KR20230154335A - 비자성체 인써트를 사용하는 접착절연레일 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비자성체 인써트를 사용하는 접착절연레일 시스템에 관한 것으로서, 절연체 전후 단면에 상기 비자성체 인써트를 폴리아미드 수지를 매트릭스로 하는 열경화성 핫멜트 접착제로 결합하여 철도차량 차륜과 접착절연레일 시스템이 마찰하여 발생하는 쇳가루가 절연편을 넘어 전달됨으로써 통전되는 것을 제한하고, 외기 온도변화에 따라 발생하는 레일 길이방향 변위에 대한 저항력을 높이고자 하며, 상기 접착절연레일 시스템의 이음부의 하부를 이음매판으로 보강함으로써, 고속으로 주행하는 철도차량 또는 고중량이 적재된 화물열차가 상기 접착절연레일 시스템을 통과하면서 발생하는 변위를 최소화하여 절연편과 인써트 사이에 무리한 휨 변위가 작용되지 않도록 하는 구성을 제공한다.
Description
본 발명은 접착절연 레일시스템에 관한 것으로서, 맞대여져 있는 한쌍의 철도레일 단면에 비자성 재질의 인써트와 절연편을 삽입 후 철도레일 양측면을 절연재와 이음매판으로 덧대고 복수의 체결수단으로 고정시킴으로서 철도레일 간 통전을 막을 수 있는 접착절연레일시스템에 관한 것이다.
철도는 여러 개의 레일을 연결하여 선로를 구성하며, 일반 선로의 경우 제작과 운반, 시공 및 온도변화에 따른 변화를 고려하여 25m 길이를 기준으로 제작되는 것이 일반적이다.
따라서, 상기 25m 마다 레일과 레일 사이에는 이음매가 발생하게 되고, 상기 이음매로 인해 철도차량 운행 중 진동과 소음이 발생하게 된다.
이렇게 발생되는 소음과 진동은 철도차량과 선로를 빠르게 훼손하여 유지보수 비용의 증대, 승객의 승차감 저하 등을 유발시키며 무엇보다 철도차량이 고속으로 주행할 경우 주행 안전성을 위협하는 주요 원인으로 지목되어 왔다.
상기 문제점들을 보완하기 위해 최근에는 고탄소강 재질의 25m 레일을 시공현장 또는 공장에서 산화철과 알루미늄 가루를 가열하여 이어 붙이는 테르밋 용접방법으로 최대 2Km까지 늘리는 장대레일이 선로에 많이 사용되고 있다.
장대레일의 경우 고탄소강 재질을 사용하여 날씨변화에 따른 길이변화가 작으며, 불가피하게 발생하는 이음매 구간에는 일반 선로의 이음매 대신 신축이음매 시스템을 구비하여 온도 변화에 의해 유발되는 레일 길이 변화를 신축이음매가 흡수함으로써 선로에 좌굴 등이 발생하여 철도차량이 탈선되는 것을 사전에 차단하게 된다.
그러나, 모든 선로에서 상기의 장대레일 시스템을 사용할 수 있는 것은 아니다. 즉, 철도차량의 방향을 이웃한 다른 선로로 유도하는 분기기 장치나 철도차량 기지내 구간에서는 진입하는 차량의 위치를 정확하게 파악할 필요가 있어 궤도회로를 구성해야 하므로, 불가피하게 선로를 물리적으로 분리시킬 필요가 있다.
상기 궤도회로란 레일을 전기회로화하여 선로 상 철도차량 위치를 파악하는 방법을 지칭하는 것으로서, 분리된 단위 선로에 통전을 시키면, 철도차량이 상기 선로에 진입하여 차륜이 레일과 접촉할 경우 자동으로 궤도회로가 전기적으로 단락되어 철도차량의 위치를 선로관리자가 감지하는 것이다.
