KR20170023289A - 수직 변위 흡수기능을 갖는 링크 암 현가장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 링크 암 현가장치에 관한 것으로, 특히 1차 현가장치를 구성하는 코일 스프링의 내측에 예압(pre-setting 또는 pre-stressed)된 탄성체를 구비하여 차량 간의 하중 차이로 인한 수직 변위(단차)를 흡수하도록 함으로써, 철도차량 간을 연결하는 연결기의 손상을 방지함은 물론 차량의 동적 거동 향상을 이루도록 하는 수직 변위 흡수기능을 갖는 링크 암 현가장치에 관한 것이다. 구성은 링크 암 현가장치로서, 스프링 캡의 밑면을 통해 고정되어 철도차량의 하중 가감에 연동하여 상, 하로 이동하는 스토퍼와; 스프링 받침판을 통해 고정되어 상기 스토퍼의 하강 동작에 의해 스토퍼와 접촉되면서 철도차량 간의 수직 변위를 흡수하도록 상 방향으로 밀어올리는 압축 변형에 의한 에너지를 축적하는 예압 탄성체; 를 포함하여 이루어진다.

Description

수직 변위 흡수기능을 갖는 링크 암 현가장치{A link arm suspension has vertical displacement absorptive function}

본 발명은 링크 암 현가장치에 관한 것으로, 특히 1차 현가장치를 구성하는 코일 스프링의 내측에 예압(pre-setting 또는 pre-stressed)된 탄성체를 구비하여 차량 간의 하중 차이로 인한 수직 변위(단차)를 흡수하도록 함으로써, 철도차량 간을 연결하는 연결기의 손상을 방지함은 물론 차량의 동적 거동 향상을 이루도록 하는 수직 변위 흡수기능을 갖는 링크 암 현가장치에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량에는 대차 프레임(bogie frame)에 차륜과 스프링을 고정하여 차체의 중량을 지지함과 동시에 차륜의 상, 하 진동을 완화하여 노면의 진동이 직접 차체에 닿지 않도록 하는 완충장치인 현가장치(Suspension)가 설치된다.

또, 철도차량은 승객을 탑승시키는 객차와 화물을 적재, 이송하는 화물차로 구분되어 있다.

그리고, 상기 화물차의 수직 하중은 대차의 1차 현가장치에서 하중을 부담하는데 일반적으로 링크 암 타입을 사용하고 있다.

이러한 링크 암 타입의 현가장치는 수직 하중의 증감에 따라 수직 변위도 증감하는 선형적인 특징을 가지고 있다.

한편, 최근에는 화물의 운송량이 많아짐으로 인하여 화물차량을 일반 객차와 연결하여 운행하고자 하는 노력이 진행되고 있다.

이때, 화물의 중량은 승객의 중량 대비, 약 2배 이상 차이가 나기 때문에 화물을 적재하지 않은 상태와 화물을 적재한 상태의 스프링 변화량(변위)은 매우 크다.

그러나, 종래의 링크 암 현가장치는, 화물차와 객차를 연결, 편성하게 되면 화물의 하중에 의해 화물차와 객차 간에 스프링 변위가 매우 크게 발생하여 차량 간에 수직 단차가 유발되어 각 차량 간을 이어주는 연결기의 손상을 유발하고, 철도차량의 안전운행에 지장을 초래하는 문제점이 있었다.

또한, 화물차와 객차 간에 발생하는 수직 단차로 인해 차량마다 동적 수직 변화량이 달라 차량의 동적 거동에 나쁜 영향을 끼쳐 승차감을 떨어뜨림과 동시에 정차역의 승강장 높이 차이를 발생시켜 승, 하차를 어렵게 하는 등의 문제점이 있다.

공개번호 10-2014-0081298

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 각 차량의 중량 차이로 인해 발생하는 차량 간의 수직 변위가 흡수되도록 함으로써, 각 차량을 이어주는 연결기의 손상을 예방하고, 차량의 동적 거동 저하를 방지하는 수직 변위 흡수기능을 갖는 링크 암 현가장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 링크 암 현가장치로서, 스프링 캡의 밑면을 통해 고정되어 철도차량의 하중 가감에 연동하여 상, 하로 이동하는 스토퍼와; 스프링 받침판을 통해 고정되어 상기 스토퍼의 하강 동작에 의해 스토퍼와 접촉되면서 철도차량 간의 수직 변위를 흡수하도록 상 방향으로 밀어올리는 압축 변형에 의한 에너지를 축적하는 예압 탄성체; 를 포함하여 이루어진다.

