KR20130046538A - 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 현가장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도차량의 직선 및 곡선선로 주행시 대차의 주행안정성과 주행성능을 향상시킴으로써 철도차량의 탈선에 대한 안정성을 높이고, 차륜과 레일의 주행진동을 최소화하여 안락한 승차감을 얻도록 하는 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치를 제공한다. 이 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치(100)는 대차(1)의 베어링박스(20) 외측에 대칭형으로 제1, 2브라켓(110, 130)이 배치되며, 사이드프레임(10)의 중간부위에 배치된 힌지브라켓(150)과, 이 제1, 2브라켓(110, 130)에 각 일단이, 타단은 힌지브라켓(150)의 상, 하단에 각각 힌지 결합된 제1, 2엠알댐퍼(170, 190)를 구비한다. 본 발명에 따른 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치에 의하면, 레일과 차륜의 운동에 의한 충격과 진동을 흡수하여 직선부에서의 고속주행시 주행안정성을 극대화함과 동시에 진동을 차체까지 전달되지 않게 함으로써, 승객들에게 안락한 승차감을 제공하는 효과가 있다. 또한, 주행안정성에 의해 차륜의 마모 및 레일의 파손을 최소화하여 탈선 등의 대형사고를 원천적으로 예방하도록 하는 효과가 있다.

Description

엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치{STEERING APPARATUS FOR RAILWAY VEHICLE USING MR DAMPER}

본 발명은 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 철도차량의 직선 및 곡선선로 주행시 대차의 주행안정성과 주행성능을 향상시킴으로써 철도차량의 탈선에 대한 안정성을 높이고, 차륜과 레일의 주행진동을 최소화하여 안락한 승차감을 얻도록 하는 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로, 철도차량에 적용되는 대차는 차체의 하중을 지지함과 동시에 각 차륜에 차체의 하중이 고르게 분포되도록 하고, 차체에 대하여 자유롭게 방향을 전환하여 철도차량의 직선주행 및 곡선주행을 원활하게 하는 장치이다. 이때, 대차는 철도차량의 곡선주행시, 차륜과 레일간에 발생하는 초과원심력 및 안내하중을 완화시킬 수 있는 대차의 조향력이 충분하지 못하여 차륜의 플랜지와 레일 측면간의 마찰로 높은 소음이 발생함과 동시에 진동이 수반되면서 승객에 대한 승차감이 크게 저하되는 문제점이 발생되고, 이로 인해 차륜의 마모 및 레일의 파손으로까지 이어지면서 차량의 탈선으로 인한 대형사고가 발생하는 등의 문제점이 있다.

도 1은 종래 대차의 측면도이고, 도 2는 도 1에서 보인 대차의 일부를 보여주는 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 대차(1)는 외측에 길이방향으로 사이드프레임 (10)이 나란히 배치되고, 이 사이드프레임(10)은 횡방향으로 적어도 하나 이상의 크로스빔(11)이 배치되어 하나의 조합된 프레임구조를 이루고 있다. 그리고, 사이드프레임(10)의 각 양단에는 좌우 대칭형으로 베어링박스(20)가 배치되고, 이 베어링박스(20)의 좌우 양측으로는 완충스프링(25)이 배치되어 있다. 그리고, 베어링박스(20)에는 차축(30)의 각 단부가 축 결합되어 있고, 이 차축 (30)에는 선로, 즉 레일(미도시)의 상부에서 구름 동작하는 차륜(31)이 결합되어 있다. 이와 같은 대차(1)는 상부에 철도차량의 차체(CB)가 결합되어 선로를 고속으로 주행하게 된다.

