KR850001854B1

KR850001854B1 - 철도차량대차의 볼스터-사이드 프레임장치

Info

Publication number: KR850001854B1
Application number: KR8201766A
Authority: KR
Inventors: 더블유 · 멀캐히 해리
Original assignee: 루이스 디 · 데이비스; 암스테드 인더스트리즈 인코포레이티드
Priority date: 1982-04-21
Filing date: 1982-04-21
Publication date: 1985-12-28
Also published as: KR830009969A

Abstract

내용 없음.

Description

철도차량대차의 볼스터-사이드 프레임장치

제1도는 본 발명에 따른 철도차량대차의 일부분의 측면도.

제2도는 제1도의 철도차량대차의 일부분의 측면도.

제3도는 제1도의 철도차량대차의 볼스터 말단부분의 정면도.

제4도는 제3도의 4-4선에 따른 볼스터 말단부분의 평면도.

본 발명은 철도차량대차(railroad car trucks), 특히 대차의 개선된 볼스터-사이드 프레임장치에 관한 것이다. 근래의 철도차량대차들은 일반적으로 3부대차(3-piece truck)에 관한 것들이다. 대차는 한쌍의 사이드프레임 말단에 형성된 받침턱내에 위치한 베어링에 저어널된 축말단을 갖는 한쌍의 휘일세트(wheelset)를 포함한다. 각각의 사이드프레임은 중앙부에 창(window)을 갖는데, 그 창내에서 일련의 스프링세트가 횡축적으로 위치한 볼스터의 말단을 지지하여 준다. 그 스프링은 철도차량몸체를 지지하여 주는 볼스터의 수직운동을 부드럽게 하여 준다. 볼스터말단과 사이드프레임 사이의 연결구는 대부분 볼스터의 수직진동운동을 완화시키는 마찰슈즈세트를 포함한다. 마찰슈즈(friction shoes)는 각각 볼스터 말단안에서 등을 맞대고 형성된 포켓내에 놓여진다. 포켓의 등을 맛대고 위치함(back-to-back positioning)은 포켓사이에서의 볼스터의 단면계수(section modulus)의 실질적인 감소를 가져 온다. 대차볼스터의 수직운동에 부가하여, 볼스터는 대차가 움직이는 동안의 위치변화에 따라서 빗놀이 하거나 기울어지거나 한다.

이러한 볼스터의 운동이 완화되지 않으면 볼스터의 구조재(structural members)와 사이드프레임 사이의 접촉을 초래할 수 있다. 그러한 접촉은 사이드프레임이 대차높이의 불균일에 대응하여 상하로 움직이는 경우에도 일어날 수 있다. 대차운동에 관계되는 동력 및 정력(dynamic and static force)은 그러한 접촉이 발생하는 경우에는 그만큼 매우 크게 되며 결과 높은 응력(stresses)이 발생된다. 마찰슈즈포켓 사이에서의 볼스터의 감소된 단면계수때문에 볼스터의 그 부분은 더욱 응력을 받게 되거나 심지어는 항복점(yield member)을 범어나게 된다. 결과, 볼스터는 약화되어 결국 영구적인 변형을 갖게 된다. 본 발명의 철도차량대차는 중앙부에 각각 창을 가지는 한쌍의 사이드프레임을 포함한다. 각각의 창은 상부장력재(tension member), 저부압축재(compression member) 및 전후방 연결측벽들(side walls)을 포함한다. 이 측벽들에는 교환가능한 마모판들이 부착되어 있다. 각각의 저부압축재위에는 한 세트의 코일스프링이 있다. 이 스프링세트는 사이드프레임 사이에 횡축적으로 위치한 볼스터의 말단들을 지지하여 준다. 각각의 볼스터 말단들은 사이드프레임 창을 통하여 신장되어 그들 사이의 연결을 형성한다.

볼스터는 정부벽, 저부벽 및 전후방 측벽으로 구성된 길다란 중공(hollow)구조를 갖는다. 각각의 볼스터 말단안에는 등을 맞대고 위치한 한 세트의 전후방 마찰슈즈포켓이 있다. 각각의 포켓은 사이드프레임상의 마모판들과 연결되어 볼스터의 수직진동운동을 완화시켜 주는 마찰슈즈를 포함한다. 그러한 진동은 코일스프링 받침장치의 고유한 특성인 것이다.

