KR20150049750A

KR20150049750A - 복합적 방진수단을 가지는 철도궤도 슬래브의 구조

Info

Publication number: KR20150049750A
Application number: KR1020130130683A
Authority: KR
Inventors: 박정근
Original assignee: 주식회사 정진철도
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-05-08

Abstract

본 발명은 폴리우레탄과 고감쇠고무가 복합되어 있음으로써 설치 및 유지보수의 비용이 적게 소요되는 복합적 방진수단을 가지는 철도궤도 슬래브의 설치구조에 관한 것이다. 그의 구성은; 철도 도상에 안착 설치되는 것으로서, 상면에 레일안착부(9)가 마련되며, 곳곳에 수직방향으로 방진수단 설치공(11)이 마련되는 궤도슬래브(1); 상기 궤도슬래브(1)의 저면이 상기 도상의 바닥면(17)으로부터 이격되게끔 상기 궤도슬래브(1)와 상기 도상(3) 사이에 개입되는 방진수단(13)을 포함하되 상기 방진수단(13)은; 스프링 역할을 위한 탄성부재(19); 및 진동을 흡수하는 역할을 위한 댐핑부재(21)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

복합적 방진수단을 가지는 철도궤도 슬래브의 구조{ Experimental Study on Hybrid Damper using a High-Damping Rubber and a Steel Pin }

본 발명은 철도궤도 슬래브의 설치구조에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 탄성부재로서의 폴리우레탄과 댐핑부재로서의 고감쇠고무가 복합되어 있음으로써 설치 및 유지보수의 비용이 적게 소요되고 진동감쇠효과가 탁월한, 복합적 방진수단을 가지는 철도궤도 슬래브의 설치구조에 관한 것이다.

지면 또는 지중에 철도 궤도를 설치함에 있어서 레일을 설치하기 위한 궤도슬래브를 도상에 설치하여야 한다. 근래 철로가 도심지의 지상 및 지하에 설치되는 경우도 다반사여서 철도차량이 통과할 때 발생되는 진동과 소음이 외부로 전달되는 것을 최대한 차단하고자 하는 시공방법이 행해지고 있다.

위 시공방법 중 일반적인 것은 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 궤도슬래브(100)와 도상(200) 사이에 방진장치(300)을 설치하는 것이다. 신속한 시공을 위해 보통 궤도슬래브(100)의 본체는 외부에서 제작한 다음 현장으로 운반하여 설치한다. 궤도슬래브(100)와 도상(200) 사이에는 궤도슬래브(100)가 도상(200)으로부터 이격되도록 방진장치(300)가 설치된다. 종래의 방진장치(300)는 코일스프링(301)을 사용하는 방식(도 1 참조), 고무체(302)를 사용하는 방식(도 2 및 국내특허출원 제10-2009-0037734호 참조)이 있다.

외부에서 전달되는 충격을 저감시키는 방식으로 진동감쇠수단 내지 댐퍼가 널리 사용되는 것은 분명하지만, 어떠한 방식으로 충격을 흡수하는 가는 진동감쇠수단 등의 고유한 탄성특성에 의해 결정된다. 즉 코일스프링 및 고무는 저마다의 탄성특성에 의해 외부충격을 흡수하게 되며 각자 장단점을 가지고 있다.

한편 국내특허출원 제10-2009-0101595호와 같이 새롭게 제안되는 사항들은 기존의 기본적인 구조를 바탕으로 하여 여러 목적에 의거하여 개선사항을 제안하는 정도일 뿐이다. 종래 제안되는 방진장치(300)는 일반적으로 구조가 복잡하기 때문에 방진장치(300) 자체의 제작 및 유지보수에 많은 비용이 소요되는 문제를 가진다.

대한민국 특허출원 제10-2009-0101595호 대한민국 특허출원 제10-2009-0037734호

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 복합적 방진 수단을 가지는 철도궤도 슬래브의 설치구조를 제공하는 것을 목적으로 한다. 좀 더 구체적으로는 탄성특성이 다른 2종의 고분자 탄성소재를 복합적으로 사용함으로써 기존의 기계식 스프링-댐퍼구조의 고비용, 고유지보수비발생을 줄이고 저비용으로 유지보수가 거의 필요없고 방진효율은 동등이상의 성능을 발휘 할 수 있는 기존방식과 다른 구조와 재료를 조합한 방진마운트 구조를 개발하는데 있다.

