KR20190083909A - 고속주행지지용 숄더 및 이를 구비한 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성 레일체결장치 - Google Patents

Abstract

본 개시내용은 침목 내에 침목의 길이방향과 레일의 길이방향으로 안정적으로 매립고정되어 레일차량의 고속주행에 따른 작용력에도 불구하고 체결공에 체결고정된 레일체결클립이 보다 안정적으로 지지될 수 있도록 하는 고속주행지지용 숄더에 관한 것이다. 본 개시내용의 일 실시예에 따른 고속주행지지용 숄더는, 침목에 매립고정되어 철도레일의 양측에 위치되고 상측에는 체결공이 형성되는 숄더에 있어서, 상기 침목에 매립고정되는 하측에 상기 철도레일의 길이방향으로 돌출형성되어 상기 침목의 길이방향에 따른 작용력을 지지하는 제 1 지지돌기와, 상기 침목에 매립고정되는 하측에 상기 침목의 길이방향으로 돌출형성되어 상기 철도레일의 길이방향에 따른 작용력을 지지하는 제 2 지지돌기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 개시내용은 고탄성 레일패드와 상대적으로 큰 진폭을 갖도록 개량된 레일체결클립의 적용을 통해 일반철도의 자갈도상궤도의 전체 궤도강성을 고속주행에 알맞게 고탄성화한 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치에 관한 것이다.
본 개시내용의 일 실시예에 따른 철도차량의 고속화를 고려한 자갈도상궤도용 탄성레일체결장치는, 자갈도상궤도의 침목과 철도레일 사이에 개재되는 고탄성 레일패드와, 상기 철도레일의 하측 상부면에 안착 설치되는 절연블럭과, 전술한 고속주행지지용 숄더와, 상기 고속주행지지용 숄더의 체결공에 일측이 체결되고 타측은 상기 절연블럭을 가압하여 상기 철도레일을 상기 침목 상에 고정시키는 레일고정클립과, 상기 철도레일의 중앙부에 체결고정되고 하부면은 상기 철도레일의 레일풋의 상부면을 가압지지하는 레일지지부재를 포함하며, 상기 레일고정클립은 상기 고속주행지지용 숄더의 체결공에 끼워져 결합되도록 직선형으로 형성되는 끼움결합부와, 상기 끼움결합부에 이어지는 1차 만곡부와, 상기 1차 만곡부에 이어지는 연결부와, 상기 연결부에 이어지며 상방으로 경사지게 만곡형성되는 2차 만곡부와, 상기 2차 만곡부에 이어지는 토우와, 상기 2차만곡부의 끝단부측과 상기 토우의 저면에 걸쳐 형성되는 가압지지면을 포함하되, 상기 레일고정클립은 진폭의 증대를 위해, 일단으로부터 타단까지의 종방향 길이가 104.0mm에서 114.0mm±1.5로 증가되고, 상기 1차 만곡부의 곡률반경은 9.75mm에서 11.25mm로 증가되며, 상기 2차 만곡부의 시작점으로부터 상기 2차 만곡부의 폭 중앙지점까지 해당하는 제 1 구간의 길이가 71.4mm±1.5이고 상기 2차 만곡부의 폭 중앙지점으로부터 상기 2차 만곡부의 끝점까지 해당하는 제 2 구간의 길이가 113.0mm±1.5로 형성된다.

Description

고속주행지지용 숄더 및 이를 구비한 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성 레일체결장치{SHOULDER FOR HIGH SPEED TRAVELLING AND HIGH ELASTICITY RAIL FASTENING APPARATUS FOR BALLAST TRACK FOR HIGH SPEED TRAVELLING OF RAIL VEHICLE WITH THE SHOULDER}

본 개시내용은 침목에 매립고정되어 레일고정클립이 체결되도록 하는 숄더와, 이를 통해 철도차량의 주행을 위한 철도레일을 침목에 견고히 고정시키는 레일체결장치에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 식별항목에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 식별항목에 기재된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

일반적으로 도상궤도(bed track)는 철도차량을 탈선의 위험없이 안전하게 안내하며 철도차량으로부터 가해지는 힘(하중)을 수직 및 수평방향으로 흡수하여 궤광과 도상층을 거쳐 노반으로 분산시키는 역할을 한다.

철도차량으로부터 도상궤도로 전달되는 힘(하중)은 철도차량의 1쌍의 차륜이 레일면에 미치는 축중(軸重), 궤도의 곡선부 또는 철도차량의 부등 재하로 인한 동적 윤중변동(輪重變動, wheel load variation), 시동 또는 제동 하중, 궤도 이상과 차륜의 진원 오차 등에 따라 달라진다. 도상궤도는 전술한 하중이 장기간 지속적으로 가해짐에 의해 파괴되고 보수를 반복하면서 유지된다.

도상궤도는 철도차량의 하중을 지지하고 충격을 흡수하는 탄성 특성도 가지면서 궤도 틀림(irregularity)를 유발하는 소성특성도 가진다. 고탄성 궤도일수록, 즉 궤도의 수직 강성이 낮을수록 충격흡수능력이 증가함에 따라 소성 변형에 따른 궤도틀림 진행을 억제할 수 있다.