궤도회로로 가장 많이 사용하는 PF궤도회로(Power Frequency Track Circuit)의 경우 상용주파수(60Hz) 교류전압을 사용하여 궤도회로를 구성하며, 궤도회로 일부분에 철도차량이 진입하여 궤도회로를 점유할 경우 전류가 흐르지 않는 궤도회로 사구간이 발생하게 되고, 이때 상기 궤도회로 상 설치된 궤도계전기는 상기 궤도회로 사구간의 위치정보를 파악하여 선로관리자에게 송신을 하여 철도차량의 위치를 검지하게 한다.
선로를 분리하여 궤도회로를 구성하고자 할 경우 전술한 일반 선로에서와 같이 다시 이음매 구간이 발생하게 되므로, 현재는 거의 사용하지 않고 임시선로에서만 유지되고 있는 실정이다.
대신 분리된 선로 상 레일 사이에 전기가 흐르지 않는 절연편을 끼워넣고 상기 양단 레일의 단면과 연결하는 접착절연레일시스템이 가장 많이 사용되고 있다.
상기 접착절연레일 시스템의 경우 분절부분이 없어 철도차량이 이음매 구간을 고속으로 통과하여도 진동과 소음의 발생을 최소화할 수 있고 철도차량에 전해지는 충격력도 감소시키므로 철도차량 궤도 이탈에 의한 탈선을 방지를 담보할 수 있다.
상기 접착절연레일 시스템의 경우 전기 절연성을 갖는 절연편을 맞닿는 2개의 레일 사이에 에폭시 수지 접착제로 도포한 후 끼우며, 상기 2개의 레일 양 측면에 역시 전기 절연성을 갖는 절연재와 이음매판을 덧대고 볼트, 너트 등으로 고정시키는 방식이나, 상기 방식의 경우 장기 사용에 따라 레일과 절연편 사이로 누수된 후 결빙 및 해빙의 반복으로 틈이 발생되거나 철도차량 수송량 증가에 따라 하중 및 충격력이 접착절연레일 시스템에 반복 전달됨으로써 이음구간의 상하 및 좌우 변위 발생으로 인해 절연편의 성능이 저하되어 통전이 되는 문제점이 있다.
상기 문제점 중 상하 및 좌우 변위는 철도차량의 고속주행 또는 고중량이 적재된 화물열차가 상기 접착절연레일 시스템을 통과할 경우 수직 최대 20톤의 수직력과 최대 74톤의 축력이 철도차량 차륜수 만큼 반복 가해지므로 20편 열차의 경우 1회 통과에 최소 80회 이상의 충격이 접착절연레일 시스템에 전달된다.
특히 상기 절연재와 이음매판은 접착절연레일 좌우로만 고정배치되어 있어 상하로 가해지는 철도차량 축중하중에는 취약한 구조이다.
상기 접착절연레일 시스템의 대표적 성능 열화는 절연편과 2개의 레일 단면이 벌어진 틈으로 수분으로 스며들어 궤도회로의 절연기능을 막는 제1양상과 절연편을 사이로 마주한 2개의 레일두부가 철도차륜과 마찰하여 발생한 쇳가루를 상호방향으로 절연편을 넘어 전달함으로써 통전되는 제2양상 그리고 일측 레일두부가 철도차륜의 충격으로 소성변형하여 타측 레일두부와 연결되어 통전되는 제3양상으로 구분할 수 있다.
상기 접착절연레일 시스템의 제1양상의 경우 상기 접착제가 뜯어져 발생한 분절 구간이 형성되어 철도차량 운행 중 소음과 진동이 발생한다는 특징이 있고 제2 및 제3 양상의 경우 철도객차 보다 화물열차가 많이 운행되는 노선에서 발생되고, 또 콘크리트 도상보다 자갈도상에서 다 자주 발생한다는 특징이 있어 상기 상기 양상들이 차량의 축중하중과 관계 있음을 알 수 있다.