상기 스토퍼는 원기둥, 사각기둥, 타원기둥과 같이 형성되고, 하단 면은 상기 예압 탄성체의 상면과 바른 접촉을 이룰 수 있도록 예압 탄성체의 상면에 대응하는 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 스토퍼는 예압 탄성체와 간격을 두고 위치하게 되면 통상적인 링크 암 현가장치와 동일한 선형 특성의 완충 작용을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 스토퍼는 예압 탄성체와 접촉하게 되면 예압 탄성체의 압축 에너지에 의해 강성이 증가된 선형 특성을 형성하여 하중을 상(上) 방향으로 밀어올려 하중을 상쇄시키는 것을 특징으로 한다.

상기 예압 탄성체는 합성 고무를 이용하여 몸체와 날개로 이루어지는 고무 스프링인 것을 특징으로 한다.

상기 날개의 중간에는 금속 보강재가 복수 개 형성되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 차량 간의 하중 차이로 인한 수직 변위를 흡수하는 예압(pre-setting 또는 pre-stressed)된 탄성체를 통해 차량 간의 높이 차이를 해소함으로써, 연결기의 손상을 방지하여 안전성 향상을 이루고, 승차감 저하를 예방하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 차량 간의 높이 차이 해소로 각 차량의 동적 거동 향상을 이루고, 정차역의 승강장 높이 차이를 없애 승, 하차를 용이하게 하는 등의 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 링크 암 현가장치의 요부 분해 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 결합 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 예압 탄성체의 예압 전과 후의 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 요부단면 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 링크 암 현가장치를 철도차량의 대차 프레임과 차륜을 통해 설치한 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 링크 암 현가장치의 상부로 하중이 가해져 스토퍼와 예압 탄성체가 접촉되는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 링크 암 현가장치의 상부로 하중이 가해지는 대차 프레임의 전체 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 링크 암 현가장치의 특성 선도(하중-변위)를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 수직 변위흡수기능을 갖는 링크 암 현가장치의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

도 1 내지, 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 링크 암 현가장치(100)는 스토퍼(stopper)(110)와 예압(pre-setting 또는 prestressed) 탄성체(120)로 대별되어 이루어진다.

상기 스토퍼(110)는 스프링 캡(130)의 밑면을 통해 고정되어 철도차량의 하중 가감에 연동하여 상, 하로 이동하면서 상기 예압 탄성체(120)와 접촉되거나 분리되는 역할을 한다.

예컨대, 상기 철도차량에 화물이 적재되지 않은 상태에서는 외부 스프링(150)과 내부 스프링(160)에 의해 대차 프레임(210)이 탄성 지지 되면서 상기 스토퍼(110)가 예압 탄성체(120)로부터 상승, 분리되어 d 만큼 간격을 형성하여 통상적인 링크 암 현가장치의 기능을 구현하여 차체의 중량을 지지함과 동시에 차륜의 상, 하 진동을 완화하여 노면의 진동이 직접 차체에 닿지 않도록 완충 역할을 하게 된다.

반대로, 상기 철도차량에 화물이 적재되면 하중이 증가하면서 대차 프레임(210) 및 스프링 캡(130)과 함께 상기 스토퍼(110)가 하강하여 스토퍼(110)와 예압 탄성체(120)사이에 형성된 d 만큼의 간격이 없어지도록 예압 탄성체(120)와 접촉된다.

이때, 상기 예압 탄성체(120)는 외부 스프링(150) 및 내부 스프링(160)의 탄성 지지력과 함께 예압된 압축 에너지가 하중을 상(上) 방향으로 밀어올리도록 탄성 작용하므로 하중을 상쇄시켜 차량 간의 수직 변위를 흡수하게 된다.

또, 상기 스토퍼(110)는 스프링 캡(130)의 중앙부분에 일체를 이루도록 형성되거나 탈부착 가능하도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 스토퍼(110)는 일정한 길이의 원기둥, 사각기둥, 타원기둥 등과 같이 다양한 형태로 형성되고, 하단 면은 상기 예압 탄성체(120)의 상면과 바른 접촉을 이룰 수 있는 평탄면이나 요면 또는 요철면으로 형성될 수 있다.

즉, 상기 예압 탄성체(120)의 상면 형태에 대응하도록 평탄면이나 요면 또는 요철면으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 예압 탄성체(120)는, 스프링 받침판(140)을 통해 고정되어 상기 스토퍼(110)의 하강 동작에 의해 스토퍼(110)와 접촉되면서 철도차량 간의 수직 변위를 흡수하도록 상 방향으로 밀어올리는 압축 변형에 의한 에너지를 축적하도록 구성된다.

