KR20190072208A - 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조 - Google Patents

철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차륜의 액슬박스에 구비되는 링크암이 대차프레임에 대하여 롤링(rolling)운동이 가능하도록 설치되어 철도차량이 급곡선이나 완화곡선과 같은 천이구간을 주행하는 경우 발생하는 차륜의 윤중감소율을 저감시킴으로써 철도차량의 주행 시 탈선안전도를 높일 수 있도록 하는 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조에 관한 것이다.
본 발명은 철도차량의 윤축에 구비되는 액슬박스의 일측으로 연장 형성되는 링크암과, 상기 링크암의 단부에 형성된 관통공에 결합되는 탄성조인트와, 상기 탄성조인트의 축 상하부에 구비되는 부쉬와, 상기 탄성조인트의 축 하부에 구비되는 부쉬를 커버하도록 구비되어 철도차량의 대차프레임에 고정 설치되는 하부프레임을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조 {Link arm type suspension equipment mounting structure of bogie for railway vehicle}
본 발명은 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차륜의 액슬박스에 구비되는 링크암이 대차프레임에 대하여 롤링(rolling)운동이 가능하도록 설치되어 철도차량이 급곡선이나 완화곡선과 같은 천이구간을 주행하는 경우 발생하는 차륜의 윤중감소율을 저감시킴으로써 철도차량의 주행 시 탈선안전도를 높일 수 있도록 하는 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량의 대차는 차체의 중량을 지지함과 동시에 각 차륜에 차체의 중량이 고르게 분포되도록 하고, 차체에 대하여 자유롭게 방향을 전환하여 철도차량의 주행을 원활하게 하는 장치에 관한 것으로, 대한민국 등록특허공보 제10-0657622호, 제10-0516033호 및 제10-1772606호 등을 통해 다양한 형태의 대차구조가 제안된 바 있다.
이러한 다양한 형태의 대차구조 중 종래의 링크암 방식 축상구조는 주로 고속 주행을 요하는 철도차량에 적용되고 있는데, 축상을 지지하는 링크암은 도 1에 도시한 바와 같이 탄성조인트에 의해 대차프레임에 고정 설치된다.
상기와 같이 링크암이 탄성조인트에 의해 전,후,상,하방향으로 구속되어 있어 탄성조인트를 중심으로 피칭회전운동만 가능하여, 윤축조립체와 대차 사이의 유연성이 저하되어 철도차량의 고속 주행시에는 안정적인 주행 특성을 나타내지만, 급곡선 구간이나 구배 변동이 심한 완화곡선과 같은 천이구간을 주행하는 경우에는 적응성이 저하되는 문제점이 있다.
한편, 도 2에 나타낸 바와 같이, 급곡선 또는 완화곡선의 진출 구간에서 외측 레일은 내측 레일에 비하여 캔트(cant)가 설정되어 있으며, 직선 구간과 접하는 구간까지 캔트가 체감되어 구배가 형성되는 천이구간이 된다.
철도차량이 이와 같은 천이구간을 통과하는 경우 주행방향의 전륜 외궤차륜이 부상하게 되어 레일과의 접지력이 저하되고, 나머지 3개 차륜에 비하여 윤중이 감소하는 윤중감소 현상이 발생하게 된다.
특히, 전술한 링크암 방식 축상구조를 갖는 철도차량이 천이구간을 주행할 때에는 대차프레임에 대한 윤축조립체의 롤링 운동이 극히 제한되므로 차륜과 레일 사이의 적응성이 저하되고, 그에 따라 차륜과 레일 사이의 접지력이 저하되는 윤중감소 현상이 심하게 나타나게 된다.
또한, 상기와 같은 윤중감소 현상이 나타나는 경우 윤중에 대한 횡압의 비로 정의되는 탈선계수 또한 높아지게 되어 탈선안전도가 저하되고, 그에 따라 철도차량의 안전운행에 문제가 발생될 수 있으며, 실제로 상기와 같은 요인으로 탈선사고가 국내외에서 발생되고 있는 실정이다.