상기 양상들 모두 궤도회로가 상시 통전되어 정지신호가 궤도계전기를 통해 현시되므로, 분기기 또는 철도차량 기지내 철도차량 운행이 전면 중지되는 일이 발생하게 되며, 이로 인해 막대한 유지보수 비용 투입과 철도차량 운행 효율 제고에 심각한 지장을 초래하고 있는 실정이다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 절연편과 레일 사이의 접착력을 높이고, 레일두부가 철도차량 차륜과 마찰하여 발생하는 쇳가루가 자성화되어 상호방향으로 절연편을 넘어 감으로써 발생하는 통전현상을 제한할 수 있는 메커니즘을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 철도차량의 축중하중에 취약한 접척절연레일 시스템의 구조를 보강하여 불필요한 변위가 발생하지 않도록 함으로써 유지보수 및 철도차량 운행효율을 제공할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 철도차량 차륜과 맞닿는 레일두부; 상기 레일두부와 일체로 형성된 레일복부; 및 상단은 상기 레일복부와 일체로 연결되고 하부는 침목과 레일연결구로 체결되는 레일저부(103)로 이루어진 철도레일에 있어서, 인접한 제1철도레일과 제2철도레일의 길이방향 양단부에 각각 결합하는 제1인써트 및 제2인써트; 상기 제1인써트와 제2인써트 사이에 위치하는 절연편; 상기 제1철도레일과 제2철도레일 양 측면에 위치하여 상기 2개의 철도레일을 연결하는 제1절연재 및 제2절연재; 상기 제1절연재 측면에 위치하는 제1이음매판 및 상기 제2절연재 측면에 위치하는 제2이음매판; 상기 제1철도레일 및 제2철도레일 레일복부에 형성된 복수의 관통공에 삽입되는 절연링; 및 상기 절연링의 통공에 삽입되어 상기 제1절연재, 제2절연재, 제1이음매판 및 제2이음매판을 각각 관통하여 결합시키는 체결수단을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제1인써트 및 제2인써트는 탄소 0% 내지 0.08%, 니켈 8 % 내지 13%와 상기 탄소 함유량 5배 이상의 티타늄을 함유하는 스테인리스 스틸로 제조될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제1철도레일과 제1인써트 및 제2철도레일과 제2인써트를 소정 간극을 두고 정렬하는 제1단계; 상기 제1철도레일과 제1인써트 및 제2철도레일과 제2인써트에 각각 전류를 흐르게 하는 제2단계; 상기 제2단계에 의해 제1철도레일과 제1인써트 및 제2철도레일과 제2인써트 사이 접촉단면이 가열되면 제1철도레일과 제1인써트 및 제2철도레일과 제2인써트를 가압하여 상기 간극을 제거하고 일체화 시키는 제3단계 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 절연편은 제1인써트 및 제2인써트와 폴리아미드 수지를 매트릭스로 하는 열경화성 핫멜트 접착제로 결합될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제1이음매판 및 제2이음매판은 상기 제1절연재와 제2절연재를 각각 감싸는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 비자성체 인써트를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 체결수단은 사각볼트, 육각너트 및 와셔로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 체결수단이 체결된 상태에서 상기 제1이음매판 및 제2이음매판에는 상기 사각볼트의 헤드와 육각너트가 교번되어 배치될 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 마주하는 레일 단면 사이에 내마모성을 갖는 인써트를 배치하여 레일 두부가 철도차량 차륜과 마찰하여 발생하는 쇳가루 날림에 의한 절연능력 상실을 방지하는 것이다.
또한, 인써트와 절연편 사이를 열변화에 따른 결합력 차이가 적은 폴리아미드 수지성 핫멜트 접착제를 사용하여 결합함으로써 결합부가 외부에 노출되어 있어도 온도차에 의해 접착력이 저하되는 것을 막고자 하고, 마주하는 레일의 복부뿐만 아니라 저부까지 절연재와 이음매판으로 보강 체결함으로써 철도차량의 축중하중에 대한 저항력을 높여 내구도를 제고하는 것이다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 기존 접착절연레일 시스템에 대한 사시도이다.
도 2는 접착절연레일 시스템에 가해지는 하중을 보여주는 개념도이다.
도 3a는 기존 접착절연레일 시스템에서 절연편과 레일단면 사이에 발생한 틈으로 물이 고여 발생한 통전으로 절연기능이 상실된 모습을 보여주는 사진이다.
도 3b는 기존 접착절연레일 시스템에서 절연편과 레일단면 사이에 발생한 틈으로 물이 고여 발생한 통전으로 절연기능이 상실된 또 다른 모습을 보여주는 사진이다.