각 마모판의 가장자리부분은 마찰슈즈 포켓뒤편 측방으로 신장하여 볼스터전후방 측벽의 밑부분으로 형성된 내부 및 외부랜드(lands)와 나란히 배열된다. 각각의 내부랜드와 각 마모판 내부가장자리 부분사이의 공간이 각각의 외부랜드와 각 마모판외부 가장자리 부분사이의 공간보다 작게 되도록 하기 위하여 내부랜드들은 외부랜드들보다 더 거리를 두고 돌출형성된다. 이러한 위치배열은 볼스터 외부랜드들이 내부랜드들로부터 안쪽으로 편기(偏寄)되는 결과를 가져온다. 이러한 비직선상배열의 내부 및 외부볼스터 랜드세트의 사용은 중요한 몇가지 결과를 가져온다.

첫째, 볼스터가 상하로 흔들릴 때, 즉 대차의 세로축을 중심으로 회전할 때, 볼스터와 사이드프레임 사이의 접촉은 볼스터의 내부랜드세트 및 사이드프레임 창 마모판의 내부 가장자리 부분으로 제한된다. 이러한 접촉은 볼스터를 뒤틀리게 하는 경향이 있어서 볼스터 몸체내에 응력에 관계된 토우크(torque)가 생기게 된다. 그러나 볼스터의 정부벽, 저부벽, 측벽 및 내부강화 리브(ribs)들은 비틀림에 저항할 수 있는 충분한 강도를 가지고 있으므로 손상받지 않는다. 볼스터의 비틀림은 사이드프레임이 상하로 움직일 때도 일어난다. 사이드프레임들이 상반방향으로 움직일 때 볼스터의 비틀림은 심하게 될 수 있다.

둘째, 볼스터가 빗놀이, 즉 대차의 수직측에 대하여 수평적으로 회전할 때, 볼스터와 사이드프레임 사이의 접촉은 볼스터의 내부랜드세트 및 사이드프레임 창마모판의 내부 가장자리부분으로 제한된다. 이러한 접촉은 볼스터를 휘게 하려는 경향이 있어 볼스터 몸체내에 응력에 관계된 벤딩(bending)이 생기게 된다. 그러한 벤딩동안 볼스터와 철도차량 몸체사이의 중앙판접촉은 볼스터의 중앙부분의 운동을 방해한다. 그러나, 볼스터몸체는 그러한 벤딩을 견디어 내기에 충분히 강하므로 손상되지 않는다.

본 발명에 의하여, 볼스터-사이드프레임 연결시스템이 시스템중량의 증가없이 강화된다. 볼스터 몸체영역이 상대적으로 낮은 응력수준으로 남게 되므로 부가적인 강화를 첨가할 필요가 없다. 볼스터-사이드프레임 연결은 볼스터의 빗놀이운동 및 사이드프레임의 핏칭운동을 조절하여야 하는데 이러한 운동들은 볼스터의 구조재와 사이드프레임 사이에서 접촉이 일어날 때 응력을 일으킬 수 있다. 볼스터 구조재의 항복점(yield point) 이하로 응력을 유지시키기 위해서는, 볼스터-사이드프레임접촉은 응력이 충분한 강도를 갖는 구조재들에 고루 분포될 수 있는 볼수터의 영역으로 제한되어야 하며, 이러한 것은 본 발명에 의하여 성취되는 것이다. 이제 본 발명의 대차를 도면과 함께 설명한다.