위와 같은 목적은,

철도 도상에 안착 설치되는 것으로서, 상면에 레일안착부가 마련되며, 곳곳에 수직방향으로 방진수단 설치공이 마련되는 궤도슬래브; 상기 궤도슬래브의 저면이 상기 도상의 바닥면으로부터 이격되게끔 상기 궤도슬래브와 상기 도상 사이에 개입되는 방진수단을 포함하되;

상기 방진수단은 스프링 역할을 위한 탄성부재 및 진동을 흡수하는 역할을 위한 댐핑부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 방진수단을 가지는 철도궤도 슬래브의 구조에 의해 달성될 수 있다.

여기서 상기 탄성부재와 상기 댐핑부재의 각각의 일측은 상기 궤도슬래브에 지지되고, 각각의 타측은 상기 도상의 바닥면에 지지될 수 있다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 탄성부재는 하면은 상기 도상의 바닥면에 지지되고 상면은 상기 궤도슬래브에 지지됨으로써 상기 궤도슬래브에 수직방향으로 가해지는 힘에 의해 수직방향으로 압축 변형되며;

상기 댐핑부재는 중심부는 중심부는 상기 도상의 바닥면에 지지되고; 가장자리는 상기 궤도슬래브에 지지됨으로써 상기 궤도슬래브에 수직방향으로 가해지는 힘에 의해 콘(cone)형태로 전단 변형된다.

좀더 구체적으로는;

중심에 수직방향으로 관통공(23)이 마련됨으로써 도넛 형태를 가지는 탄성부재(19); 상기 탄성부재(19)의 상면에 안착되는 상부지지판(25); 상기 탄성부재(19)의 상면에 설치되는 것으로서, 횡판(33)과 원통형 측판(34)으로 구성되되 상기 횡판(33)의 중심에 볼트공(35)이 뚫린 외통(37);

상기 외통(37)의 내부에 밀착하여 끼워져 상기 외통(37)에 결합되는 원통형 내통(39);

상기 내통(39)의 내부에 결합되는 것으로서, 상기 탄성부재(19)의 상부에 이격공간(S)을 두고 설치되는 도넛 형태의 댐핑부재(21); 상기 댐핑부재(21)의 중심에 끼워져 결합되는 것으로서 하단이 상기 도상의 바닥면에 지지되는 센터포스트(41);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 탄성부재는 폴리우레탄이며, 상기 댐핑부재는 천연고무 또는 합성고무로 된 고감쇠고무일 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 서로 다른 탄성계수를 가지는 탄성부재와 댐핑부재가 복합적으로 이용되고 있으므로 전자는 스프링 역할을 하고 후자는 댐퍼 역할을 하게 된다. 따라서 외부의 진동을 부드럽게 완충하면서 흡수할 수 있는 능력이 향상된 철도궤도 설치구조가 제공된다. 본 발명에 의하면 댐핑부재가 전단변형을 겪으면서 진동을 감쇠시키기 때문에 감쇠효과가 탁월하게 된다. 이에 더 나아가 방진수단의 구조가 간단하며 소재가 폴리우레탄, 고감쇠고무 등이기 때문에 설치 및 유지보수에 소요되는 비용을 절감시킬 수 있게 된다.

도 1 내지 도 2는 종래의 철도 궤도의 설치구조를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 복합적 방진수단을 가지는 철도궤도의 설치구조를 나타내는 단면구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 복합적 방진수단의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 복합적 방진수단의 일부 절개된 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 복합적 방진수단의 작용을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 댐핑부재의 단면도이다.

이하, 첨부된 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다.

우선 도 3을 참조하면, 콘크리트로 성형된 판상의 궤도슬래브(1)가 철도 도상(3)에 안착 설치된다. 도상(3)에는 궤도슬래브(1)를 안착시키기 위한 슬래브 안착홈(5)이 마련될 수도 있다. 그러나 층고의 제한을 받지 않는 경우에는 슬래브 안착홈(3)이 없을 수 있다.

궤도슬래브(1)는 현장 밖에서 제조될 수 있으며 현장으로 운반된 다음 설치된다. 레일(7)을 설치하기 위한 레일안착부(9)가 궤도슬래브(1) 상면에 마련된다. 레일안착부(9)는 레일(7)의 설치형식에 따라 형태가 다를 수 있는데, 본 발명에 의하면 매립형 레일(7)을 설치하기 위하여 홈 형태로 마련되고 있다.

궤도슬래브(1)에는 곳곳에 수직방향으로 방진수단 설치공(11)이 마련된다. 방진수단 설치공(11)은 궤도슬래브(1)를 수직으로 관통하고 있으며 제작시 거푸집에 의해 마련될 수 있고 설치 현장에서 드릴링에 의해 마련될 수도 있다.