도 4a는 기존 접착절연레일 시스템에서 철도차량 차륜과 레일두부의 마찰로 발생한 쇳가루 및 레일두부의 소성변화로 인해 통전되어 절연기능이 상실된 모습을 보여주는 사진이다
도 4b는 기존 접착절연레일 시스템에서 철도차량 차륜과 레일두부의 마찰로 발생한 쇳가루 및 레일두부의 소성변화로 인해 통전되어 절연기능이 상실된 또 다른 모습을 보여주는 사진이다
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 접착절연레일 시스템의 부품간 결합상태를 보여주는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 접착절연레일 시스템의 단면도이다.
도 2는 접착절연레일 시스템에 가해지는 하중을 보여주는 개념도이다.
도 3a는 기존 접착절연레일 시스템에서 절연편과 레일단면 사이에 발생한 틈으로 물이 고여 발생한 통전으로 절연기능이 상실된 모습을 보여주는 사진이다.
도 3b는 기존 접착절연레일 시스템에서 절연편과 레일단면 사이에 발생한 틈으로 물이 고여 발생한 통전으로 절연기능이 상실된 또 다른 모습을 보여주는 사진이다.
도 4a는 기존 접착절연레일 시스템에서 철도차량 차륜과 레일두부의 마찰로 발생한 쇳가루 및 레일두부의 소성변화로 인해 통전되어 절연기능이 상실된 모습을 보여주는 사진이다
도 4b는 기존 접착절연레일 시스템에서 철도차량 차륜과 레일두부의 마찰로 발생한 쇳가루 및 레일두부의 소성변화로 인해 통전되어 절연기능이 상실된 또 다른 모습을 보여주는 사진이다
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 접착절연레일 시스템의 부품간 결합상태를 보여주는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 접착절연레일 시스템의 단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
1. 제1 실시예
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 접착절연레일시스템을 설명하도록 한다.
도 6에 도시된 절연편(2000)은 절연체를 구성하는 어떤 재질로도 구성되어 질 수 있으며, 일반적으로 페놀수지계 또는 FRP계 절연체가 사용된다. 상기 절연편은 KRS TR0004에 따른 접착절연레일 시험결과 그 두께가 6mm 내지 9mm에서 가장 큰 접착력과 절연효과를 얻는 것으로 확인되었다.
상기 절연편은 제1인써트(1100)와 제2인써트(1200)와 전후면 접착제로 결합되며, 상기 접착제는 기존 열변화에 민감하게 반응하는 에폭시 수지 계열 접착제 대신 폴리아미드 수지를 주 매트릭스로 하는 열경화성 핫멜트 접착제가 사용된다. 상기 폴리아미드 수지 열경화성 핫멜트 접착제는 아미드기의 수소가 다른 아미드기의 전자공여성 카르보닐기와 결합하여 강한 수소결합을 형성할 수 있으므로 수지의 융점이 높아져 유연성, 내유성이 우수하다.
접착 능력은 상기 폴리아미드 수지의 분자량을 1,000 내지 9,000 범위 내에서 점차 증가시킬 때 동반 상승하므로 이를 통해 제어할 수 있다.
상기 폴리아미드 수지는 불포화지방산과 디아민의 중축합 반응에 의해 얻어지므로, 기존 에폭시 수지 계열 접착제에 비해 온도 변화에 따른 사이클 저항이 우수하다는 장점을 갖는다.
무엇보다 상기 폴리아미드 수지 열경화성 핫멜트 접착제는 플라스틱, 금속, 목재 등 이종의 재료 간에 사용되어도 접착력을 균일하게 유지한다는 특성이 있다.
즉, 상기 폴리아미드 수지 열경화성 핫멜트 접착제를 사용할 경우 기존 에폭시 계열 접착제가 절연편과 레일 단면 사이에 도포되어 결합되었을 때에 비하여 극단적인 외기 온도 변화로 인해 발생하는 레일의 길이방향 변위를 접착제가 감당하지 못해 상기 절연편과 레일 단면 사이에 틈을 발생시키고, 상기 틈으로 수분이 스며들어 통전됨으로써 접착절연레일 시스템을 수리해야 하는 제1양상의 발생 주기를 비약적으로 늘릴 수 있다.
