KR101531471B1 - 철도 차량용 조타 대차 - Google Patents

Abstract

조타축의 전후 지지를 조타 기구만으로 행하고 있는 조타 대차의 조타 장치가 파단된 경우에도, 대차 프레임과 윤축의 분리를 방지하여 차체를 계속하여 지지한다. 조타축(2)을 회전가능하게 지지하는 각 축함(4)의 차량 진행 방향에 있어서의 전후 지지를, 대차 프레임(6)에 회전가능하게 연결되는 조타 레버(3b)에 대하여 축함(4)에 회전가능하게 연결되는 조타 링크(2a)와 볼스터(7)에 회전가능하게 연결되는 연결 링크(3c)를 각각 회전가능하게 연결한 조타 장치(3)로 행하도록 한 조타축(2)의 축함 지지 장치를 구비한 철도 차량용 조타 대차(11)이다. 축함(4)의 전후 이동이 최소 곡선을 통과할 때의 최대 조타시의 전후 이동 범위를 넘었을 때에, 조타축(2)의 축함(4)이 맞닿는 스토퍼(12)를, 대차 프레임(6)에 있어서의 축거가 늘어나는 측과 줄어드는 측의 양쪽에 설치한다.

Description

철도 차량용 조타 대차{RAILWAY VEHICLE STEERING TRUCK}

본 발명은, 대차 프레임과 조타하는 윤축(이하, 조타축이라고 한다) 사이의 차량 진행 방향에 있어서의 전후의 결합이, 조타축의 양측부를 지지하는 축함과, 대차 및 차량 상당부를, 레버와 링크로 결합하는 조타 장치만으로 행해지는 철도 차량용 조타 대차에 관한 것이다. 특히, 이러한 조타 대차에 있어서, 조타 장치가 파단한 경우에 대비한 스토퍼 기구에 특징을 가지는 것이다.

철도 차량용 조타 대차에서는, 곡선 통과시에 조타 장치에 의해 조타축이 차량 진행 방향의 전후(이하, 간단히 전후 방향이라고 한다)로 동작한다. 그러나, 조타 장치가 어떠한 이상에 의해 파단한 경우, 대차 프레임과 윤축간의 상기 전후 방향의 지지 강성이 극단적으로 저하된다. 여기서, 조타 장치가 파단해도, 대차 프레임과 조타축의 분리를 방지할 필요가 있어, 종래부터, 다양한 구조의 조타 대차가 개시되어 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에는, 조타 장치와 병렬로 축함 전후 지지 장치를 배치한 대차가 개시되어 있다. 이러한 대차에서는, 조타 장치가 파단한 경우는, 축함 전후의 지지 장치에 의해 대차 프레임과 조타축의 상대 위치 관계를 유지할 수 있다.

그러나, 특허문헌 1에 개시된 대차에서는, 조타 장치가 정상적으로 작용하고 있는 경우는, 곡선 통과시, 조타 장치에 의해 조타축이 전후 방향으로 크게 움직이므로, 축함 전후 지지 장치는 큰 동작 범위를 가지는 기구로 할 필요가 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 조타 장치와 축함 전후 지지 장치를 일체 혹은 병렬로 배치한 대차가 개시되어 있다. 이러한 대차에서는, 조타 장치가 파단한 경우에도, 대차 프레임과 조타축의 상대 위치 관계를 유지할 수 있다.

그러나, 특허문헌 2에서 개시된 대차도, 조타 장치가 정상적으로 작용하고 있는 경우는, 곡선 통과시, 조타 장치에 의해 조타축이 전후 방향으로 크게 움직이므로, 특허문헌 1과 동일한 과제를 가진다.

일본국 특허공개 2002-211394호 공보 일본국 특허공개 평 8-282488호 공보

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래의 조타 대차는, 곡선 통과시, 조타 장치에 의해 조타축이 전후 방향으로 크게 움직이므로, 큰 동작 범위를 가지는 축함 전후 지지 장치가 필요하다는 점이다.

본 발명은, 조타 장치의 정상 동작시는, 조타축의 전후 방향의 지지를 조타 장치만으로 행하고, 조타 장치의 파단시는, 최대 조타시의 전후 이동 범위의 외측에 설치한 스토퍼로 대차 프레임과 조타축의 분리를 방지하고, 또한 영향을 최소한으로 억제하면서 차체를 계속하여 지지하는 것을 목적으로 하고 있다.