도상궤도의 유지보수 비용은 궤도틀림 진행에 따른 보수 주기와 관계되는데, 이러한 유지보수 비용을 절감하기 위해서는 충분한 지지력을 갖는 노반 구축이 절대적으로 필요하며, 동적차륜 힘(하중)을 경감시킬 수 있도록 도상궤도의 고탄성화가 필요하다.

또한 최근 일반철도 분야에서도 지속적인 속도향상의 요구에 따라 150m/h의 속도를 250km/h 속도로 고속화하는 사업이 추진되고 있다. 속도 향상과 더불어, 침목과 레일의 중량화, 선형 개량(직선화, 급곡선 개량, 캔트 강화 등), 장대레일화 개량공사 등이 일반적인 방안으로 제시되고 있지만, 철도차량의 고속 주행에 따른 궤도 충격을 저감하는 근본적인 대책이 되기 어렵다.

이에 따라 철도차량의 고속주행에 따른 도상궤도의 충격력 상승과 피로하중 누적에 기인한 궤도부재의 파손과 도상파괴를 감소시키기 위한 연구가 진행된 결과, 최적 방안으로 도상궤도의 고탄성화가 제시되었다.

또한 레일체결장치는 철도레일을 침목에 부착하여 정착(定着)시키는 것으로, 철도차량의 주행에 따라 철도레일로부터 가해지는 힘을 침목에 전달하고 궤간을 유지하는 역할을 한다.

이러한 레일체결장치의 일 예로 대한민국 특허공개 제10-2002-0092132호(2002.12.11. 공개)에는 침목에 고정되는 고정프레임의 상부면 중앙부 가로방향으로는 상부지지턱이 대칭형성되는 고정부가 돌출형성되고, 이 고정부의 일측으로는 측면지지턱이 돌출형성되는 숄더와, 상기 숄더의 고정부가 내측으로 수용된 상태에서 상부지지턱에 지지고정되도록 끝단부가 근접된 위치에 대칭형성되며, 상기 끝단부로부터 각각 연장되는 만곡부는 상기 측면지지턱에 지지고정되고, 직선형태의 전방부는 레일풋(RAIL FOOT)을 가압고정하도록 절곡형성되는 체결스프링과, 상기 체결스프링과 레일풋(RAIL FOOT)의 사이에 위치되는 절연블럭으로 이루어지는 탄성레일체결장치가 개시된다.

또한 대한민국 특허공개 제10-2007-0025013호(2007.03.08. 공개)에는 침목의 상면과 레일풋의 저면 사이에 삽입되는 레일패드와, 상기 레일풋의 상면에 설치되는 절연블럭과, 상기 절연블럭의 상면을 가압하는 직선형의 전방부, 탄성력을 제공하도록 대칭으로 형성된 끝단부 및 상기 끝단부로부터 연장되어 상기 전방부와 연결되는 곡선형의 만곡부가 일체로 형성된 스프링클립과, 상기 레일패드와 절연블럭과 접촉하면서 침목에 매립되고, 상기 스프링클립의 만곡부가 고정 또는 슬라이딩되는 고정프레임이 형성된 숄더로 구성되는 탄성레일체결장치가 개시된다.

이러한 레일체결장치는 철도레일로부터 가해지는 수직력, 수평력, 종방향력을 침목에 안전하게 전달하여 침목과 노반에 가해지는 충격을 최대한 완화시켜 유지보수 비용을 최소로 절감할 수 있어야 한다. 또한 레일체결장치는 침목에 찰상손상, 진동충격 및 마찰에 의한 마모가 발생되지 않도록 충격 하중을 경감시킬 수 있어야 하며 장기간의 사용수명이 보장되도록 충분한 탄성과 피로저항을 가져야 한다.

도상궤도 중에서 상당한 부분을 차지하는 자갈도상궤도의 강성은 일반철도의 경우 약 230kN/mm이고, 고속철도의 경우 109kN/mm이다.

자갈도상궤도에 사용되는 레일체결장치는 일반철도의 경우 2.4m PC침목에 5mm 두께의 정적강성 200 내지 400kN/mm인 TPU(열가소성 폴리우레탄, thermoplastic polyurethane), EVA(에틸렌초산비닐 공중합체, ethylene-vinyl acetate copolymer), 또는 HDPE(고밀도 폴리에틸렌, high density polyethylene) 재질의 저탄성 레일패드와 e클립형 레일체결클립이 적용되고, 고속철도의 경우 2.6m PC침목에 10mm 두께의 정적강성 100kN/mm인 고무 재질의 탄성레일패드와 e클립형 레일체결클립이 적용된다.

또한 일반철도용 자갈도상궤도에 적용되는 저탄성 레일패드는 ±0.5mm 정도의 상대적으로 작은 처짐만 가능하므로, 상대적으로 작은 진폭(±0.5mm 정도)을 가지는 종래의 레일체결클립(E-클립)의 체결을 통해 철도레일로부터 가해지는 힘을 충분히 지지할 수 있다.

그러나 자갈도상궤도가 150km/h 내지 350km/h의 고속철도차량의 주행을 지지하기 위해서는 고속주행에 의해 증가되는 충격하중을 감소시켜야만 하고, 이를 위해 고탄성 레일패드가 필수적으로 적용되어야만 한다.