한국등록실용신안 제20-0218053호 한국등록특허 제10-0831656호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 차륜의 액슬박스에 구비되는 링크암이 대차프레임에 대하여 롤링(rolling)운동이 가능하도록 설치되어 철도차량이 급곡선이나 완화곡선과 같은 천이구간을 주행하는 경우 발생하는 차륜의 윤중감소율을 저감시킴으로써 철도차량의 주행 시 탈선안전도를 높일 수 있도록 하는 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조를 제공하는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은; 철도차량의 윤축에 구비되는 액슬박스의 일측으로 연장 형성되는 링크암과, 상기 링크암의 단부에 형성된 관통공에 결합되는 탄성조인트와, 상기 탄성조인트의 축 상하부에 구비되는 부쉬와, 상기 탄성조인트의 축 하부를 커버하도록 구비되어 철도차량의 대차프레임에 고정 설치되는 하부프레임을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 탄성조인트는 원통형상으로 이루어져 상기 링크암의 관통공에 결합되는 탄성부재와, 상기 탄성부재의 양측으로 돌출 구비되는 사각바 형상의 축으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 부쉬는 탄성조인트의 축 상하부에 일체로 고정설치되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 하부브라켓은 "L"자 형상으로 수직부와 수평부로 이루어지며, 상기 수평부의 상부면에는 상기 부쉬가 안착되는 부쉬안착홈이 형성되고, 상기 수직부는 상기 탄성조인트의 축 단부를 밀착 지지하도록 하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 대차프레임에는 상기 탄성조인트를 고정 설치하기 위한 설치구가 구비되되, 상기 설치구는 중앙부에 상기 링크암 및 탄성조인트의 좌우측을 커버하도록 커버부가 형성되고, 상기 커버부의 내측 하단에는 상기 탄성조인트의 축 상부에 구비되는 부쉬가 삽입되어 고정되도록 삽입홈이 단턱지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 차륜의 액슬박스에 구비되는 링크암이 대차프레임에 대하여 롤링(rolling)운동이 가능하도록 설치되어 철도차량이 급곡선이나 완화곡선과 같은 천이구간을 주행하는 경우 발생하는 차륜의 윤중감소율을 저감시킴으로써 철도차량의 주행 시 탈선안전도를 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 객차 대차용 현가장치의 탄성 조인트 취부구조를 도시한 도면.
도 2는 철도차량의 천이구간 주행시 나타나는 윤중감소 현상을 설명하기 위한 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 철도차량용 링크암방식 축상지지장치의 설치구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조의 분리사시도.
도 5는 도 3의 A-A 단면도.
도 6은 종래 축상지지장치가 구비된 철도차량과 본 발명에 따른 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조가 적용된 철도차량의 천이구간 주행 시 전위 외궤차륜의 윤중을 해석한 도면.
도 7은 종래 축상지지장치가 구비된 철도차량과 본 발명에 따른 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조가 적용된 철도차량의 정적윤중에 대한 동적윤중차이의 비로 나타낸 윤중감소율 해석결과를 도시한 도면.
도 8은 종래 축상지지장치가 구비된 철도차량과 본 발명에 따른 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조가 적용된 철도차량의 천이구간 주행 시 전위 외궤차륜의 윤중감소율 빈도누적분포 해석결과를 도시한 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야한다.
도 3은 본 발명에 따른 철도차량용 링크암방식 축상지지장치의 설치구조를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조의 분리사시도이고, 도 5는 도 3의 A-A 단면도이고, 도 6은 종래 축상지지장치가 구비된 철도차량과 본 발명에 따른 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조가 적용된 철도차량의 천이구간 주행 시 전위 외궤차륜의 윤중을 해석한 도면이고, 도 7은 종래 축상지지장치가 구비된 철도차량과 본 발명에 따른 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조가 적용된 철도차량의 정적윤중에 대한 동적윤중차이의 비로 나타낸 윤중감소율 해석결과를 도시한 도면이며, 도 8은 종래 축상지지장치가 구비된 철도차량과 본 발명에 따른 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조가 적용된 철도차량의 천이구간 주행 시 전위 외궤차륜의 윤중감소율 빈도누적분포 해석결과를 도시한 도면이다.
본 발명은 윤축의 액슬박스에 구비되는 링크암이 대차프레임에 대하여 롤링(rolling)운동이 가능하도록 설치되어 철도차량이 급곡선이나 완화곡선과 같은 천이구간을 주행하는 경우 발생하는 차륜의 윤중감소율을 저감시킴으로써 철도차량의 주행 시 탈선안전도를 높일 수 있도록 하는 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조에 관한 것으로, 그 구성은 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 크게 철도차량의 윤축(10)에 구비되는 액슬박스(100)의 일측으로 연장 형성되는 링크암(110)과, 상기 링크암(110)의 일측에 결합되는 탄성조인트(120)와, 상기 탄성조인트(120)의 축(124) 상하부에 구비되는 부쉬(130)와, 상기 탄성조인트(120)의 하부를 커버하도록 구비되어 철도차량의 대차프레임(200)에 고정 설치되는 하부프레임(140)을 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 액슬박스(100)는 윤축(10)에 결합 설치되고, 대차프레임(200)과의 사이에 스프링 등의 현가장치가 구비되어 철도차량의 주행 시 윤축(10)에 가해지는 충격을 흡수하여 대차프레임(200)으로 전달되는 충격을 완화하게 된다.
또한, 상기 액슬박스(100)는 일측에 링크암(110)이 연장 형성되어 대차프레임(200)과 연결설치되게 되는데, 링크암(110)에 구비되는 탄성조인트(120)에 의해 대차프레임(200)과 연결 설치되게 된다.