2. 제2 실시예
상기 제1인써트(1100) 및 제2인써트(1200)는 레일의 두부(101)가 철도차량의 차륜과 접촉하여 발생하는 쇳가루로 인해 통전되거나, 일측 레일 두부(101)가 동일한 이유로 소성변형되어 타측 레일 두부(101)와 연결되어 통전되는 것을 막기 위한 용도로 본 발명에서 제안되었다.
상기 제1인써트(1100)와 제2인써트(1200)은 내마모성을 높이기 위해 탄소성분이 0% 내지 0.08%, 니켈 성분이 8% 내지 13% 그리고 상기 탄소 함유량의 5배 이상의 티타늄을 함유하는 스테인리스 스틸로 제조된다.
상기 성분 중 니켈은 공기와 습기에 대하여 일반 스틸에 비해 강한 내식성을 갖는 특징을 갖고 있으며, 스틸과 합금되었을 경우 온도변화에 의한 외형 변화가 거의 없는 금속 성질을 갖는다.
또한 티타늄과 합금이 될 경우 외부 충격에 의하여 일시 변형이 발생하여도 원래 형상으로 돌아오는 성질을 갖게 된다.
티타늄은 일반 스틸에 비해 강도가 강하며 다른 금속과의 마찰에 대한 내식성이 뛰어난 성질을 갖고 있으며, 스틸과 합금이 되었을 경우 일반 스틸에 비해 3배 이상의 비강도를 갖는다.
관련 한국철도표준규격 즉, KRS TR0004, 0008, 0009 및 0011등에 따라 전술한 성분비로 스틸과 니켈 그리고 티타늄을 합금 처리한 재질을 상기 제1인써트(1100)와 제2인써트(1200)에 적용하여 시험한 결과 뛰어난 내마모성을 가짐과 동시에 비자성체 성질을 갖게 되어 철도차량 차륜과의 마찰로 발생되는 쇳가루가 접착절연레일시스템에 부착되지 않는다는 장점을 갖음을 확인하였다.
또한 급변하는 외기 변화에 대한 외형변화가 없고, 무엇보다 강한 내마모성을 가져 습기에 대한 우수한 내식성을 가짐과 동시에 외부 충격에 의한 소성변형을 제한할 수 있다는 특징을 갖는다.
상기 합금으로 제조된 제1인써트(1100)과 제2인써트(1200)의 바자성체 성질 및 강한 내마모성은 접착절연레일 시스템의 대표적 통전원인인 상기 제2양상과 제3양상 발생을 억제하는 기본 전제가 될 수 있다.
상기 제1인써트(1100)과 제1철도레일(110)은 다음과 같은 방법으로 연결된다.
상기 제1인써트(1100)와 상기 제1철도레일(110)을 소정의 간극을 두고 정렬시키는 제1단계,
상기 제1인써트(1100)과 상기 제1철도레일(110)에 각각 전류를 흐르게 하는 제2단계,
상기 제2단계에 의해 접촉단면이 가열되면 상기 제1인써트(1100)와 상기 제1철도레일(110)을 선로 길이방향으로 가압하여 상기 간극을 제거하고 일체화시키는 제3단계로 구분되어 일체화 시킬 수 있다.
상기와 동일한 방법으로 제2인써트(1200)와 제2철도레일(120)도 일체화될 수 있다.
상기 일체화 방법은 일체화 시킬 부재들의 열 영향 부위가 좁고 변형 영역이 작기 때문에 강도에 대한 균일성이 높아 작업 신뢰성이 높고, 무엇보다 자성체 성질을 갖는 상기 제1철도레일(110) 및 제2철도레일(120)과 비자성체인 제1인써트(1100) 및 제2인써트(1200)와 같은 이종의 금속물체를 결합시킬 수 있다는 장점을 갖고 있다.