또한 고탄성 레일패드의 경우에는 ±1.0mm의 상대적으로 큰 처짐이 발생되므로, 고탄성 레일패드의 처짐을 흡수하기 위해서는 상대적으로 큰 진폭(±1.0mm 이상)을 갖도록 개량된 레일체결클립의 적용이 필수적이다.

그러나 일반철도용 자갈도상궤도와 고속철도용 자갈도상궤도 모두 동일한 e클립형 레일체결클립이 적용되지만, 레일패드의 강성과 두께 차이로 PC침목의 숄더가 다르므로 양 자갈도상궤도간 PC침목의 상호 호환이 불가능하다.

일반철도의 고속화를 위해 고탄성 레일패드를 적용하고자 할 경우 PC 침목까지 함께 교체되어야 하므로 장기간의 시공과 상당한 비용이 소요되는 문제점이 있다.

전술한 문제점을 해소하기 위한 방안으로 본 출원인이 출원한 바 있는 대한민국 특허등록 제10-1721049호(2017.03.29. 공고)에는 자갈도상궤도의 침목과 철도레일 사이에 개재되는 고탄성 레일패드와, 상기 철도레일의 하측 상부면에 안착 설치되는 절연블럭과, 상기 침목에 매립고정되어 상기 철도레일의 양측에 위치되고 상측에는 체결공이 형성되는 숄더와, 상기 숄더의 체결공에 일측이 체결되고 타측은 상기 절연블럭을 가압하여 상기 철도레일을 상기 침목 상에 고정시키는 레일고정클립을 포함하며, 상기 레일고정클립은 상기 숄더의 체결공에 끼워져 결합되도록 직선형으로 형성되는 끼움결합부와, 상기 끼움결합부에 이어지는 1차 만곡부와, 상기 1차 만곡부에 이어지는 연결부와, 상기 연결부에 이어지며 상방으로 경사지게 만곡형성되는 2차 만곡부와, 상기 2차 만곡부에 이어지는 토우와, 상기 2차만곡부의 끝단부측과 상기 토우의 저면에 걸쳐 형성되는 가압지지면을 포함하는 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치가 개시된다.

그러나 전술한 바와 같은 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치의 경우에는 고탄성 레일패드와 상대적으로 큰 진폭을 갖도록 개량된 레일체결클립의 적용을 통해 일반철도의 자갈도상궤도의 전체 궤도강성을 최소의 비용으로 고속주행에 알맞게 고탄성화하는 것에만 촛점이 맞춰져 있을 뿐, 레일체결클립과 레일을 보다 안정적으로 지지하는 것까지 고려되어 있지 않는 문제점이 있다.

침목 내에 침목의 길이방향과 레일의 길이방향으로 안정적으로 매립고정되어 레일차량의 고속주행에 따른 작용력에도 불구하고 체결공에 체결고정된 레일체결클립이 보다 안정적으로 지지될 수 있도록 하는 고속주행지지용 숄더를 제공하는 것과 관련된다.

고탄성 레일패드와 상대적으로 큰 진폭을 갖도록 개량된 레일체결클립의 적용을 통해 일반철도의 자갈도상궤도의 전체 궤도강성을 고속주행에 알맞게 고탄성화한 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치를 제공하는 것과 관련된다.

또한 철도차량의 고속주행에도 불구하고 철도레일이 보다 더 안정적으로 지지될 수 있도록 한 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치를 제공하는 것과 관련된다.

또한 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.

본 개시내용의 일 실시예에 따르면, 침목에 매립고정되어 철도레일의 양측에 위치되고 상측에는 체결공이 형성되는 숄더에 있어서, 상기 침목에 매립고정되는 하측에 상기 철도레일의 길이방향으로 돌출형성되어 상기 침목의 길이방향에 따른 작용력을 지지하는 제 1 지지돌기와, 상기 침목에 매립고정되는 하측에 상기 침목의 길이방향으로 돌출형성되어 상기 철도레일의 길이방향에 따른 작용력을 지지하는 제 2 지지돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속주행지지용 숄더가 제공된다.

본 개시내용의 일 실시예에 따르면, 자갈 도상궤도의 침목과 철도레일 사이에 개재되는 고탄성 레일패드와, 상기 철도레일의 하측 상부면에 안착 설치되는 절연블럭과, 전술한 고속주행지지용 숄더와, 상기 고속주행지지용 숄더의 체결공에 일측이 체결되고 타측은 상기 절연블럭을 가압하여 상기 철도레일을 상기 침목 상에 고정시키는 레일고정클립을 포함하며, 상기 레일고정클립은 상기 고속주행지지용 숄더의 체결공에 끼워져 결합되도록 직선형으로 형성되는 끼움결합부와, 상기 끼움결합부에 이어지는 1차 만곡부와, 상기 1차 만곡부에 이어지는 연결부와, 상기 연결부에 이어지며 상방으로 경사지게 만곡형성되는 2차 만곡부와, 상기 2차 만곡부에 이어지는 토우와, 상기 2차만곡부의 끝단부측과 상기 토우의 저면에 걸쳐 형성되는 가압지지면을 포함하되, 상기 레일고정클립은 진폭의 증대를 위해, 일단으로부터 타단까지의 종방향 길이가 104.0mm에서 114.0mm±1.5로 증가되고, 상기 1차 만곡부의 곡률반경은 9.75mm에서 11.25mm로 증가되며, 상기 2차 만곡부의 시작점으로부터 상기 2차 만곡부의 폭 중앙지점까지 해당하는 제 1 구간의 길이가 71.4mm±1.5이고 상기 2차 만곡부의 폭 중앙지점으로부터 상기 2차 만곡부의 끝점까지 해당하는 제 2 구간의 길이가 113.0mm±1.5로 형성되는 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성 레일체결장치가 제공된다.