여기서, 상기 예압 탄성체(120)는 프리세팅(pre-setting : 예압(像壓)을 가하거나 사전처리를 하는 것을 말하나, 특별히 스프링에 하중을 가하여 어느 정도의 영구 변형을 일으키게 함으로써 스프링의 탄성 한도(彈性限度)를 높이는 조작을 말한다) 또는 프리스트레스트(prestressed : 압축 응력을 받은)로 압축 변형에 의한 에너지를 축적하도록 구성된다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 예압 탄성체(120)는 프리세팅 또는 프리스트레스트 전에는 전체 전장이 높게 형성되나, 프리세팅이나 프리스트레스트 후에는 압축 변형에 의해 압축 탄성 에너지를 축적하도록 전체 전장이 낮게 형성된다.

이에 따라, 철도차량에 화물의 적재 등으로 인해 하중이 가해지게 되면 상기 스토퍼(110)가 하강하여 예압 탄성체(120)와 접촉되고, 예압 탄성체(120)는 예압된 압축 에너지에 의해 하중을 상(上) 방향으로 밀어올려 하중을 상쇄시키게 되어 하중에 의한 수직 변위를 흡수하게 된다.

또, 상기 예압 탄성체(120)는 물체의 탄성, 또는 변형에 의한 에너지의 축적을 이용하여 하중에 의한 수직 변위를 흡수하도록 합성 고무를 이용하여 몸체(121)와 날개(122)로 이루어지는 고무 스프링으로 구성된다.

또한, 상기 스프링 받침판(140)은 외부 스프링 받침판(141)과 내부 스프링 받침판(142)으로 이루어진다.

즉, 상기 외부 스프링 받침판(141)은 외부 스프링(150)의 밑면을 받침지지 하고, 상기 내부 스프링 받침판(142)은 내부 스프링(160)의 밑면을 받침지지 한다.

그리고, 상기 내부 스프링 받침판(142)은 내부에 상기 예압 탄성체(120)를 수용하고 상면 중앙으로는 예압 탄성체(120)의 몸체(121)가 수용되도록 결합 홀(142a)이 형성된다.

이에 따라, 별도의 공간을 확보하지 않고도 예압 탄성체(120)의 설치를 원활하게 이룰 수 있다.

또, 상기 몸체(121)의 중앙에는 흔들림이나 이탈을 방지하기 위한 고정 홀(121a)이 형성된다.

이와 같은 구성의 본 발명에 따른 현가장치(100)는 대차 프레임(210)의 양 측부 장착된다.

즉, 상기 대차 프레임(210)의 양측에 밑면 중앙으로 스토퍼(110)가 형성된 스프링 캡(130)이 일체를 이루도록 설치된다.

그리고, 상기 스프링 캡(130)과 대향 하는 하부에는 차륜(220)의 액슬박스 축(221)을 통해 외부 스프링 받침판(141)과 내부 스프링 받침판(142)으로 이루어지는 스프링 받침판(140)이 설치된다.

이때, 상기 예압 탄성체(120)는, 상기 몸체(121)의 고정 홀(121a)과 외부 스프링 받침판(141)의 체결 홀(141a)을 관통하는 볼트(171)와 상기 볼트(171)와 체결되는 너트(172)를 통해 고정됨으로써 상기 예압 탄성체(120)의 흔들림이나 이탈이 방지되도록 한다.

이에 따라, 상기 철도차량에 하중이 가해질 경우, 예압 탄성체(120)의 견고한 고정 상태로 인해 상기 스토퍼(110)와 긴밀한 접촉을 이룰 수 있어 수직 변위를 더욱더 확실하게 흡수할 수 있는 것이다.

또, 상기 외부 스프링(150)과 내부 스프링(160)의 밑면은 외부 스프링 받침판(141)과 내부 스프링 받침판(142)에 지지 되고, 외부 스프링(150)과 내부 스프링(160)의 윗면은 상기 스프링 캡(130)의 밑면을 통해 지지 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 링크 암 현가장치가 설치된 철도차량에 화물을 적재하지 않은 상태에서 운행을 하게 되면 대차 프레임(210)은 외부 스프링(150)과 내부 스프링(160)에 의해 탄성 지지 된다.