궤도슬래브(1)의 저면(15)이 도상(3)의 바닥면(17)으로부터 이격되게끔 궤도슬래브(1)와 도상(3) 사이에 방진수단(13)이 개입된다. 따라서 철도차량에서 전달되는 진동 및 충격은 궤도슬래브(1)를 통해 방진수단(13)으로 전달된다. 따라서 그 진동 및 충격은 크게 감쇠된 상태에서 도상(3)으로 전달되게 된다.

이하, 도 4 이하의 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명의 방진수단(13)은 탄성부재(19)와 댐핑부재(21)가 복합되어 있는 진동감쇠수단을 핵심으로 한다. 탄성부재(19)는 폴우레탄 소재로 되어 있는 것이 바람직하며, 중심에 수직방향으로 관통공(23)이 마련됨으로써 도넛 형태를 가진다. 댐핑부재(21)는 탄성부재(19)와 탄성특성이 다른 것으로서 고감쇠고무(또는 고감쇠고무)로 되어 있을 수 있다. 탄성특성이라 함은 탄성계수, 반발계수 등 외부로부터 전달되는 충격을 흡수하는 각종 물성을 일컫는다. 댐핑부재(21)는 진동을 저감시키는 것으로서 감쇠율(damping ratio 또는 attenuation factor)이 10%이상인 소재가 바람직하다. 여기서 폴리우레탄 소재라 함은 순수 폴리우레탄이 80% 이상을 차지하고 있는 소재를 말하므로 약간의 이종 소재가 포함되는 것을 배제하지는 아니한다.

고감쇠고무라 함은 탄성 중합체(elastomer)를 기본적으로 이용한 받침수단을 일컫는다. 탄성 중합체는 압력을 가하여 상당한 변형이 있는 후 그 압력을 제거하면 초기의 크기와 형상으로 복원되는 고분자 물질로서 여기에서는 고무 부품이나 고무 부품의 생산에 사용하는 복합 화합물을 말한다. 탄성 중합체는 신생 중합체로서 천연 고무(NR)나 합성고무(CR)일 수 있으며 다른 중합체가 5％ 이상 혼합되지 않는 것이 바람직하다. 고감쇠고무는 ISO 22762에 의거 설계 및 제조, 시험된 제품일 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 탄성부재(19)의 상면에는 상부지지판(25)이 얹힌다. 상부지지판(25)의 상면에는 복수 개의 외통고정볼트(29)를 체결할 수 있도록 원주방향을 따라 일정한 간격으로 볼트체결홈(27)이 마련될 수 있다. 상부지지판(25)은 폴리우레탄 또는 금속일 수도 있다. 탄성부재(19)에는 지면에 평행을 이루는 횡방향으로 1개 이상의 강판재(31)가 삽입(insert)될 수 있다. 강판재(31)는 탄성부재(19)의 강도를 높이기 위한 수단으로서 설계에 의해 개수가 조정될 수 있다.

횡판(33)의 중심에 볼트공(35)이 뚫린 외통(37)이 탄성부재(19)의 상면에 설치된다. 외통은 횡판(33) 및 원통 형상의 측판(34)으로 구성되며 금속 소재로 되어 있다. 도시된 바에 의하면 상부지지판(25)이 외통(37)과 탄성부재(19)의 사이에 개입된다. 외통고정볼트(29)는 외통의 볼트공(35)으로 인입되어 상부지지판(25)에 체결된다. 경우에 따라 탄성부재와 외통간의 간격을 조정하기 위하여 1개 또는 복수 개의 얇은 높이조절판(39)이 개입될 수 있다. 높이조절판(39)은 기계요소에 있어서의 와셔와 같은 기능을 하는 것으로서 미세하게 수평조절을 할 수 있도록 한다.

외통(37)의 내부에는 원통 형상의 내통(39)이 끼워져 고정되며, 탄성부재(19)의 상부에는 댐핑부재(21)가 이격공간(S)을 두고 설치된다. 내통(39)의 내부에는 댐핑부재(21)가 고정 설치된다. 댐핑부재(21)는 탄성부재(19)와 마찬가지로 중심에 세로방향으로 구멍이 뚫린 도넛 형태로 되어 있다.

그리고 댐핑부재(21)의 중심에는 센터포스트(41)가 끼워져 결합된다. 센터포스트(41)는 볼트와 유사한 형상을 가질 수 있다. 센터포스트(41)의 측벽에는 제1키부재(43)가 용접 등의 방법으로 고정될 수 있으며, 이 제1키부재(43)는 댐핑부재(21)와 센터포스트(41)의 견고한 결합을 위해 설치된다. 도시되 바에 의하면 제1키부재(43)는 링형태로 되어 있지만 반드시 이에 한정되지는 아니하며 다양한 형태가 가능하다.