또한 전술한 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성 레일체결장치는, 상기 철도레일의 중앙부에 체결고정되고 하부면은 상기 철도레일의 레일풋의 상부면을 가압지지하는 레일지지부재를 더 포함할 수 있다.

본 개시내용의 일 실시예에 의하면, 침목에 매립고정되는 고속주행지지용 숄더의 하측에 철도레일의 길이방향으로 돌출형성되는 제 1 지지돌기에 의해 침목의 길이방향에 따른 작용력이 지지될 수 있고 침목에 매립고정되는 고속주행지지용 숄더의 하측에 침목의 길이방향으로 돌출형성되는 제 2 지지돌기에 의해 철도레일의 길이방향에 따른 작용력이 지지됨에 따라 레일차량의 고속주행에 따른 작용력에도 불구하고 체결공에 체결고정된 레일체결클립이 보다 안정적으로 지지될 수 있다.

본 개시내용의 일 실시예에 의하면, 예를 들어 에틸렌프로필렌디엔모노머(EDPM)으로 제조되는 고탄성 레일패드가 적용됨과 동시에 1차 만곡부와 2차 만곡부의 형상 변경을 통해 고탄성 레일패드의 증가된 처짐을 흡수하도록 상대적으로 큰 진폭을 갖도록 개량된 레일체결클립이 적용됨에 따라 일반철도의 자갈도상궤도의 전체 궤도강성을 고속주행에 알맞게 고탄성화할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 개시내용의 일 실시예에 의하면, 가압지지면이 토우 측의 시작부로부터 끝부분으로 갈수록 하향 경사지게 형성됨에 따라 초기하중 재하시부터 가압지지면의 면접촉이 가능해지고 가압지지면의 중심부가 2차 만곡부의 끝부 절곡지점으로부터 종래보다 더 이격됨에 따라 접지력이 증가됨과 동시에 레일체결클립의 파손이 방지되는 장점이 있다.

뿐만 아니라 본 개시내용의 일 실시예에 의하면, 철도레일의 중앙부에 체결고정되어 철도레일의 레일풋의 상부면을 가압지지하는 레일지지부재를 포함함에 따라 철도차량의 고속주행에도 불구하고 철도레일이 보다 더 안정적으로 지지될 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치의 사용상태도.
도 2는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치의 사용상태단면도.
도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치에 적용된 고속주행지지용 숄더의 정면도.
도 4는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치에 적용된 고속주행지지용 숄더의 측면도.
도 5는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치에 적용되는 레일체결클립의 사시도.
도 6 및 도 7은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치에 적용되는 레일체결클립과 종래의 레일체결클립의 비교도면.
도 8 및 도 9는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치에 적용되는 레일체결클립의 가압지지면의 경사각을 나타내는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치의 구성, 동작 및 작용효과에 대하여 살펴본다. 참고로, 이하 도면에서, 각 구성요소는 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 반영하는 것은 아니다. 또한 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하며 개별 도면에서 동일 구성에 대한 도면 부호는 생략하기로 한다.

도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치의 사용상태도를 도시하고, 도 2는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치의 사용상태단면도를 도시한다.

본 개시내용의 일 실시예에 따른 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치(1)는 철도레일(5)을 침목(3)에 고정시켜 철도차량의 주행에 따라 철도레일(5)로부터 가해지는 힘을 침목(3)에 전달하고 궤간을 유지하는 역할을 하는 것으로, 도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이 자갈도상궤도의 침목(3)과 철도레일(5) 사이에 개재되는 고탄성 레일패드(10)와, 철도레일(5)의 하측 상부면에 안착 설치되는 절연블럭(20)과, 침목(3)에 매립고정되어 철도레일(5)의 양측에 위치되고 상측에는 체결공(31)이 형성되는 고속주행지지용 숄더(30)와, 고속주행지지용 숄더(30)의 체결공(31)에 일측이 체결되고 타측은 절연블럭(20)을 가압하여 철도레일(5)을 침목(3) 상에 고정시키는 레일고정클립(40)을 포함한다.

여기서, 고탄성 레일패드(10)는 자갈도상궤도의 침목(3)과 철도레일(5) 사이에 개재되어 철도레일(5)로부터 가해지는 힘을 침목에 완충시켜 전달하는 구성부재이다.

