을 도시한 사시도로, 제1 실시 형태와 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여하여 설명한다. 이 대차 프레임(2)은 횡빔(16)이 좌우 2개의 측빔(12)을 관통하여, 용접에 의해 일체로 된 것으로, 측빔(12)에 대한 횡빔(16)의 접합 위치의 자유도를 높인 것이다. 횡빔(16)은 길이 방향(X방향)에서 본 단면이 편평 형상이며 측빔(12)을 관통하는 좌우의 접합부(61)와, 장원 형상의 관통 구멍(64)을 갖는 중간부(62)로 구성되어 있다. 전후 방향(Y방향)에서 본 접합부(61)의 테두리는 완만한 곡선으로 형성되고, 중간부(62)의 테두리는 평면으로 형성되어 있다.

도 10은 횡빔(16)의 측면을 도 9의 I-I 단면으로 도시한 도면이다. 횡빔(16)은, 도시한 바와 같이, 중간부(62)로부터 접합부(61)에 걸쳐서, 상하 양면이 경사진 단차부(63)를 통해 변화되어 있다. 즉, 접합부(61)의 두께 방향의 치수가 중간부(62)보다도 작고, 접합부(61)가 상하 방향으로 좁은 박형 형상을 이루고 있다. 이러한 형상의 횡빔(16)은, 예를 들어 도 5에 도시하는 것과 마찬가지로, 한 쌍의 횡빔 부재가 프레스 성형되어, 상하로 포개어 용접함으로써 형성된다. 그때, 필요에 따라서 횡빔 부재 내에 보강판이나 보조 공기실을 위한 구획판 등이 설치된다. 관통 구멍(64)의 부분에는, 도 9에 도시한 바와 같이 장원 형상을 따라서 구멍용 플레이트(641)가 용접되고, 접합부(61)의 양단부에는 장원 형상의 막음판(642)이 용접되어, 개구 부분이 막힌다. 이렇게 하여 1개의 횡빔(16)이 형성된다.

도 11은 측빔(12)과 횡빔(16)의 접합 부분을, 도 9의 X방향으로부터 도시한 측면도이다. 여기서는, 제1 실시 형태의 횡빔(13)을 2점 쇄선으로 나타내고 있다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 횡빔(16)의 접합부(61)는 횡빔(13)의 접합부(31)보다도 폭이 넓은 만큼, 상하 방향의 두께를 얇게 한 형상을 이루고 있다. 횡빔(16)은 접합부(61)의 두께를 얇게 한 것에 의해, 횡빔(13)에 비해, 측빔(12)에 대한 접합 위치를, 상하 방향으로 변위하는 것이 가능한 범위가 넓어졌다. 한편, 접합부(61)는 두께가 얇은 만큼, 강도의 저하를 억제하기 위해, 폭 방향의 치수가 횡빔(13)보다도 크다.

횡빔(13, 16)의 구체적인 치수에 대해 일례를 나타낸다. 횡빔(13, 16)은 모두 15㎜ 두께의 강판이 프레스 성형된 것이다. 횡빔(16)의 접합부(61)는 양단부의 반원 부분(611)과, 그 사이를 연결하는 직선 부분(612)으로 이루어지는 장원형이다. 반원 부분(611)의 반경 R은 67.6㎜이고, 직선 부분(612)의 길이 L이 465㎜이다. 한편, 횡빔(13)의 접합부(31)는 반경 부분(311)의 반경이 82.6㎜, 직선 부분(312)의 길이가 365㎜인 치수로 형성되어 있다. 따라서, 접합부(61)는 접합부(31)보다도 두께가 30㎜ 얇고, 폭 방향으로 70㎜ 길게 되어 있다.

따라서, 횡빔(16)은 접합부(61)가 얇게 형성된 분만큼, 측빔(12)에 대한 접합 위치를, 상하 방향으로 변위시키는 것이 가능해진다. 그로 인해, 각 차량에 따른 횡빔(16)의 접합 높이로 한 대차 프레임(2)을 제조함으로써, 기존의 기기를 그대로 사용할 수 있어, 비용을 억제하는 것이 가능해진다. 그리고, 횡빔(16)은 중간부(62)에 의해 모터(81)와 기어 장치(82)(도 4 참조)의 설치 위치가 가깝고, 접합부(61)에 의해 유닛 브레이크(83)(도 4 참조)의 설치 스페이스가 넓은 등, 제1 실시 형태의 횡빔(13)과 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 접합부(61)의 단면 계수는 접합부(61)의 횡폭을 넓게 함으로써, 제1 실시 형태의 접합부(31)와 대략 동일한 값으로 되어, 필요한 강도가 확보되어 있다.