즉, 본 발명은, 조타축을 회전가능하게 지지하는 각 축함의 전후 방향의 지지를, 대차부에 회전가능하게 연결되는 조타 레버에 대하여 축함부에 회전가능하게 연결되는 조타 링크와 차체부에 회전가능하게 연결되는 연결 링크를 각각 회전가능하게 연결한 조타 장치로 행하도록 한 조타축의 축함 지지 장치를 구비한 철도 차량용 조타 대차의 경우는, 축함의 전후 이동이 최소 곡선을 통과할 때의 최대 조타시의 전후 이동 범위를 넘었을 때에, 조타축을 지지하는 축함부가 맞닿는 스토퍼를, 대차부에 있어서의 축거가 늘어나는 측과 줄어드는 측의 양쪽에 설치한 것을 가장 주요한 특징으로 하고 있다.

또한, 조타축을 회전가능하게 지지하는 축함 중, 차량폭 방향의 동일한 측의 전후에 배치된 축함의, 전후 방향의 지지를, 대차부에 회전가능하게 연결되는 조타 레버에 대하여 각 축함부에 회전가능하게 연결되는 조타 링크와 차체부에 회전가능하게 연결되는 연결 링크를 각각 회전가능하게 연결한 조타 장치로 행하도록 한 조타축의 축함 지지 장치를 구비한 철도 차량용 조타 대차의 경우는, 상기 축함부의 대차부에 대한 전후 이동량이, 최소 곡선을 통과할 때의 최대 조타시의 전후 이동량보다 많이 전후 이동하지 않도록, 대차부의 축거가 늘어나는 측과 줄어드는 측의 양쪽에, 축함부와 맞닿는 스토퍼를 설치한 것을 가장 주요한 특징으로 하고 있다.

본 발명의 조타 대차는, 조타 장치가 파단한 경우도, 축함의 전후 방향의 이동은 스토퍼에 의해 구속되므로, 조타 장치의 파단 영향을 최소한으로 억제하면서 차체를 계속하여 지지할 수 있다.

본 발명에 의하면, 조타축의 전후 방향의 지지를 조타 장치만으로 행하고 있는 조타 대차에 있어서의 조타 장치가 파단한 경우에도, 대차 프레임과 조타축의 분리를 방지하여, 차륜과 레일의 어택 각을 통상 대차의 곡선 통과시의 어택 각과 같게 억제할 수 있다. 따라서, 조타 장치 파단 시의 안전성을 높일 수 있다.

도 1은 제1의 본 발명의 조타 대차의 개략 구성을 차량의 상측으로부터 본 도면이고, (a)는 직선로 주행시, (b)는 최소 곡선로 주행시, (c)는 최소 곡선로 주행시의 축함과 스토퍼부의 확대도이다.
도 2는 도 1과 동일한 도면으로, (a)는 직선로 주행중에 조타 장치가 파단했을 시의 도면, (b)는 최소 곡선로 주행 시의 도면이다.
도 3은 제2의 본 발명의 조타 대차의 개략 구성을 차량의 상방으로부터 본 도면이다.
도 4는 정상 스프링식의 축함 지지 장치를 설명하는 도면으로, (a)는 비조타시, (b)는 조타시의 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 조타 대차에 설치하는 스토퍼부의 구체적 예를 도시한 도면이다.
도 6은 종래의 조타 대차의 개략 구성을 차량의 상방으로부터 본 도면이다.

본 발명에서는, 조타축의 전후 방향의 지지를 조타 장치만으로 행하는 조타 대차의 조타 장치가 파단해도, 대차 프레임과 조타축의 분리를 방지하고, 또한 영향을 최소한으로 억제하면서 차체를 계속하여 지지한다고 하는 목적을, 최대 조타시의 전후 이동 범위의 외측에 스토퍼를 설치함으로써 실현했다.

실시예

이하, 본 발명의 착상으로부터 과제 해결에 이르는 경과를 설명한 후, 본 발명의 실시예를, 도 1∼도 5를 이용하여 설명한다.

종래의 조타 대차(1)는, 예를 들면 도 6에 도시하는 바와 같이, 조타축(2)을 조타하는 조타 장치(3)와, 조타축(2)의 양단부를 회전가능하게 지지하는 축함(4)의 전후 방향의 이동을 지지하는 축함 전후 지지 장치(전후 지지 스프링)(5)를 병렬로 설치하고 있다. 따라서, 조타 장치(3)에 의한 조타축(2)의 조타시에, 축함 전후 지지 장치(5)를 동시에 이동시키는 상황으로 되어 있다. 또한, 도 6중의 6은 대차 프레임, 7은 차체 상당의 요잉 동작을 하는 볼스터를 나타낸다.

이 때문에, 조타 장치(3)의 조타 링크(3a)에는, 조타축(2)을 조타하기 위한 강도뿐만 아니라, 병렬로 설치되어 있는 축함 전후 지지 장치(5)를 크게 전후로 움직일 때에 생기는 반력에 대해서도 견딜 수 있는 충분한 강도를 가질 필요가 있다.