본 발명에서 고탄성 레일패드(10)는 정적강성 200 내지 400kN/mm인 TPU(열가소성 폴리우레탄, thermoplastic polyurethane), EVA(에틸렌초산비닐 공중합체, ethylene-vinyl acetate copolymer), 또는 HDPE(고밀도 폴리에틸렌, high density polyethylene) 재질의 종래의 저탄성(강성) 레일패드 대신에 일반철도의 자갈도상궤도의 전체 궤도강성을 철도차량의 고속주행에 알맞게 고탄성화하기 위해 적용되는 것으로, 에틸렌프로필렌디엔모노머(EDPM; Ethylen-Propylen-Dien-Monomer) 또는 폴리우레탄(PU) 재질로 제조되는 것이 바람직하다.

절연블럭(20)은 전기철도에서 동력원인 전류의 귀선 역할을 하는 철도레일(5)로부터 전류가 누설되는 것을 차단하는 역할을 함과 동시에 철도레일(5)의 하측 상부면에 안착 설치되어 레일고정클립(40)에 의해 가압지지됨에 따라 실제 철도레일(5)을 침목(3) 상에 고정하는 레일파지부재에 해당한다. 절연블럭(20)은 경질 합성수지재로 제조된다.

고속주행지지용 숄더(30)는 레일고정클립(40)의 일측을 고정지지하는 구성부재로, 도 3은 본 개시내용에 적용된 고속주행지지용 숄더의 정면도이고, 도 4는 본 개시내용에 적용된 고속주행지지용 숄더의 측면도이다.

고속주행지지용 숄더(30)는 침목(3)에 매립고정되어 철도레일(5)의 양측에 위치되고 침목(3)의 상부면으로 노출되는 상측에는 레일고정클립(40)의 일측이 끼워지는 체결공(31)이 형성된다.

또한 도 3 및 도 4에 상세히 도시되는 바와 같이, 침목(3)에 매립고정되는 고속주행지지용 숄더(30)의 하측에는 제 1 지지돌기(33)가 철도레일(5)의 길이방향으로 돌출형성된다. 제 1 지지돌기(33)는 철도레일(5)의 길이방향으로 돌출형성되어 일종의 후육부를 형성함으로써 철도차량의 고속주행으로 인해 침목(3)의 길이방향을 따라 가해지는 작용력을 분산지지하는 역할을 하는 것으로, 고속주행지지용 숄더(30)의 하측으로부터 철도레일(5)의 길이방향을 따라 양측으로 돌출되는 것이 도시되어 있기는 하지만, 실시예에 따라서는 일측으로만 돌출형성될 수도 있다.

또한 도 3 및 도 4에 상세히 도시되는 바와 같이, 침목(3)에 매립고정되는 고속주행지지용 숄더(30)의 하측에는 제 2 지지돌기(35)가 침목(3)의 길이방향으로 돌출형성된다. 제 2 지지돌기(35)는 침목(3)의 길이방향으로 돌출형성되어 일종의 후육부를 형성함으로써 철도차량의 고속주행으로 인해 철도레일(5)의 길이방향을 따라 가해지는 작용력을 분산지지하는 역할을 하는 것으로, 고속주행지지용 숄더(30)의 하측으로부터 침목(3)의 길이방향을 따라 양측으로 돌출되는 것이 도시되어 있기는 하지만, 실시예에 따라서는 일측으로만 돌출형성될 수도 있다.

뿐만 아니라 제 1 지지돌기(33)와 제 2 지지돌기(35)는 침목(3)에 매립고정되는 고속주행지지용 숄더(30)의 하측 둘레에 열십자(+) 형상의 돌기를 형성함으로써 철도차량의 고속주행으로 인해 가해지는 비틀림 작용력까지 분산지지하는 역할을 따라, 레일차량의 고속주행에 따른 작용력에도 불구하고 체결공(31)에 체결고정된 레일체결클립(40)이 보다 안정적으로 지지될 수 있도록 한다.

레일고정클립(40)은 고속주행지지용 숄더(30)에 일측에 끼워져 결합된 상태에서 타측이 절연블럭(20)을 탄성적으로 가압하여 철도레일(5)을 침목(3) 상에 고정시키기 위한 탄성력을 제공하는 구성부재이다.

도 5은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치에 적용되는 레일체결클립의 사시도를 도시하고, 도 6 및 도 7은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치에 적용되는 레일체결클립과 종래의 레일체결클립의 비교도면을 도시한다.

레일고정클립(40)은 도 5 내지 도 7에 도시되는 바와 같이, 고속주행지지용 숄더(30)의 체결공(31)에 끼워져 결합되도록 직선형으로 형성되는 끼움결합부(41)와, 끼움결합부(41)에 이어지며 "⊂"자 형상으로 만곡되게 굽혀져 형성되는 1차 만곡부(42)와, 1차 만곡부(42)에 이어지며 끼움결합부(41)와 나란히 연장되는 연결부(43)와, 연결부(43)에 이어지며 상방으로 경사지게 "⊃"자 형상으로 만곡되게 굽혀져 형성되는 2차 만곡부(44)와, 2차 만곡부(44)에 이어지는 토우(45)와, 2차 만곡부(44)의 끝단부 측과 토우(45)의 저면에 걸쳐 형성되고 절연블럭(20)의 상부면에 가압지지되는 가압지지면(46)을 포함한다.