이때, 상기 스토퍼(110)는 예압 탄성체(120)와 d 만큼 간격을 두고 위치하게 되면서 상기 외부 스프링(150)과 내부 스프링(160)에 의해 통상적인 링크 암 현가장치와 동일한 선형 특성의 완충 작용을 형성하게 되면서 차체의 중량을 지지함과 동시에 차륜(220)의 상, 하 진동을 완화하여 노면의 진동이 직접 차체에 닿지 않도록 동작한다.

그리고, 철도차량에 화물을 적재하게 되면 화물의 하중에 의해 대차 프레임(210)과 상기 스프링 캡(130)이 외부 스프링(150)과 내부 스프링(160)의 탄성 지지력을 누르고 하강하게 되고, 이와 동시에 상기 스프링 캡(130)에 형성된 상기 스토퍼(110)도 하강하여 상기 예압 탄성체(120)와 접촉하게 된다.

이때, 상기 스토퍼(110)와 예압 탄성체(120) 사이에 형성된 d 만큼의 간격이 없어지고 상기 외부 스프링(150)과 내부 스프링(160)의 탄성 지지력과 예압 탄성체(120)의 압축 에너지에 의해 강성이 증가된 선형 특성을 형성하여 하중을 상(上) 방향으로 밀어올려 하중을 상쇄시킴으로써, 하중에 의한 수직 변위와 단차를 흡수하게 된다.

이에 따라, 차량과 차량의 높이 차이를 해소하여 차량을 이어주는 연결기의 손상을 방지하고, 안전성 향상을 이룰 수 있다.

또, 차량과 차량의 높이 차이를 해소함으로써, 각 차량의 동적 거동 향상을 이루어 승차감 저하를 예방하며, 정차역의 승강장 높이 차이를 없애 승, 하차를 용이하게 할 수 있다.

한편, 도 9는 본 발명에 따른 예압 탄성체의 다른 실시 예를 나타낸 요부 단면도로서, 이는 고무로 이루어지는 상기 날개(122)의 중간에 금속 보강재(122a)를 복수개 형성함으로써, 하중 부여시 하중 압을 분산시키기 때문에 철도차량의 수직 변위 흡수력을 배가하고, 날개(122)의 영구변형을 최소화시킴은 물론 내구성을 향상시킬 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시 예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

100 : 링크 암 현가장치 110 : 스토퍼(stopper)
120 : 예압 탄성체 121 : 몸체
121a : 체결 홀 122 : 날개
122a : 금속 보강재 130 : 스프링 캡
140 : 스프링 받침판 141 : 외부 스프링 받침판
141a : 체결 홀 142 : 내부 스프링 받침판
150 : 외부 스프링 160 : 내부 스프링
171 : 볼트 172 : 너트
210 : 대차 프레임 220 : 차륜
221 : 액슬박스 축

Claims (6)

1. 링크 암 현가장치로서,
   스프링 캡의 밑면을 통해 고정되어 철도차량의 하중 가감에 연동하여 상, 하로 이동하는 스토퍼와;
   스프링 받침판을 통해 고정되어 상기 스토퍼의 하강 동작에 의해 스토퍼와 접촉되면서 철도차량 간의 수직 변위를 흡수하도록 상 방향으로 밀어올리는 압축 변형에 의한 에너지를 축적하는 예압 탄성체; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직 변위 흡수기능을 갖는 링크 암 현가장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 스토퍼는 원기둥, 사각기둥, 타원기둥과 같이 형성되고, 하단 면은 상기 예압 탄성체의 상면과 바른 접촉을 이룰 수 있도록 예압 탄성체의 상면에 대응하는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 수직 변위 흡수기능을 갖는 링크 암 현가장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 스토퍼는 예압 탄성체와 간격을 두고 위치하게 되면 통상적인 링크 암 현가장치와 동일한 선형 특성의 완충 작용을 형성하는 것을 특징으로 하는 수직 변위 흡수기능을 갖는 링크 암 현가장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 스토퍼는 예압 탄성체와 접촉하게 되면 예압 탄성체의 압축 에너지에 의해 강성이 증가된 선형 특성을 형성하여 하중을 상(上) 방향으로 밀어올려 하중을 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 수직 변위 흡수기능을 갖는 링크 암 현가장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 예압 탄성체는 합성 고무를 이용하여 몸체와 날개로 이루어지는 고무 스프링인 것을 특징으로 하는 수직 변위 흡수기능을 갖는 링크 암 현가장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 날개의 중간에는 금속 보강재가 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 수직 변위 흡수기능을 갖는 링크 암 현가장치.

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