(제3 실시 형태)

상기 제2 실시 형태의 횡빔(16)은, 도 5에 도시한 것과 마찬가지로, 상하 대칭의 횡빔 부재가 프레스 성형되고, 그것들을 포갠 것이다. 이러한 구성이면, 금형을 1종류로 할 수 있다. 단, 이러한 구조의 것뿐만 아니라, 상하 비대칭이라도 좋다.

도 12는 제3 실시 형태의 대차 프레임에 대해 횡빔을 도시한 측면도이고, 도 10과 마찬가지로, 도 9의 I-I의 위치에서 도시한 것이다. 측빔(12)의 구조는 상기 실시 형태와 마찬가지이므로, 대차 프레임 전체의 도면은 생략하고, 특징 부분인 횡빔(17)의 측면을 도시하였다. 이 대차 프레임(3)을 구성하는 횡빔(17)은 상하가 비대칭이고, 하측이 제1 실시 형태의 횡빔(13)과 동일한 형상이고, 상측이 제2 실시 형태의 횡빔(16)과 동일한 형상을 이루고 있다. 즉, 횡빔(17)의 상면은 중간부(72)로부터 접합부(71)에 걸쳐서 경사진 단차부(73)를 통해 변화되고, 접합부(71)의 두께가 얇아지도록 형성되어 있다.

따라서, 횡빔(17)은 접합부(71)가 얇게 형성된 상측의 분만큼, 측빔(12)에 대한 접합 위치를, 상측으로 변위시키는 것이 가능해진다. 그로 인해, 각 차량에 따른 횡빔(17)의 접합 높이로 한 대차 프레임(3)을 제조함으로써, 기존의 기기를 그대로 사용할 수 있어, 비용을 억제하는 것이 가능해진다. 그리고, 이 횡빔(17)에서도, 중간부(72)나 접합부(71)에 대한 모터(81)나 유닛 브레이크(83)(도 4 참조)의 설치에 있어서, 제1 실시 형태의 횡빔(13)과 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 대차 프레임(3)은 횡빔(17)의 접합 위치를 올리는 경우의 구성이고, 반대로 접합 위치를 내리기 위해서는, 횡빔(17)을 상하 반전시키면 된다.

(제4 실시 형태)

다음에, 상하 비대칭의 구성인 경우, 도 13에 도시한 바와 같이 단차부를 형성한 횡빔이라도 좋다. 도 13은 제4 실시 형태의 대차 프레임에 대해 횡빔을 도시한 측면도이고, 도 10과 마찬가지로, 도 9의 I-I의 위치에서 도시한 것이다. 측빔(12)의 구조는 상기 실시 형태와 마찬가지이므로, 대차 프레임 전체의 도면은 생략하고, 특징 부분인 횡빔(18)의 측면을 도시하였다. 이 대차 프레임(4)을 구성하는 횡빔(18)은 접합부(81)로부터 중간부(82)에 걸쳐서, 상하의 면이 동일하도록 변화되는 경사진 단차부(83)가 형성되고, 접합부(81)보다도 중간부(82)의 위치가 높아지도록 형성되어 있다. 접합부(81), 중간부(82) 및 단차부(83)의 두께는 대략 동일하다.

본 실시 형태의 대차 프레임(4)은 횡빔(18)의 접합 위치를 변위시키는 일없이, 단차부(83)의 기울기에 따라서 중간부(82)의 높이를 조정하는 것이다. 그로 인해, 각 차량에 따라서 횡빔(18)을 구성하여, 대차 프레임(4)을 제조함으로써, 기존의 기기를 그대로 사용할 수 있어, 비용을 억제하는 것이 가능해진다. 그리고, 횡빔(18)에서도, 중간부(82)나 접합부(81)에 대한 모터(81)나 유닛 브레이크(83)(도 4 참조)의 설치에 있어서, 제1 실시 형태의 횡빔(13)과 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 대차 프레임(4)은 횡빔(18)에 대한 모터 등의 설치 위치를 올리는 경우의 구성이고, 반대로 접합 위치를 내리기 위해서는, 횡빔(18)을 상하 반전시키면 된다.