철도차량대차(10)의 단편적인 주요 부분들이 도면들에 도시되어 있다. 대차는 한쌍의 사이드프레임(12)을 갖는다. 사이드프레임(12)의 각 말단에는 효일세트(18)의 축이 저어널되는 받침턱(14)이 있다. 사이드프레임(12)의 중앙부에는 창부재(24, window member)와 전후 측벽(26,28)이 있다. 통상적으로 대차는 이방향성이므로 "전후"의 용어는 이 점을 용이하게 표현하는데 사용되는 것이다. 각각의 측벽(26,28)에는 마모판(30)이 부착되어 있다. 대차(10)는 또한 사이드프레임(12) 사이에 횡축적으로 위치한 볼스터(32)를 포함한다. 사이드프레임 창부재(24)위에는 한 세트의 코일스프링(36, 다이어그램식으로 도시하였음)이 있는데, 이것은 볼스터말단을 탄성적으로 지지하여 볼스터의 수직운동을 부드럽게 하여 준다. 볼스터(32)는 길다란 중공(hollow)(38)몸체를 갖는데, 이것은 전후방 측벽(44,46)에 연합된 정부벽(40) 및 저부벽(42)으로 구성된다. 볼스터몸체(38)의 중심부(48)에는 철도차량몸체(도시않음)와의 연결부를 형성하는 중심판(50)이 있다. 볼스터말단 외측부분(34)에는 등을 맞댄 형태로 위치한 전후방 마찰슈즈포켓(52,54)이 형성되어 있다. 각각의 포켓(52)와 (54)는 각각 바걀쪽으로 면한 통로(56)을 가지며 정부재(58,top member), 하방경사진 측면부재(60, side member) 및 내부의 오프셋저부재(62, offset bottom member)로 구성된다. 정부재(58)과 저부재(62)는 각각 볼스터의 정부벽(40) 및 저부벽(42)의 구성요소로서 형성될 수도 있다. 즉, 정부재(58)과 저부재(62)는 각각 볼스터 정부벽(40) 및 저부벽(42)내에 움푹 들어간 형태로 구성됨으로서 포켓(52)와 (54) 사이에서의 볼스터(32)의 횡단면중량 및 단면계수(section modulus)를 감소시킬 수 있다.

한편, 하방경사진 마찰벽(64)는 상기 부재들(58,62)에 연합된다. 각각의 포멧(52),(54)내에는 저부벽(68), 수직벽(70) 및 경사진 마모재(72)를 포함하여 구성된 삼각형의 마찰슈즈(66)가 배설되어 있다. 상기 저부벽(68)은 스프링세트(36)의 스프링과 결착되어 있으므로 슈즈(66)는 상방으로 힘을 받으며, 결과 슈즈마모재(72)는 슈즈포켓의 마찰벽(64)와 맞물림 접촉하게 된다. 마찰벽(64)의 경사는 슈즈(66)가 외측으로 힘을 받게 하여 그 수직벽(70)이 각 사이드프레임창 마모판(30)의 중앙부분(74)과 결착하도록 하여 준다.

마찰슈즈포켓 통로(56)의 각 측면위에는 볼스터의 전방벽(44) 및 후방벽(46)의 일부분으로 형성된 내부랜드(76) 및 외부랜드(78)이 있다. 내부랜드(76)와 외부랜드(78)은 내부리브(80)과 외부리브(82) 사이에 위치한다. 내부랜드(76)는 외부랜드(78)보다 포켓통로(56)으로부터 더 멀리 떨어져 위치하도록 형성되어 있다. 마모판(30)의 가장자리부분(84,86)은 볼스터의 내부랜드(76) 및 외부랜드(78)와 대향할만큼 충분히 넓게 형성된다. 사이드프레임 창의 측벽(26)과 (28)은 내외 볼스터리브(80)(82) 사이에 위치한다.

내부랜드(76)과 외부랜드(78)가 일직선상으로 배열하지 않으므로 내부랜드(76)와 마모판(30)의 내측 가장자리(84) 사이의 공간(88)은 외부랜드(78)와 마모판(30)의 외측 가장자리(86) 사이의 공간(90)보다 작다. 작동하는 동안, 대차는 복합적인 동력 및 정력(dynamic force and static force)을 받게 된다. 정력은 자연적인 중력으로 차량몸체의 하중에 의한 것이다. 그리고 동력은 예를들면, 철도차량의 결합 및 해체과정중에 받을 수도 있고, 또한 철도차량운행중 가속, 감속, 방향변환 등에 의하여 받을 수도 있다. 이러한 힘들은 노바의 파손 및 궤도의 불균일에 의하여 더욱 크게 된다. 이러한 힘들은 볼스터(32)와 사이드프레임(12)이 모든 방향에 있어서 직선적 및 회전적으로 운동하도록 한다.