상기 제1철도레일(110)과 연결된 제1인써트(1100) 그리고 제2철도레일(120)과 연결된 제2인써트(1200)는 상술한 것과 같이 절연편(2000)과 결합되며, 상기 결합부분들이 철도차량이 접착절연레일 시스템을 통과할 때 상기 시스템에 가하는 철도차량 수직 축중하중(20톤)과 길이방향 축력(74톤)을 견딜 수 있게 하기 위해 제1철도레일과 제2철도레일 사이의 결합부분들 측면에 보강부재를 설치한다.
상기 측면 보강부재는 다음과 같이 설치된다.
상기 접착절연레일 시스템의 제1철도레일(110)과 제2철도레일(120) 복부(102)에 복수의 관통공을 대칭으로 형성시킨다.
상기 관통공에 맞추어 관통공이 형성된 제1절연재(3100)와 제2절연재(3200)를 상기 제1철도레일(110)과 제2철도레일(120) 이음부 양 측면에 각각 배치한다.
상기 제1절연재(3100)와 제2절연재(3200)은 각각 제1철도레일(110) 및 제2철도레일(120)의 두부(101) 하단과 복부(102) 그리고 저부(103) 상단에 맞추어 진다.
역시 상기 관통공에 맞추어 관통공이 형성된 제1이음매판(4100)과 제2이음매판(4200)을 상기 제1절연재(3100)와 제2절연재(3200)의 양 측면에 배치한다.
이때 상기 제1이음매판(4100)과 제2이음매판(4200)은 상기 제1절연재(3100)와 제2절연재(3200)을 감싸는 형상을 하되, 제1철도레일(110)과 제2철도레일(120)과 직접 접촉하지 않는 형상을 갖는다.
상기 제1철도레일(110), 제2철도레일(120), 제1절연재(3100), 제2절연재(3200), 제1이음매판(4100) 및 제2이음매판(4200)의 측면에 공통으로 형성된 관통공에 절연링(5000)이 삽입된다.
상기 절연링 내부로 형성된 통공으로 사각볼트(610)을 일측방향으로 삽입하고, 타측방향에서 와셔(620)와 육각너트(630)로 체결하여 접착절연레일 시스템의 결합력을 보강한다.
상기 제1절연재(3100)와 제2절연재(3200)은 절연체로 구성되어 제1철도레일(110)과 제2철도레일(120)로 형성되는 궤도회로 내 각 전류가 상호 통전되어 선로 내 정지신호가 현시되지 않도록 막는 역할을 수행한다.
또한 상기 절연링(5000)도 비절연체인 상기 사각볼트(610), 와셔(620) 및 육각너트(630)가 직접 제1철도레일(110) 및 제2철도레일(120)과 맞닿는 것을 방지하는 기능을 수행하고 있어 상시 외부로 노출되어 있어 예측하지 못하는 외부 전류가 상기 사각볼트(610), 와셔(620) 및 육각너트(630)를 통해 상기 궤도회로 내로 통전하는 것을 막는 역할을 수행한다.
상기 사각볼트(610), 와셔(620) 및 육각너트(630)는 상기 제1이음매판(4100) 및 제2이음매판(4200) 상에서 선로 길이방향 좌우측으로 교번되어 배치되어 체결될 수 있다.
3. 제3 실시예
기존 접착절연레일 시스템은 고속주행의 철도차량이나 고중량이 적재된 화물열차가 통과할 경우 이음부 상단에 압축력이 그리고 하단에는 인장력이 작용하여 불가피하게 상하 또는 좌우 휨이 발생한다.
좌우 휨의 경우 상기 제1절연재(3100), 제2절연재(3200), 제1이음매판(4100) 및 제2이음매판(4200)을 횡방향으로 관통하여 결속하는 사각볼트(610), 와셔(620) 및 육각너트(630)가 있어 통제가 가능하나, 상하 휨의 경우 제1철도레일(110)과 제2철도레일(120) 하부에 위치한 침목 이외에는 지지부가 없다.
본 발명 실시예에서는 접착절연레일 시스템의 상하 휨을 억제하는 구성들에 대해 설명한다.