또한, 축함 전후 지지 장치(5)는, 곡선 주행 중에 조타축(2)이 조타될 때마다 조타 장치(3)의 움직임에 추종하는 큰 변형을 수반하므로, 전후 방향에 큰 허용 변위를 가지고, 또한 대변위에 대한 내구성이 필요했다.

여기서, 본 발명에서는, 조타 장치(3)의 동작 범위 내에서의 축함(4)의 전후 방향의 지지 강성을 최소한으로 작게 함과 더불어, 조타 장치(3)의 동작 범위의 외측에, 축함(4)과의 간극을 적절하게 설정한 스토퍼(12)를 설치함으로써, 상기의 종래의 조타 대차에 있었던 문제점을 해결하는 것으로 했다.

즉, 본 발명의 조타 대차(11)는, 조타 장치(3)의 동작 범위 내에서의 축함(4)의 전후 방향의 지지 강성을 최대한 작게 하기 위해서, 도 1∼도 3에 도시하는 바와 같이, 대차 프레임(6)에 대한 축함(4)의 전후 지지를 행하는 축함 전후 지지 장치를 별도 설치하지 않는 것으로 하고 있다.

추가하여, 본 발명에서는, 조타 장치(3)의 동작 범위의 외측에, 축함(4)과의 간극량을 적절하게 설정한 스토퍼(12)를 설치하는데, 조타 장치(3)의 설치 양태에 따라, 스토퍼(12)와 축함(4)의 최적 간극량이 상이하다.

이하, 이들에 대하여 도 1∼도 3을 이용하여 설명한다.

(제1의 발명: 도 1 및 도 2 참조)

제1의 발명은, 조타하는 조타축(2)의 각 축함(4)의 전후 방향의 지지를, 대차 프레임(6)에 회전가능하게 연결된 조타 레버(3b)에 대하여, 축함(4)에 회전가능하게 연결된 조타 링크(3a)와 볼스터(7)에 회전가능하게 연결된 연결 링크(3c)를, 각각 회전가능하게 연결한 조타 장치(3)로 행하도록 한다.

그리고, 조타축(2)의 축함(4)이, 최소 곡선로를 통과할 때의 전후 이동량보다도 조금 큰 전후 이동이 발생한 경우에, 축함(4) 또는 축함(4)에 부속되는 부품이 대차 프레임(6)에 설치한 스토퍼(12)에 맞닿도록 한다. 즉, 최소 곡선로의 통과시에는 축함(4)과 스토퍼(12)가 맞닿지 않도록 한다.

스토퍼(12)는, 대차 프레임(6)과 조타축(2)의 분리 방지의 관점에서는, 축거가 늘어나는 측에 설치하면 좋지만, 조타 장치(3)가 파단한 경우, 축거가 줄어드는 측으로 조타축(2)이 움직이는 것도 생각할 수 있으므로, 축거가 늘어나는 측과 줄어드는 측의 양쪽에 설치하는 것이 바람직하다.

그리고, 최소 곡선로의 통과시에 있어서의 축함(4)과 스토퍼(12)의 간극량 Y는, 최소 곡선 통과시에 있어서의 조타축(2)의 축함(4)의 전후 이동량을 X(도 1(c) 참조)로 하면, Y＜X가 되는 범위에서 최대한 작은 값이 되도록 설정한다.

왜냐하면, Y＜X이면, 조타 장치(3)가 파단하여 축함(4)이 스토퍼(12)에 맞닿은 경우라도, 대차 프레임(6)과 조타축(2) 사이의 요잉각 α1(=(X+Y)/2A rad)을, 최대 조타시의 요잉각 α2(=X/A rad)보다도 작게 억제할 수 있기 때문이다(도 1(c) 참조). 또한, 2A는 차폭 방향의 스토퍼(12)간의 중심 거리이다(도 2(b) 참조).

이 도 1 및 도 2에 도시하는 조타 대차(11)의 조타 장치(3)가 파단하여 축함(4)이 스토퍼(12)에 맞닿은 상태로 된 경우의, 차륜과 레일의 어택 각을 하기 표 1에 표시한다. 하기 표 1에는 조타를 행하지 않는 통상 대차의 경우의 차륜과 레일의 어택 각도 함께 도시한다.

그런데, 특허 제3448445호에는, 곡선 통과시의 차륜과 레일의 어택 각이 제로가 될 때의 조타 각은, 축거의 반을 a, 곡선 반경을 R로 한 경우, sin^－1(a/R)로 기재되어 있다. 그리고, 차폭 방향의 스토퍼(12)간의 중심 거리를 2A, 조타 링크 간격을 2A’, 또한, X, Y의 크기에 대하여, 2A≒2A’로 간주할 경우(도 2(b) 참조), a/R=X/A가 된다.