(제5 실시 형태)

그런데, 제2 실시 형태에서는, 도 11에 도시한 바와 같이, 상하로 얇게 한 만큼, 횡폭을 넓혀서 필요한 강도를 확보하도록 하였다. 단면 계수를 고려한 경우, 단면 2차 모멘트의 값을 크게 하도록, 접합부의 단면 형상을 변화시킴으로써도 대응이 가능하다. 구체적으로는, 횡빔(19)의 접합부(91)가, 도 14에 도시하는 단면 형상으로 형성되어 있다. 즉, 제5 실시 형태의 대차 프레임(5)에서는 상하 방향의 두께를 얇게 한 직선 부분(912)의 양단부에, 직선 부분(912)의 상하 치수보다도 큰 직경의 원형 부분(911)이 형성되어 있다.

따라서, 횡빔(19)은 접합부(91)가 얇게 형성된 만큼, 측빔(12)에 대한 접합 높이를 상하로 변위시키는 것이 가능해진다. 그로 인해, 각 차량에 따른 횡빔(19)의 접합 높이로 한 대차 프레임(5)을 제조함으로써, 기존의 기기를 그대로 사용할 수 있어, 비용을 억제하는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명의 대차 프레임에 대해 실시 형태를 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.

상기 제1, 제2 실시 형태에 기재한 횡빔(13, 16) 등은 접합부(31, 61)의 단면을 장형 형상으로 하였지만, 그 밖에도, 예를 들어 단면을 타원형으로 한 것이라도 좋다.

또한, 상기 제2 내지 제5 실시 형태의 횡빔(16, 17, 18, 19)은 상하 방향으로 분할한 상하의 횡빔 부재를 포갠 것을 나타냈지만, 제1 실시 형태의 도 2에 도시한 바와 같이, 전후 방향으로 분할한 전후의 횡빔 부재를 포개도록 한 것이라도 좋다.

1 : 철도 차량용 대차 프레임
12 : 측빔
13 : 횡빔
30 : 횡빔 부재
31 : 접합부
32 : 중간부
33 : 관통 구멍

Claims (10)

1. 레일을 따라서 전후 방향으로 배치된 좌우의 측빔에 대해, 침목을 따른 좌우 방향으로 배치된 1개의 횡빔이 접합된 것이고,
   상기 횡빔은 상하 방향의 두께 치수보다도 전후 방향의 폭 치수가 큰 편평 형상이며, 상기 측빔에 접합되는 좌우의 접합부와, 그 좌우의 접합부에 끼워진 중간부를 갖고, 상기 접합부의 전후 방향의 폭 치수보다도 상기 중간부의 전후 방향의 폭 치수가 크고, 상기 중간부에는 관통 구멍이 형성된 것인 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 대차 프레임.
2. 제1항에 있어서, 상기 접합부의 전후 방향 단부면은 곡면이고, 상기 중간부의 전후 방향 단부면은 평면인 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 대차 프레임.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간부에 형성된 관통 구멍이 좌우 방향으로 긴 장원 형상인 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 대차 프레임.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 횡빔은 상기 접합부의 상하 방향의 두께 치수가 상기 중간부보다도 작은 것인 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 대차 프레임.
5. 제4항에 있어서, 상기 횡빔은 상하의 면이 상기 중간부로부터 상기 접합부에 걸쳐서 경사진 단차부를 통해 변화되고, 상하 대칭으로 형성된 것인 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 대차 프레임.
6. 제4항에 있어서, 상기 횡빔은 상면 또는 하면의 한쪽이 상기 중간부로부터 상기 접합부에 걸쳐서 경사진 단차부를 통해 변화되고, 상하의 면이 비대칭으로 형성된 것인 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 대차 프레임.
7. 제4항에 있어서, 상기 접합부의 전후 방향 단부는 상기 중간부의 두께 치수보다도 큰 직경의 원형부로서 형성된 것인 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 대차 프레임.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 횡빔은 상기 중간부와 접합부 사이에 경사진 단차 부분이 형성되고, 상기 중간부와 상기 접합부의 상하 방향의 높이가 다른 것인 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 대차 프레임.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 횡빔은 전후 방향 또는 상하 방향으로 2분할한 한 쌍의 횡빔 부재가 프레스 성형에 의해 강판으로 형성되고, 그 횡빔 부재끼리가 용접에 의해 접합되어 일체로 된 것인 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 대차 프레임.
10. 제9항에 있어서, 상기 횡빔 부재에 구획판을 용접하고, 좌우에 배치되는 공기 스프링의 보조 공기실을 구성하도록 한 것인 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 대차 프레임.

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