레일고정클립(40)은 20.0mm±0.25의 직경을 가지는 일정 길이의 스프링강 환봉을 끼움결합부(41), 1차 만곡부(42), 연결부(43), 2차 만곡부(44) 및 토우(45)가 연속적으로 형성되도록 성형한 후 2차 만곡부(44)의 끝단부 측과 토우(45)를 소성가공하여 그 저면에 가압지지면(46)이 형성되도록 한다.

레일고정클립(40)은 고탄성 레일패드(10)의 적용에 따라 고탄성 레일패드(10)의 증가된 처짐을 흡수할 수 있도록 상대적으로 큰 진폭(±1.0mm 이상)을 갖도록 개량되는 것이 바람직하다.

이러한 개량을 위해, 레일고정클립(40)은 도 6에 도시되는 바와 같이, 일단으로부터 타단까지의 종방향 길이(L0)가 114.0mm±1.5로 증가되도록 개량되는 것이 바람직하다. 종래의 레일고정클립(100)의 경우 일단으로부터 타단까지의 종방향 길이(L0)가 104.0mm이므로, 본 개시내용에 적용되는 레일고정클립(40)은 종래의 레일고정클립(100)에 비해 일단으로부터 타단까지의 종방향 길이(L0)가 10.mm±1.5 증가된다.

또한 레일고정클립(40)은 전술한 개량을 위해 도 7에 도시되는 바와 같이, 1차 만곡부(42)의 곡률반경(R1)이 11.25mm로 증가(±0.5mm 오차 포함)되는 것이 바람직하다. 종래의 레일고정클립(100)의 경우 1차 만곡부(42)의 곡률반경(R1)이 9.75mm이므로, 본 개시내용에 적용되는 레일고정클립(40)은 종래의 레일고정클립(100)에 비해 1차 만곡부(42)의 곡률반경(R1)이 1.5mm 증가되며, 이로 인해 1차 만곡부(42)와 연결부(43)의 총 길이는 종래 91.0mm에서 약 95.0mm로, 약 4.0mm 정도 증가될 수 있다.

또한 레일고정클립(40)은 전술한 개량을 위해 도 7에 도시되는 바와 같이, 2차 만곡부(44)의 시작점으로부터 2차 만곡부(44)의 폭 중앙지점까지 해당하는 제 1 구간의 길이(L1)가 71.4mm±1.5인 반면에 2차 만곡부의 폭 중앙지점으로부터 2차 만곡부의 끝점까지 해당하는 제 2 구간의 길이(L2)가 113.0mm±1.5로 형성되는 것이 바람직하다.

이로 인해 본 개시내용에 적용되는 레일고정클립(40)의 2차 만곡부(44)의 총 길이는 종래의 레일고정클립(100)의 대응 길이보다 약 13.0mm 정도 증가된다.

또한 레일고정클립(40)은 전술한 개량을 위해 도 6에 도시되는 바와 같이, 레일고정클립(40)의 일단으로부터 가압지지면(46)의 중심까지의 길이(L3)가 58.0mm±1.5로 감소되는 것이 바람직하다. 종래의 레일고정클립(100)의 경우 일단으로부터 가압지지면의 중심까지의 길이가 63.5mm이므로, 본 개시내용에 적용되는 레일고정클립(40)은 종래의 레일고정클립(100)에 비해 일단으로부터 가압지지면(46)의 중심까지의 길이(L3)가 약 5.5mm 정도 감소된다.

이러한 레일고정클립(40)의 일단으로부터 가압지지면(46)의 중심까지의 길이(L3)의 감소는 하중 인가시의 실제 하중지지점을 레일고정클립(40)의 연장방향으로 5.5mm±1.5 더 길게 연장시키는 역할을 한다.

따라서 레일고정클립(40)은 길이면에서 1차 만곡부(42)의 곡률반경(R1)의 증가를 통해 종래의 레일고정클립(100)에 비해 약 4.0mm 정도 증가되고, 2차 만곡부(44)의 개량을 통해 종래의 레일고정클립(100)에 비해 약 13.0mm 정도 증가됨에 따라, 전체적으로 종래의 레일고정클립(100)에 비해 약 17.0mm가 증가되어 상대적으로 큰 진폭(±1.0mm 이상)을 가질 수 있으며, 응력집중이 완화되는 구조가 가능해진다.

또한 레일고정클립(40)의 일단으로부터 가압지지면(46)의 중심까지의 길이(L3)의 감소를 통한 하중지지점의 위치이동을 통해 약 5.5mm 정도 전체길이를 더 증가시키는 것과 같은 효과를 가져온다. 또한 가압지지면(46)의 중심부가 2차 만곡부(44)의 끝부 절곡지점으로부터 종래보다 약 5.5mm 정도 더 멀리 이격됨에 따라 접지력이 증가됨과 동시에 2차 만곡부(44)을 포함한 레일체결클립(40)의 파손이 방지되는 효과를 가져온다.

도 8 및 도 9는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치에 적용되는 레일체결클립의 가압지지면의 경사각을 나타내는 도면이다.