구체적으로, 본 실시예의 마주하는 제1철도레일(110)과 제2철도레일(120)의 단면은 제2실시예에서 상술한 제3단계에 따라 같이 각각 제1인써트(1100) 및 제2인써트(1200)와 결합한다.
상기 제1인써트(1100)와 제2인써트(1200)와 절연편(2000)이 마주하는 단면은 폴리아미드 수지를 주 매트릭스로 하는 열경화성 핫멜트 접착제로 도포된 후 결합된다.
상기 결합부분들이 철도차량이 접착절연레일 시스템을 통과할 때 상기 시스템에 가하는 철도차량 수직 축중하중(20톤)과 길이방향 축력(74톤)을 견딜 수 있게 하기 위해 제1철도레일과 제2철도레일 사이의 결합부분들 측면에 보강부재를 설치한다.
본 실시예에서 상기 측면 보강부재는 다음과 같이 설치된다.
상기 접착절연레일 시스템의 제1철도레일(110)과 제2철도레일(120) 복부(102)에 복수의 관통공을 대칭으로 형성시킨다.
상기 관통공에 맞추어 관통공이 형성된 제1절연재(3100)와 제2절연재(3200)를 상기 제1철도레일(110)과 제2철도레일(120) 이음부 양 측면에 각각 배치한다.
이때 상기 제1절연재(3100)과 제2절연재(3200)는 상기 제1철도레일(110)과 제2철도레일(120)의 상단(101) 하부와 복부(102) 그리고 저부(103)의 일부를 감싸는 형태로 형성될 수 있다.
상기 관통공에 맞추어 관통공이 형성된 제1이음매판과 제2이음매판을 상기 제1절연재와 제2절연재의 양 측면에 배치한다.
역시 상기 제1이음매판과 제2이음매판를 상기 제1절연재과 재2절연재 양 측면에 배치한다.
이때 상기 제1이음매판과 제2이음매판은 상기 제1절연재와 제2절연재을 감싸는 형상을 하되, 제1철도레일(110)과 제2철도레일(120)과 직접 접촉하지 않는 형상을 갖는다.
상기 제1철도레일(110), 제2철도레일(120), 제1절연재, 제2절연재, 제1이음매판 및 제2이음매판의 측면에 공통으로 형성된 관통공에 절연링(5000)이 삽입된다.
상기 절연링 내부로 형성된 통공으로 사각볼트(610)을 일측방향으로 삽입하고, 타측방향에서 와셔(620)와 육각너트(630)로 체결하여 접착절연레일 시스템의 결합력을 보강한다.
상기 제1절연재(3300)와 제2절연재(3400)은 절연체로 구성되어 제1철도레일(110)과 제2철도레일(120)로 형성되는 궤도회로 내 각 전류가 상호 통전되어 선로 내 정지신호가 현시되지 않도록 막는 역할을 수행한다.
또한 상기 절연링(5000)도 비절연체인 상기 사각볼트(610), 와셔(620) 및 육각너트(630)가 직접 제1철도레일(110) 및 제2철도레일(120)과 맞닿는 것을 방지하는 기능을 수행하고 있어 상시 외부로 노출되어 있어 예측하지 못하는 외부 전류가 상기 사각볼트(610), 와셔(620) 및 육각너트(630)를 통해 상기 궤도회로 내로 통전하는 것을 막는 역할을 수행한다.