볼스터(32)의 수직운동은 스프링세트(36) 및 마찰슈즈(66)를 포함하는 시스템에 의하여 조절된다. 볼스터(32)와 사이드프레임(12)의 다른 운동은 근본적으로 조절 되지는 않으나, 본 발명에 있어서는 사이드프레임(12)의 인접구조재와 볼스터(32) 사이의 접촉에 의하여 일정세트 한계내에서 유지된다. 예를들어 설명하면, 볼스터(32)는 철도차량의 연결동안 생성되는 힘에 상응하여 대차(10)의 추축(alteral axis)을 중심으로 상하운동하거나 회전운동할 수 있다. 또한 사이드프레임(12)은 궤도의 불균일함의 결과로서 상하운동할 수도 있다. 이러한 볼스터(32)와 사이드프레임(12)의 피치회전(pich rotation)은 사이드프레임창 마모판(30)의 내측 가장자리부분(84)과 볼스터내부랜드(76) 사이의 접촉에 의하여 제한된다. 이러한 접촉은 볼스터몸체(38)를 비틀게 하는 경향이 있어서 그로 인한 응력에 관계된 토우크(torque)를 생성할 수 있다. 볼스터(32)는 또한 휘일세트(18)에 의하여 생기는 추진력에 대응하여 빗놀이(yawing), 즉 대차(10)의 수직축에 대해 수평적으로 회전할 수 있다. 볼스터(32)의 이러한 회전 역시 상기한 사이드프레임창 마모판(30)의 내측 가장자리부분(84)과 볼스터내부랜드(76) 사이의 접촉에 의하여 제한된다. 이러한 접촉은 볼스터몸체(38)를 휘게 하는 경향이 있어서 그로 인한 응력에 관계된 벤딩(bending)을 초래할 수 있다. 그러나, 각각의 경우에 있어서 볼스터외부랜드(78)와 사이드프레임창 마모판(30)의 외측 가장자리부분(86) 사이에는 아무런 접촉이 일어나지 않으므로 앞서 언급한 비틀림 토우크 및 벤딩이 볼스터(32)에 의하여 무리없이 수용될 수 있는 것이다. 즉, 결과적으로 마찰슈즈(52,54) 사이에서의 볼스터몸체(38) 부분은 영향을 받지 않게 되므로 응력에 의한 영구적손상 및 약화파손의 결과가 초래되지 않는 것이다.

Claims

한쌍의 사이드프레임(12), 사이드프레임 사이에 횡적으로 위치하며 그 말단부분이 상기 사이드프레임에 형성된 창(24)내에서 탄성적으로 지지되는 볼스터(32), 상기 볼스터 말단부분에 형성된 한쌍의 마찰슈즈 포켓(52,54), 상기 마찰슈즈포켓에 각각 수용되어 상기 사이드프레임창의 수직측벽(26,28)에 맞물려지는 마찰슈즈(66)를 포함하는 철도차량대차에 있어서, 사이드프레임창(24)의 수직측벽(26,28)에 각각 그 측면 가장자리가 마찰슈즈(66)의 넓이보다 더 넓게 신장된 마모판(30)을 부착 설치하고, 상기 마찰슈즈포켓 측면위 볼스터(32)의 말단부분에 내부랜드(76) 및 외부랜드(78)을 형성하되 상기 볼스터내부랜드(76)와 마모판(30) 사이의 공간(88)보다 외부랜드(78)과 마모판(30) 사이의 공간(90)을 좀 더 크게 구성하여, 볼스터(32)와 사이드프레임(12)의 관계운동시 그들사이의 접촉이 볼스터내부랜드(76)와 사이드프레임 마모판(30)의 내측 가장자리부분(84)에 국한되도록 구성한 철도차량대차의 볼스타-사이드프레임장치.