여기서, 상기 링크암(110)은 단부에 좌우방향으로 관통되는 관통공(112)이 형성되며, 이 관통공(112)에 상기 탄성조인트(120)가 결합되게 된다.
그리고, 상기 탄성조인트(120)는 원통형상으로 이루어져 상기 링크암(110)의 관통공(112)에 결합되는 탄성부재(122)와, 상기 탄성부재(122)를 관통하여 양측으로 돌출 구비되는 축(124)으로 이루어진다.
또한, 상기 탄성조인트(120)의 축(124)은 사각바 형상으로 형성되어 철도차량의 주행 시 가해지는 힘이 축(124)의 상하로 정확하게 전달될 수 있도록 한다.
즉, 종래에는 탄성조인트의 축이 반원형태로 이루어져 철도차량의 주행 시 발생되는 힘이 축의 형태에 따라 방사상으로 고르게 분포되어 전달되었던데 비해, 본 발명에 따른 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조에 따른 탄성조인트(120)는 축(124)이 사각형으로 형성되어 철도차량의 주행 시 가해지는 힘이 상하방향으로 전달되게 되어 후술할 부쉬(130)에 작용하도록 한다.
한편, 상기 탄성조인트(120)의 축(124)의 상하부에는 부쉬(130)가 구비되는데, 상기 부쉬(130)는 탄성을 가지도록 고무, 합성수지 등으로 형성되는 것으로, 상기 탄성조인트(120)의 축(124)에 일체로 고정설치될 수도 있고, 별도로 구비되어 조립시 삽입하여 설치되도록 구성될 수도 있다.
또한, 상기 하부브라켓(140)은 상기 탄성조인트(120)의 축(124) 하부에 결합되어 부쉬(130) 및 탄성조인트(120)를 고정설치하는 역할을 하는 것으로, "L"자 형상으로 형성되어 수직부(142) 및 수평부(144)로 이루어지며, 상기 수평부(144)의 상부면에는 부쉬안착홈(144a)이 형성되어 상기 부쉬(130)가 안착되어 고정되게 되고, 상기 수직부(142)는 수평부(144)의 일측에서 상측으로 연장 형성되어 상기 탄성조인트(120)의 축(124) 단부를 밀착 지지하게 된다.
여기서, 상기 부쉬안착홈(144a)은 깊이가 부쉬(130)의 높이와 동일하게 형성되며, 상기 수직부(142)는 탄성조인트(120)의 축(124) 일부를 커버할 수 있는 높이로 형성된다.
그리고, 상기 하부브라켓(140)의 수평부(144)에는 볼트공(146)이 형성되어 볼트(148)에 의해 대차프레임(200)에 고정설치되게 된다.
한편, 상기 대차프레임(200)에는 상기 탄성조인트(120)가 고정 설치되는 설치구(210)가 형성되는데, 상기 설치구(210)는 중앙부에 상기 링크암(110) 및 탄성조인트(120)의 좌우측을 커버하도록 커버부(212)가 형성되고, 상기 커버부(212)의 내측 하단에는 상기 탄성조인트(120)의 축(124) 상부에 구비되는 부쉬(130)가 삽입되어 고정되도록 삽입홈(214)이 단턱지게 형성된다.
이때, 상기 삽입홈(214)은 부쉬(130)의 높이보다 깊게 형성되어 삽입홈(214)이 형성된 커버부(212) 외측이 탄성조인트(120)의 축(124) 단부 일부를 커버할 수 있도록 형성된다.
따라서, 상기 액슬박스(100)에 연장 형성되는 링크암(110)의 관통공(112)에 탄성조인트(120)를 결합하고, 탄성조인트(120)의 축(124) 상부 및 하부에 부쉬(130)가 구비되도록 하여 하부프레임(140)이 상기 탄성조인트(120)의 축(124) 하부에 구비되는 부쉬(130)의 하부를 커버하도록 볼트(148)에 의해 대차프레임(200)의 설치구(210)에 고정설치하여 링크암(110)을 대차프레임(200)에 연결 설치하게 되는 것이다.
이때, 상기 부쉬(130)는 상기 설치구(210)의 삽입홈(214) 및 하부프레임(140)의 부쉬안착홈(144a)에 위치되며, 설치구(210)의 커버부(212) 및 하부프레임(140)의 수직부(142)가 탄성조인트(120)의 축(124)의 단부를 커버하여 탄성조인트(120)를 링크암(110)에 고정 설치하게 된다.
상기와 같은 구성에 의한 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조의 작용관계에 대하여 설명하면 다음과 같다.