그러나, 이와 같은 종래기술에 따른 대차는 차축(30)에 결합된 차륜(31)이 레일 상부에서 고속으로 구름운동하여 주행할 때, 직선부 주행안정성, 즉 임계속도가 떨어지는 문제가 있었다. 그리고, 철도차량이 곡선부를 주행할 때, 차륜(31)과 레일간에 발생하는 초과원심력 및 안내하중(Guide Force)에 의해 심한 진동을 수반하며 승차감이 떨어짐과 동시에 차륜의 마모가 증대되고, 레일의 파손으로 이어지며 나아가서는 차량이 탈선하는 대형사고의 위험성을 내포하는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로, 철도차량의 직선 및 곡선선로 주행시 대차의 주행안정성과 주행성능을 향상시킴으로써 철도차량의 탈선에 대한 안정성을 높이고, 차륜과 레일의 주행진동을 최소화하여 안락한 승차감을 얻도록 할 수 있는 새로운 형태의 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적으로 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 길이방향으로 소정 간격을 두고 나란히 배치되고 중간에 크로스빔(11)에 의해 보강되는 사이드프레임(10)과, 상기 사이드프레임(10) 각 양단에 대칭형으로 배치되는 베어링박스(20) 및 완충스프링(25)와, 상기 베어링박스(20)에 축결합된 각 양단부에 차륜(31)이 설치된 차축(30)으로 이루어진 철도차량용 대차(1)에 있어서, 상기 베어링박스(20) 외측에 대칭형으로 배치된 제1 및 제2브라켓(110, 130)과; 상기 사이드프레임(10)의 중간부위에 힌지 결합되어 중심의 힌지핀(HP)을 기준하여 소정각도 힌지 회동하는 힌지브라켓(150)과; 상기 제1브라켓(110)에 일단이 힌지 결합되고, 타단은 상기 힌지브라켓(150)의 상단에 힌지 결합된 제1엠알댐퍼(170) 및; 상기 제1엠알댐퍼(170)와 대칭형으로 배치되며 일단은 상기 힌지브라켓(150)의 하단에 배치되며, 타단은 상기 제2브라켓(130)에 힌지 결합된 제2엠알댐퍼(190)를 포함한다.

이와 같은 본 발명에 따른 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치에서 상기 제1 및 제2엠알댐퍼(170, 190)는 양단에 형성된 나사에 결합되는 제1, 2너클(171, 173)(192, 194)과, 상기 제1, 2너클(171, 173)(192, 194)의 후방에 풀림을 방지하도록 배치된 각 2개의 너트를 더 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치에 의하면, 레일과 차륜의 운동에 의한 충격과 진동을 흡수하여 직선부에서의 고속주행시 주행안정성을 극대화함과 동시에 진동을 차체까지 전달되지 않게 함으로써, 승객들에게 안락한 승차감을 제공하는 효과가 있다. 또한, 주행안정성에 의해 차륜의 마모 및 레일의 파손을 최소화하여 탈선 등의 대형사고를 원천적으로 예방하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래 대차의 측면도;
도 2는 도 1에서 보인 대차의 일부를 보여주는 평면도;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치의 측면도;
도 4는 도 3에서 보인 대차의 일부를 보여주는 평면도;
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치의 주요 구성을 설명하기 위한 분해사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 3 내지 도 5에 의거하여 상세히 설명하며, 도 1 내지 도 5에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. 한편, 각 도면에서 일반적인 엠알 댐퍼(MR Damper) 및 대차의 구성 및 작용 등의 관련기술로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 적용하는 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 도면의 도시에 있어서 요소들 사이의 크기 비가 다소 상이하게 표현되거나 서로 결합되는 부품들 사이의 크기가 상이하게 표현된 부분도 있으나, 이와 같은 도면의 표현 차이는 이 분야의 종사자들이 용이하게 이해할 수 있는 부분들이므로 별도의 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치의 측면도이고, 도 4는 도 3에서 보인 대차의 일부를 보여주는 평면도이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치의 주요 구성을 설명하기 위한 분해사시도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치(100)는 외측에 길이방향으로 사이드프레임 (10)이 나란히 배치되고, 이 사이드프레임(10)은 횡방향으로 적어도 하나 이상의 크로스빔(11)이 배치되어 하나의 조합된 프레임구조를 이루고 있다. 그리고, 사이드프레임(10)의 각 양단에는 좌우 대칭형으로 베어링박스(20)가 배치되고, 이 베어링박스(20)의 좌우 양측으로는 완충스프링(25)이 배치되어 있다. 그리고, 베어링박스(20)에는 차축(30)의 각 단부가 축 결합되어 있고, 이 차축 (30)에는 선로, 즉 레일(미도시)의 상부에서 구름 동작하는 차륜(31)이 결합되어 있다. 이와 같은 대차(1)는 상부에 철도차량의 차체(CB)가 결합되어 선로를 고속으로 주행하게 된다.