상기 사각볼트(610), 와셔(620) 및 육각너트(630)는 상기 제1이음매판 및 제2이음매판 상에서 선로 길이방향 좌우측으로 교번되어 배치되어 체결될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 레일
101: 레일 두부
102: 레일 복부
103: 레일 저부
110: 제1철도레일
120: 제2 철도레일
200: 절연편
310: 제1절연재
320: 제2 절연재
410: 제1이음매판
420: 제2이음매판
610: 사각볼트
620: 와셔
630: 육각너트
1100: 제1인써트
1200: 제2 인써트
2000: 절연편
3100: 제1절연재
3200: 제2절연재
4100: 제1이음매판
4200: 제2이음매판
5000: 절연링
101: 레일 두부
102: 레일 복부
103: 레일 저부
110: 제1철도레일
120: 제2 철도레일
200: 절연편
310: 제1절연재
320: 제2 절연재
410: 제1이음매판
420: 제2이음매판
610: 사각볼트
620: 와셔
630: 육각너트
1100: 제1인써트
1200: 제2 인써트
2000: 절연편
3100: 제1절연재
3200: 제2절연재
4100: 제1이음매판
4200: 제2이음매판
5000: 절연링
Claims (7)
- 철도차량 차륜과 맞닿는 레일두부(101); 상기 레일두부와 일체로 형성된 레일복부(102); 및 상단은 상기 레일복부와 일체로 연결되고 하부는 침목과 레일연결구로 체결되는 레일저부(103)로 이루어진 철도레일에 있어서,
인접한 제1철도레일(110)과 제2철도레일(120)의 길이방향 양단부에 각각 결합하는 제1인써트(1100) 및 제2인써트(1200);
상기 제1인써트(1100)와 제2인써트(1200) 사이에 위치하는 절연편(2000); 상기 제1철도레일(110)과 제2철도레일(120) 양 측면에 위치하여 상기 2개의 철도레일을 연결하는 제1절연재(3100) 및 제2절연재(3200);
상기 제1절연재(3100) 측면에 위치하는 제1이음매판(4100) 및 상기 제2절연재(3200) 측면에 위치하는 제2이음매판(4200);
상기 제1철도레일(110) 및 제2철도레일(120) 레일복부(102)에 형성된 복수의 관통공에 삽입되는 절연링(5000); 및
상기 절연링(5000)의 통공에 삽입되어 상기 제1절연재(3100), 제2절연재(3200), 제1이음매판(4100) 및 제2이음매판(4200)을 각각 관통하여 결합시키는 체결수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 비자성체 인써트를 사용하는 접착절연레일 시스템
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1인써트(1100) 및 제2인써트(1200)는 탄소 0% 내지 0.08%, 니켈 8 % 내지 13%와 상기 탄소 함유량 5배 이상의 티타늄을 함유하는 스테인리스 스틸로 제조되는 것을 특징으로 하는 비자성체 인써트를 사용하는 접착절연레일 시스템
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1철도레일(110)과 제1인써트(1100) 및 제2철도레일(120)과 제2인써트(1200)를 소정 간극을 두고 정렬하는 제1단계;
상기 제1철도레일(110)과 제1인써트(1100) 및 제2철도레일(120)과 제2인써트(1200)에 각각 전류를 흐르게 하는 제2단계;
상기 제2단계에 의해 제1철도레일(110)과 제1인써트(1100) 및 제2철도레일(120)과 제2인써트(1200) 사이 접촉단면이 가열되면 제1철도레일(110)과 제1인써트(1100) 및 제2철도레일(120)과 제2인써트(1200)를 가압하여 상기 간극을 제거하고 일체화 시키는 제3단계 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 비자성체 인써트를 사용하는 접착절연레일 시스템
- 청구항 1에 있어서,
상기 절연편(2000)은 제1인써트(1100) 및 제2인써트(1200)와 폴리아미드 수지를 매트릭스로 하는 열경화성 핫멜트 접착제로 결합되는 것을 특징으로 하는 비자성체 인써트를 사용하는 접착절연레일 시스템
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1이음매판(4100) 및 제2이음매판(4200)은 상기 제1절연재(3100)와 제2절연재(3200)를 각각 감싸는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 비자성체 인써트를 사용하는 접착절연레일 시스템
- 청구항 1에 있어서,
상기 체결수단은 사각볼트(610), 육각너트(620) 및 와셔(630)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 비자성체 인써트를 사용하는 접착절연레일 시스템
- 청구항 7에 있어서,
상기 체결수단이 체결된 상태에서 상기 제1이음매판(4100) 및 제2이음매판(4200)에는 상기 사각볼트(610)의 헤드와 육각너트(620)가 교번되어 배치되는 특징으로 하는 비자성체 인써트를 사용하는 접착절연레일 시스템
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| KR20210008236A (ko) | 2019-07-11 | 2021-01-21 | (주)금호전력 | 철도용 궤도회로 절연상태 확인장치 |
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2022
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