내통(39)의 내벽에는 제2키부재(45)가 설치된다. 이로써 댐핑부재(21)와 내통(39)이 견고하게 결합될 수 있다. 댐핑부재(21), 내통(39) 및 센터포스트(41)는 일체형으로 이루어지는 것이 바람직하므로 인서트 성형 등의 방법으로 일체화되도록 할 수도 있다.

물론 내통(39), 댐핑부재(21) 및 센터포스트(41)는 서로 접착제에 의해 일체로 결합된다. 전술한 바와 같이 댐핑부재(21)는 진동을 감쇠시키는 작용을 하는 것으로서 고감쇠고무가 사용될 수 있다.

한편 센터포스트(41)는 댐핑부재(21)의 하방향으로 길게 연장되며, 탄성부재(19)의 관통공(23)을 통해 끼워져 받침판(47)까지 닿는다. 탄성부재(19)는 받침판(47) 위에 설치되며 서로 접착으로 고정될 수도 있다. 받침판(47)은 도상(3)의 바닥면(17) 위에 안착되며 금속 소재로 되어 있다. 받침판(47)의 중심에는 센터포스트(41)가 끼워지는 포스트결합홈(49)이 마련될 수 있다. 센터포스트(41)와 포스트결합홈(49)은 나사식으로 결합될 수 있다.

내통(39)과 외통(37)은 앵커볼트(51)에 의해 서로 일체로 결합된 상태에서 방진수단 설치공(11)의 측벽에 고정된다. 앵커볼트(51)는 원주방향을 따라 3 ~4 개가 일정한 간격으로 설치된다. 따라서 내통(39)과 외통(37)은 서로 일체가 되어 거동할 수 있게 된다.

위와 같은 구성에 의하면 탄성부재(19)와 댐핑부재(21)의 각각의 일측은 궤도슬래브(1)에 지지되고, 각각의 타측은 도상의 바닥면(17)에 지지되어 스프링 역할과 댐퍼의 역할을 독립적으로 수행하게 된다.

이하, 도 3 및 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 작용을 설명한다.

이와 같은 구성에 의하면, 레일(7)을 통해 전달되는 진동, 특히 수직방향으로의 진동은 앵커볼트(51)를 통해 외통(37)과 내통(39)에 동시에 전달된다. 외통(37)에 전달되는 진동은 탄성부재(19)에 수직하중을 발생시키며, 따라서 탄성부재로 하여금 수직방향으로 압축변형하면서 궤도슬래브(1)를 상하로 진동시키는 작용을 하게 된다.

한편 내통(39)으로 전달되는 수직하중은 댐핑부재(21)로 전달된다. 센터포스트(41)의 하단이 도상의 바닥면(17)에 지지되어 있음으로써, 댐핑부재(19)의 중심부는 도상의 바닥면(17)에 지지되게 된다. 또한 댐핑부재(19)의 가장자리는 앵커볼트(51)를 통해 궤도슬래브(1)에 연결된다. 즉 댐핑부재(19)는 중심부위가 도상의 바닥면(17)에 지지되고 가장자리부위는 궤도슬래브(1)에 지지된다.

따라서 수직으로 진동이 발생되는 경우 도 6의 일점쇄선 및 화살표(A)로 도시된 바와 같이 댐핑부재(21)가 수직방향의 전단력(shear force)을 받아 콘(cone)형태가 되도록 전단변경을 일으키게 된다. 본 실시예에서 댐핑부재(19)는 한쪽 끝이 고정되고 다른 끝은 받쳐지지 않은 상태로 되어 있는 캔틸레버(cantilever)보와 같은 작용을 하게 되며, 결과적으로 진동감쇠능력을 극대화시키게 된다.

본 발명에 있어서 탄성부재(19)와 댐핑부재(21)의 재질은 위에 언급된 바 있지만, 반드시 이에 한정되지는 아니하며 경비의 절감을 위해서 또는 향후 소재의 개발에 의해 기능적으로 향상된 소재가 대체될 수 있을 것이다.

또한 도 7에 도시된 바와 같응 구조에 의해 댐핑부재(21), 내통(39) 및 센터포스트(41)의 결합력을 더욱 공고히 할 수 있다. 내통(39)에는 도 4의 제2키부재(45)에 대응되는 기능을 위해 주름결합부(45')가 마련될 수 있다. 센터포스트(41)의 외주면에도 제1키부재(43)의 기능을 향상시키기 위한 세레이션(43')이 마련될 수 있다. 이들은 전체적으로 또는 부분적으로 인서트 성형에 의해 제작될 수 있다.