한편, 이와 같은 본 실시예에 따른 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치(100)는 엠알 댐퍼(170, 190)를 적용하여 각 차륜(31)에서 각기 다르게 발생하는 충격과 진동을 흡수할 수 있으므로, 차륜(31)과 레일의 수명을 연장하고, 탈선되는 대형사고를 예방할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. 이때, 엠알 댐퍼(20)는 부착 플레이트(30)의 상면(34)으로 접속되도록 부착 플레이트(30)에 고정설치된다. 일반적으로, 자기유변유체댐퍼(Magnetorheological Fluid Damper)는 반능동 제어장치의 일종으로써, 자기유변유체(MR 유체)를 사용한다. MR 유체는 어떤 유체(물, 실리콘 오일 등) 내에 미세하고 자성을 띤 입자를 포함하여, 평상시에는 일반적인 점성 유체처럼 자유롭게 유동한다. 그러나 자기장이 가해지면 매우 짧은 시간에 입자들이 정렬하여 유체의 유동을 제한하고, 결과적으로 항복 강도를 발생시키는 제어 가능한 유체이다. 이러한 MR 유체의 특성을 이용하여 제작된 MR 댐퍼는 자기장을 통해 댐퍼 내의 MR 유체를 제어하고 결과적으로 댐퍼의 감쇠 특성을 변화시킨다. 본 실시예에서는 이와 같은 엠알 댐퍼(20)를 적용하여 필요시 안정적인 완충효과를 얻도록 한다.

도 3 내지 도 5를 참조하여 좀 더 구체적으로 보면, 본 실시예에 따른 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치(100)는 대차(1)의 베어링박스(20) 외측에 대칭형으로 제1, 2브라켓(110, 130)이 배치되며, 사이드프레임(10)의 중간부위에 배치된 힌지브라켓(150)과, 이 제1, 2브라켓(110, 130)에 각 일단이, 타단은 힌지브라켓(150)의 상, 하단에 각각 힌지 결합된 제1, 2엠알댐퍼(170, 190)를 구비한다.

이때, 제1브라켓(110)은 베어링박스(20)의 수직중심선을 기준한 일측에 2열로 배치되며, 반원형 단부 중심에 힌지홀(111)이 형성되어 있다. 상기한 제1브라켓(110)과 제2브라켓(130)의 사이, 다시 말해 사이드프레임 (10)의 중간부위에는 힌지브라켓(150)이 배치되어 있다. 여기서, 제2브라켓(130)과 제2링크(190)는 제1브라켓(110)과 대칭형으로 배치된 것 이외에 구성이 동일하므로 설명은 생략한다.

본 실시예에서 힌지브라켓(150)은 수직으로 길게 형성되며, 그 중심은 사이드프레임(10)에 설치된 힌지핀(HP)과 힌지 결합되고 단부에서 체결되는 결합핀(미도시)과 와셔(WS)에 의해 이탈이 방지된다. 그리고, 힌지브라켓(150)의 상, 하단에는 상기한 제1, 2브라켓(110, 130)과 대향하는 위치에 힌지홀(151)이 형성되어 있다.

이와 같은 제1브라켓(110)과 힌지브라켓(150)의 상단에는 제1엠알댐퍼(170)가 배치되는데, 제1엠알댐퍼(170)는 양단에 마련된 제1, 2너클(171, 173)을 포함한다. 그리고, 제1엠알댐퍼(170)는 환형봉으로서, 양단에 나사를 형성하고, 상기한 제1, 2너클 (171, 173)을 나사 결합하는 것이다. 제1너클(171)의 후단에는 상기한 나사에 결합하도록 암나사가 형성되어 있고, 선단 중심에는 힌지홀(171a)이 형성되어 힌지핀(HP)에 의해 상술한 제1브라켓 (110)과 힌지 결합하도록 하는 것이다. 이때, 힌지홀(171a)은 힌지핀(HP)의 외경보다 크게 형성하고, 그 내부에 고무부시(RB)를 설치하는 것이 바람직하다. 그 이유로는 후술하는 작용에서 베어링박스(20)에 마련된 제1브라켓(110)이 소정각도 회동하며 회전 운동할 때, 제1엠알댐퍼(170)의 운동을 용이하게 하기 위하여 힌지핀(HP)을 소정각도 기울게 하기 위해서이다. 제1너클(171)의 후단에는 더블(Double)너트를 형성하여 상기한 제1너클(171)의 풀림을 방지하도록 함과 동시에 제1엠알댐퍼(170)의 길이조절이 용이하도록 하였다. 제1너클(171)의 대칭측에는 제2너클(173)이 배치되어 있다. 제2너클(173)은 힌지브라켓(150) 상단에 형성된 힌지홀(151)의 양측에 배치되며 힌지 결합하도록 2열로 형성되어 있고, 힌지홀(151)에 일치되게 한 후 힌지핀 (HP)에 의해 결합되도록 하였다.