철도차량의 주행 등에 따른 하중 재하시에 절연블럭(20)의 상부면을 실제 가압지지하는 레일체결클립(40)의 가압지지면(46)은 도 8에 도시되는 바와 같이 끼움결합부(41)에 인접된 일단으로부터 타단으로 갈수록, 즉 폭방향으로 상향경사지게 형성되는 것이 바람직하고, 도 9에 도시되는 바와 같이 토우(45) 측의 시작부로부터 끝부분으로 갈수록, 즉 길이방향으로 하향 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

특히 레일체결클립(40)의 가압지지면(46)은 끼움결합부(41)에 인접된 일단으로부터 타단으로 갈수록 3.5°±0.5의 폭방향경사각(θ1)으로 상향 경사지게 형성됨과 동시에, 토우(45) 측의 시작부로부터 끝부분으로 갈수록 -1.0°±0.5의 길이방향경사각(θ2)으로 하향 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

통상 하중 재하시에 끼움결합부(41)는 체결공(31)에 끼워져 고정되므로 상대적으로 연결부(43)와 토우(45)가 하부로 내려가는 힘으로 작용하게 되며, 아울러 연결부(43)와 토우(45)가 동시에 내려가는 힘을 받게 되면서 연결부(43)와 토우(45)가 서로 안쪽으로 모이게 되면서 토우(45) 측은 비틀림 현상이 일어나게 된다. 본 발명의 경우 가압지지면(46)에 미리 폭방향경사각(θ1)을 줌으로써 토우(45) 측의 비틀림 현상으로 인해 상부방향으로 경사진 가압지지면(46)이 절연블럭(20)의 상부면에 면접촉할 수 있게 된다.

또한 레일체결클립(40)을 고속주행지지용 숄더(30)와 절연블록(20)에 체결할 때 토우(45) 측이 비틀림과 동시에 토우(45) 측의 시작부가 들리는 현상이 발생하는 것을 미리 감안하여 가압지지면(46)에 토우(45) 측의 시작부로부터 끝부로 갈수록 하향 경사지게 길이방향경사각(θ2)를 줌으로써 가압지지면(46)이 절연블럭(20)의 상부면에 면접촉할 수 있게 된다.

또한 토우(45)의 수평방향 중심선은 상기 끼움결합부(41)의 수평방향 중심선의 상부에 위치되되 가압지지면(46)은 끼움결합부(41)의 수평방향 중심선의 하부에 위치되는 것이 바람직하다.

철도레일(5)의 안정적인 지지를 위한 전술한 철도레일(5)의 중앙부에는 레일지지부재(50)가 체결고정될 수 있다. 레일지지부재(50)는 철도레일(5)의 레일풋(5a)의 상부면을 하부면이 가압지지함에 따라 철도차량의 고속주행에도 불구하고 철도레일(5)이 보다 더 안정적으로 지지될 수 있도록 한다.

레일지지부재(50)는 철도레일(5)의 중앙부 양측에 체결부재(53)에 의해 체결되기 위해 상측에 체결부재(53)의 관통을 위한 관통공(51)이 형성되고, 이 때 철도레일(5)의 중앙부에는 레일지지부재(50)의 관통공(51)에 대응되는 체결공이 관통형성된다.

레일지지부재(50)는 철도레일(5)의 레일풋(5a)의 상부면을 가압지지하도록 하부로 갈수록 단면적이 확장되는 구조를 가져, 횡단면을 기준으로 볼 때 전체적으로 삼각형과 유사한 형상을 가지는 것이 바람직하다.

또한 레일지지부재(50)의 하단은 철도레일(5)의 레일풋(5a)의 상부면을 가압지지하는 것에 그치지 않고 절연블럭(20)의 상부면까지 연장되는 것이 바람직하다.

뿐만 아니라 철도레일(5)의 레일풋(5a)의 상부면을 가압지지하는 레일지지부재(50)의 하부면에는 탄성적 가압지지를 위해 예를 들어 고무재, 우레탄 등과 같은 탄성수지 재질의 탄성패드층(55)이 구비되는 것이 바람직하다.

레일지지부재(50)는 철도레일(5)의 중앙부 양측에 면접된 후 철도레일(5)의 체결공과 양 레일지지부재(50)의 관통공(51)를 동시에 관통하여 체결되는 예를 들어 볼트와 너트 조합의 체결부재(53)의 체결력에 의해 하부면이 철도레일(5)의 레일풋(5a)의 상부면과 절연블럭(20)의 상부면에 가압밀착되면서 철도레일(5)을 탄성적으로 가압지지하게 된다.

전술한 바와 같은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치(1)는, 예를 들어 에틸렌프로필렌디엔모노머(EDPM)으로 제조되는 고탄성 레일패드(10)가 적용됨과 동시에 1차 만곡부(42)와 2차 만곡부(44)의 형상 변경을 통해 고탄성 레일패드(10)의 증가된 처짐을 흡수하도록 상대적으로 큰 진폭을 갖도록 개량된 레일체결클립(40)이 적용됨에 따라, 일반철도의 자갈도상궤도의 전체 궤도강성을 고속주행에 알맞게 고탄성화할 수 있다.

또한 전술한 바와 같은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치(1)는, 침목(3)에 매립고정되는 고속주행지지용 숄더(30)의 하측에 제 1 지지돌기(33)가 철도레일(5)의 길이방향으로 돌출형성되어 침목(3)의 길이방향에 따른 작용력을 지지함과 동시에 제 2 지지돌기(35)가 침목(3)의 길이방향으로 돌출형성되어 철도레일(5)의 길이방향에 따른 작용력을 지지함에 따라, 레일차량의 고속주행에 따른 작용력에도 불구하고 체결공(31)에 체결고정된 레일체결클립(40)이 보다 안정적으로 지지될 수 있다.