철도차량이 급곡선 완화곡선의 진출구간과 같은 천이구간을 운행하는 경우, 종래에는 도 2에 도시한 바와 같이 주행방향 전륜 외궤차륜이 부상하여 레일과의 접지력이 저하되고 윤중감소 현상이 발생하게 되어 탈선 사고 등 운행저해요인이 발생되는 문제점이 있었는데, 본 발명에 따른 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조가 적용된 철도차량은 탄성조인트(120)의 축(124) 상하부에 구비되는 부쉬(130)의 탄성에 의해 액슬박스(100)가 대차프레임(200)에 대하여 롤링 운동이 가능하게 되고, 그에 따라 천이구간 주행 시 각 윤축(10)이 상하방향으로 일부 운동이 가능하게 되어 차륜이 레일에 접지되도록 함으로써 윤중감소를 줄일 수 있어 철도차량의 운행안전성을 높일 수 있게 되는 것이다.
즉, 도 4에 도시한 바와 같이 천이구간 주행 시 전위 외궤차륜의 윤중을 해석한 그래프를 보면 종래 축상구조의 철도차량의 윤중은 천이구간에서 급격하게 윤중이 저하되는 것인데 비해, 본 발명에 따른 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조가 적용된 철도차량의 윤중은 급격한 변화가 없는 것을 알 수 있다.
또한, 도 5에 도시한 바와 같이 정적윤중에 대한 동적윤중차이의 비로 나타낸 윤중감소율 해석결과를 보면, 천이구간 주행 시 종래 축상구조 철도차량의 윤중감소율 최대값은 51.13%임에 비하여, 본 발명에 따른 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조가 적용된 철도차량의 윤중감소율 최대값은 12.35%로 현저히 저감되었다.
아울러, 도 6은 천이구간 주행 시 전위 외궤차륜의 윤중감소율 빈도누적분포 해석결과로, 종래 축상구조 철도차량의 윤중감소 분포가 한계치에 접근한 반면, 본 발명에 따른 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조가 적용된 철도차량의 윤중감소 분포는 한계치에 크게 못 미치는 안정된 윤중감소 분포를 보이고 있어 종래에 비해 각 차륜에 윤중이 고르게 분배되며, 보다 안정적으로 철도차량의 주행이 가능하다는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조에 의하면, 차륜의 액슬박스에 구비되는 링크암이 대차프레임에 대하여 롤링(rolling)운동이 가능하도록 설치되어 철도차량이 급곡선이나 완화곡선과 같은 천이구간을 주행하는 경우 발생하는 차륜의 윤중감소율이 저감시킴으로써 철도차량의 주행 시 탈선안전도를 높일 수 있도록 하는 장점을 갖는다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변형 실시가 가능한 것이다.
본 발명은 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차륜의 액슬박스에 구비되는 링크암이 대차프레임에 대하여 롤링(rolling)운동이 가능하도록 설치되어 철도차량이 급곡선이나 완화곡선과 같은 천이구간을 주행하는 경우 발생하는 차륜의 윤중감소율을 저감시킴으로써 철도차량의 주행 시 탈선안전도를 높일 수 있도록 하는 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조에 관한 것이다.
10: 윤축 100: 액슬박스
110: 링크암 112: 관통공
120: 탄성조인트 122: 탄성부재
124: 축 130: 부쉬
140: 하부프레임 142: 수직부
144: 수평부 144a: 부쉬안착홈
146: 볼트공 148: 볼트
200: 대차프레임 210: 설치구
212: 커버부 214: 삽입홈

Claims (5)

  1. 철도차량의 윤축에 구비되는 액슬박스의 일측으로 연장 형성되는 링크암과,
    상기 링크암의 단부에 형성된 관통공에 결합되는 탄성조인트와,
    상기 탄성조인트의 축 상하부에 구비되는 부쉬와,
    상기 탄성조인트의 축 하부를 커버하도록 구비되어 철도차량의 대차프레임에 고정 설치되는 하부프레임을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탄성조인트는 원통형상으로 이루어져 상기 링크암의 관통공에 결합되는 탄성부재와,
    상기 탄성부재의 양측으로 돌출 구비되는 사각바 형상의 축으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 부쉬는 탄성조인트의 축 상하부에 일체로 고정설치되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 하부브라켓은 "L"자 형상으로 수직부와 수평부로 이루어지며,
    상기 수평부의 상부면에는 상기 부쉬가 안착되는 부쉬안착홈이 형성되고,
    상기 수직부는 상기 탄성조인트의 축 단부를 밀착 지지하도록 하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 대차프레임에는 상기 탄성조인트를 고정 설치하기 위한 설치구가 구비되되,
    상기 설치구는 중앙부에 상기 링크암 및 탄성조인트의 좌우측을 커버하도록 커버부가 형성되고, 상기 커버부의 내측 하단에는 상기 탄성조인트의 축 상부에 구비되는 부쉬가 삽입되어 고정되도록 삽입홈이 단턱지게 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 링크암방식 축상지지장치 설치구조.
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