또한 댐핑부재(21)의 전단작용을 향상시키기 위하여 댐핑부재(21)의 상면 및/또는 하면에 도시된 것처럼 만곡홈(53)을 둘 수 있다.

위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다.

1 : 궤도슬래브 3 : 도상
5 : 슬래브 안착홈 7 : 레일
9 : 레일안착부 11 : 방진수단 설치공
13 : 방진수단 15 : (궤도슬래브의) 저면
17 : (도상의) 바닥면 19 : 탄성부재
21 : 댐핑부재 23 : 관통공
25 : 상부지지판 27 : 볼트체결홈
29 : 내통고정볼트 31 : 강판재
35 : 볼트공 37 : 외통
39 : 내통 41 : 센터포스트(center post)
43,45 : 제1,2키부재(key member) 47 : 받침판
49 : 포스트결합홈 51 : 앵커볼트
53 : 만곡홈

Claims

철도 도상에 안착 설치되는 것으로서, 상면에 레일안착부(9)가 마련되며, 곳곳에 수직방향으로 방진수단 설치공(11)이 마련되는 궤도슬래브(1); 상기 궤도슬래브(1)의 저면이 상기 도상의 바닥면(17)으로부터 이격되게끔 상기 궤도슬래브(1)와 상기 도상(3) 사이에 개입되는 방진수단(13)을 포함하되 상기 방진수단(13)은;
스프링 역할을 위한 탄성부재(19); 및 진동을 흡수하는 역할을 위한 댐핑부재(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 방진수단을 가지는 철도궤도 슬래브의 구조.
제1항에 있어서,
상기 탄성부재(19)와 상기 댐핑부재(21)의 각각의 일측은 상기 궤도슬래브(1)에 지지되고,
각각의 타측은 상기 도상의 바닥면(17)에 지지되는 것을 특징으로 하는 복합 방진수단을 가지는 철도궤도 슬래브의 구조.
철도 도상에 안착 설치되는 것으로서, 상면에 레일안착부(9)가 마련되며, 곳곳에 수직방향으로 방진수단 설치공(11)이 마련되는 궤도슬래브(1); 상기 궤도슬래브(1)의 저면이 상기 도상의 바닥면(17)으로부터 이격되게끔 상기 궤도슬래브(1)와 상기 도상(3) 사이에 개입되는 방진수단(13)을 포함하되 상기 방진수단(13)은;
중심에 수직방향으로 관통공(23)이 마련됨으로써 도넛 형태를 가지는 탄성부재(19); 상기 탄성부재(19)의 상면에 안착되는 상부지지판(25);
상기 탄성부재(19)의 상면에 설치되는 것으로서, 횡판(33)과 원통형 측판(34)으로 구성되되 상기 횡판(33)의 중심에 볼트공(35)이 뚫린 외통(37);
상기 외통(37)의 내부에 밀착하여 끼워져 상기 외통(37)에 결합되는 원통형 내통(39);
상기 내통(39)의 내부에 결합되는 것으로서, 상기 탄성부재(19)의 상부에 이격공간(S)을 두고 설치되는 도넛 형태의 댐핑부재(21);
상기 댐핑부재(21)의 중심에 끼워져 결합되는 것으로서 하단이 상기 도상의 바닥면에 지지되는 센터포스트(41);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 방진수단을 가지는 철도궤도 슬래브의 구조.
제3항에 있어서,
상기 외통(37)과 내통(39)은 상기 외통(37)과 내통(39)을 동시에 관통하고 상기 방진수단 설치공(11)의 측벽에 횡으로 고정되는 복수 개의 앵커볼트에 의해 상기 궤도슬래브에 고정되는 것을 특징으로 하는 복합 방진수단을 가지는 철도궤도 슬래브의 구조.
제3항에 있어서,
상기 탄성부재(19)의 저면에 받침판(47)이 설치되고; 상기 센터포스트(41)는 상기 받침판의 중심에 마련되는 포스트결합홈(49)에 결합되는 것을 특징으로 하는 복합 방진수단을 가지는 철도궤도 슬래브의 구조.
제3항에 있어서,
상기 탄성부재(19)에는 지면에 평행한 방향으로 1개 이상의 강판재(31)가 삽입(insert)되는 것을 특징으로 하는 복합 방진수단을 가지는 철도궤도 슬래브의 구조.
제1항 내지 제3항에 있어서,
상기 탄성부재(19)는 폴리우레탄이며, 상기 댐핑부재(21)는 천연고무 또는 합성고무로 된 고감쇠고무인 것을 특징으로 하는 복합 방진수단을 가지는 철도궤도 슬래브의 설치구조.