또한 전술한 바와 같은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치(1)는, 가압지지면(46)이 토우(45) 측의 시작부로부터 끝부분으로 갈수록 하향 경사지게 형성됨에 따라 초기하중 재하시부터 가압지지면(46)의 면접촉이 가능해지고 가압지지면(46)의 중심부가 2차 만곡부(44)의 끝부 절곡지점으로부터 종래보다 더 이격됨에 따라 접지력이 증가됨과 동시에 레일체결클립(40)의 파손이 방지될 수 있다.

뿐만 아니라 전술한 바와 같은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치(1)는, 철도레일(5)의 중앙부에 체결고정되어 철도레일(5)의 레일풋(5a)의 상부면을 가압지지하는 레일지지부재(50)를 포함함에 따라 철도차량의 고속주행에도 불구하고 철도레일(5)이 보다 더 안정적으로 지지될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치
3 : 침목
5 : 철도레일
5a : 레일풋
10 : 고탄성 레일패드
20 : 절연블럭
30 : 고속주행지지용 숄더
31 : 체결공
33 : 제 1 지지돌기
35 : 제 2 지지돌기
40 : 레일체결클립
41 : 끼움결합부
42 : 1차 만곡부
43 : 연결부
44 : 2차 만곡부
45 : 토우
46 : 가압지지면
50 : 레일지지부재
51 : 관통공
53 : 체결부재
55 : 탄성패드층
100 : 종래의 레일체결클립

Claims (8)

1. 침목에 매립고정되어 철도레일의 양측에 위치되고 상측에는 체결공이 형성되는 숄더에 있어서,
   상기 침목에 매립고정되는 하측에 상기 철도레일의 길이방향으로 돌출형성되어 상기 침목의 길이방향에 따른 작용력을 지지하는 제 1 지지돌기; 및
   상기 침목에 매립고정되는 하측에 상기 침목의 길이방향으로 출형성되어 상기 철도레일의 길이방향에 따른 작용력을 지지하는 제 2 지지돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속주행지지용 숄더.
2. 자갈도상궤도의 침목과 철도레일 사이에 개재되는 고탄성 레일패드;
   상기 철도레일의 하측 상부면에 안착 설치되는 절연블럭;
   청구항 1에 따른 고속주행지지용 숄더; 및
   상기 고속주행지지용 숄더의 체결공에 일측이 체결되고 타측은 상기 절연블럭을 가압하여 상기 철도레일을 상기 침목 상에 고정시키는 레일고정클립를 포함하며,
   상기 레일고정클립은 상기 고속주행지지용 숄더의 체결공에 끼워져 결합되도록 직선형으로 형성되는 끼움결합부와, 상기 끼움결합부에 이어지는 1차 만곡부와, 상기 1차 만곡부에 이어지는 연결부와, 상기 연결부에 이어지며 상방으로 경사지게 만곡형성되는 2차 만곡부와, 상기 2차 만곡부에 이어지는 토우와, 상기 2차만곡부의 끝단부측과 상기 토우의 저면에 걸쳐 형성되는 가압지지면을 포함하되,
   상기 레일고정클립은 진폭의 증대를 위해, 일단으로부터 타단까지의 종방향 길이(L0)가 104.0mm에서 114.0mm±1.5로 증가되고, 상기 1차 만곡부의 곡률반경(R1)은 9.75mm에서 11.25mm로 증가되며, 상기 2차 만곡부의 시작점으로부터 상기 2차 만곡부의 폭 중앙지점까지 해당하는 제 1 구간의 길이(L1)가 71.4mm±1.5이고 상기 2차 만곡부의 폭 중앙지점으로부터 상기 2차 만곡부의 끝점까지 해당하는 제 2 구간의 길이(L2)가 113.0mm±1.5로 형성되는 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 레일고정클립의 일단으로부터 상기 가압지지면의 중심까지의 길이(L3)는 63.5mm에서 58.0mm±1.5로 감소되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 가압지지면은 상기 끼움결합부에 인접된 일단으로부터 타단으로 갈수록 상향경사지게 형성되고, 상기 가압지지면은 상기 토우 측의 시작부로부터 끝부분으로 갈수록 하향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 가압지지면은 상기 끼움결합부에 인접된 일단으로부터 타단으로 갈수록 3.5°±0.5의 폭방향경사각(θ1)으로 상향 경사지게 형성되고, 상기 가압지지면은 상기 토우 측의 시작부로부터 끝부로 갈수록 -1.0°±0.5의 길이방향경사각(θ2)으로 하향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치.
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 철도레일의 중앙부에 체결고정되고 하부면은 상기 철도레일의 레일풋의 상부면을 가압지지하는 레일지지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치.
7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 레일지지부재의 하단은 상기 절연블럭의 상부면까지 연장되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치.
8. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 레일지지부재의 하부면에는 탄성패드층이 구비되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 고속주행을 고려한 자갈도상궤도용 고탄성레일체결장치.

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