이와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조향장치(100)는 먼저 제1, 2브라켓(110, 130)과 힌지브라켓(150)의 상, 하단에 제1, 2엠알댐퍼(170, 190)의 각 단부를 힌지 결합한다. 이때, 제1, 2엠알댐퍼(170, 190)의 길이가 맞지 않을 경우, 각 너클(171,173) (192,194)의 후방에 배치된 너트(N)를 돌려 길이를 조절하면 된다.

이와 같은 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치(100)는 철도차량이 레일의 상부를 주행할 때, 레일과 차륜(31)의 플랜지 사이의 접촉에 의해 충격과 진동이 발생하는데, 베어링박스(20) 외측에 설치된 제1, 2브라켓(110, 130)은 복잡한 운동을 하며 어느 방향으로든 운동하려는 힘이 발생하고, 이 힘에 의해 제1, 2브라켓(110, 130)은 소정각도 회동하게 되고, 이 제1, 2브라켓(110, 130)과 힌지 결합된 제1, 2엠알댐퍼(170, 190)는 상호 대칭되는 방향으로 운동하면서 완충작용하여 차량의 충격과 진동을 흡수한다. 이에 따라, 차륜(31)에서 발생한 충격과 진동이 본 발명에 따른 조향장치 (100)에 의해 차체까지 전달되지 않고, 주행안전성을 도모할 수 있으므로, 승객을 안락하게 수송할 수 있다. 또한, 각 차륜(31)에서 각기 다르게 발생하는 충격과 진동을 흡수할 수 있으므로, 차륜(31)과 레일의 수명을 연장하고, 탈선되는 대형사고를 예방할 수 있다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

1 : 대차 10 : 사이드프레임
11 : 크로스빔 20 : 베어링박스
25 : 완충스프링 30 : 차축
31 : 차륜
100 : 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치
110 : 제1브라켓 130 : 제2브라켓
150 : 힌지브라켓 170 : 제1엠알댐퍼
190 : 제2엠알댐퍼 171, 173 : 제1너클
192, 194 : 제2너클

Claims (2)

1. 길이방향으로 소정 간격을 두고 나란히 배치되고 중간에 크로스빔(11)에 의해 보강되는 사이드프레임(10)과, 상기 사이드프레임(10) 각 양단에 대칭형으로 배치되는 베어링박스(20) 및 완충스프링(25)와, 상기 베어링박스(20)에 축결합된 각 양단부에 차륜(31)이 설치된 차축(30)으로 이루어진 철도차량용 대차(1)에 있어서,
   상기 베어링박스(20) 외측에 대칭형으로 배치된 제1 및 제2브라켓(110, 130)과;
   상기 사이드프레임(10)의 중간부위에 힌지 결합되어 중심의 힌지핀(HP)을 기준하여 소정각도 힌지 회동하는 힌지브라켓(150)과;
   상기 제1브라켓(110)에 일단이 힌지 결합되고, 타단은 상기 힌지브라켓(150)의 상단에 힌지 결합된 제1엠알댐퍼(170) 및;
   상기 제1엠알댐퍼(170)와 대칭형으로 배치되며 일단은 상기 힌지브라켓(150)의 하단에 배치되며, 타단은 상기 제2브라켓(130)에 힌지 결합된 제2엠알댐퍼(190)를 포함하는 것을 특징으로 하는 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2엠알댐퍼(170, 190)는 양단에 형성된 나사에 결합되는 제1, 2너클(171, 173)(192, 194)과, 상기 제1, 2너클(171, 173)(192, 194)의 후방에 풀림을 방지하도록 배치된 각 2개의 너트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 엠알 댐퍼를 사용한 철도 차량용 조향장치.
   

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