또한, 통상 대차의 경우는, 차륜과 레일의 어택 각은, 축거리의 반을 a, 곡선 반경을 R로 한 경우, a/R이 된다. 또한, 철도 종합 연구소 보고 RTRI Report vol. 15, No4, 2001.4 P15∼20에서는, 차륜과 레일의 어택 각은, a/R에 슬랙이나 플랜지 유간 등을 고려한 보정 계수를 더하고 있다.

<표 1>

표 1에서, 최소 곡선로 통과시에 있어서의 축함(4)과 스토퍼(12)의 간극량 Y를, 조타축(2)의 축함(4)의 전후 방향의 이동량 X 이하로 설정하면, 조타 장치(3)가 파단해도 차륜과 레일의 어택 각을 통상 대차의 최소 곡선로 통과시의 어택 각 이하로 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.

(제2의 발명: 도 3 참조)

제2의 발명은, 조타축(2)을 회전가능하게 지지하는 축함(4) 중, 차량 폭 방향의 같은 측의 전후에 배치된 축함(4)의 전후 지지를, 상기 조타 레버(3b)에 대하여, 상기 조타 링크(3a)와 상기 연결 링크(3c)를, 각각 회전가능하게 연결한 조타 장치(3)로 행하도록 한 것이다.

즉, 상기 제1의 발명에서는, 조타축(2)의 각각의 축함(4)에 조타 장치(3)를 설치하고 있다. 그러나, 도 3에 도시하는 것과 같은, 차량 폭 방향의 동일한 측의 전후에 배치된 축함(4)을 1개의 조타 장치(3)로 조타하는 조타 대차(11)에서는, 조타 장치(3)를 구성하는 조타 레버(3b)가 파단한 경우, 파단에 의해 2개의 조타축(2)이 이동하여 이동량이 2배가 된다.

이 도 3에 도시하는 것과 같은 조타 장치(3)를 구비한 조타 대차(11)의 조타 장치(3)가 파단하여 축함(4)이 스토퍼(12)에 맞닿은 상태가 된 경우의, 차륜과 레일의 어택 각을 하기 표 2에 표시한다. 하기 표 2에는 표 1과 마찬가지로, 통상 대차의 경우의 차륜과 레일의 어택 각도 함께 나타낸다.

<표 2>

표 2에서, 도 3에 도시하는 것과 같은 조타 장치(3)를 구비한 제2의 발명의 경우는, 상기 간극량(Y)이 가능한 한 0이 되도록 구성함으로써, 조타 장치(3)가 파단해도 차륜과 레일의 어택 각을 통상 대차의 최소 곡선로 통과시의 어택 각과 같게 억제할 수 있는 것을 알았다.

상기 구성의 제1 및 제2의 발명에서는, 조타 장치(3)가 파단했을 때에도 대차 프레임(6)과 윤축(2)의 분리를 방지할 수 있어, 차륜과 레일의 어택 각을 통상 대차와 같게 억제할 수 있어, 조타 장치가 파단했을 때의 안전성을 높일 수 있다.

상기의 제1 및 제2의 발명에서는, 조타시, 조타 링크(3a)를 전후 동작시키는 동안에 대차 프레임(6)측으로부터 동작 반력을 받지 않도록 하여 축함(4)의 전후 방향의 지지 강성을 최대한 작게 하기 위해서, 축함(4)의 상부에 축 스프링(13)을 배치한 정상 스프링식의 축함 지지 장치를 채용하는 것이 바람직하다(도 4 참조). 이 정상 스프링식의 축함 지지 장치를 채용한 경우는, 축함(4)의 전후 지지로부터 받는 외력이 없어지므로, 조타 장치(3)의 경량화가 가능해진다.

그런데, 정상 스프링식의 축함 지지 장치를 채용한 경우는, 조타시에는 축함(4)이 경사진다(도 4(b) 참조). 따라서, 정상 스프링식의 축함 지지 장치를 채용할 경우는, 스토퍼(12)의 축함(4)측의 면에, 해당 면이 최대 조타시에 수직이 되는 경사를 미리 설정해 두면, 적재시에 축 스프링이 휘어진 경우라도, 보다 확실하게 스토퍼(12)의 간격을 유지할 수 있다.

본 발명은 상기의 예에 한정되지 않고, 각 청구항에 기재된 기술적 사상의 범주이면, 적절히 실시의 형태를 변경해도 되는 것은 말할 필요도 없다.

도 1∼도 3에서는 스토퍼(12)의 구체적인 설치 양태에 대한 설명을 생략했는데, 예를 들면 도 5에 도시하는 바와 같이, 축 스프링좌(14)의 차량 진행 방향 전후에 스토퍼(12)를 세워 설치하고, 조타 장치(3)의 파단시에는, 이 스토퍼(12)가 대차 프레임(6)에 형성한 스프링 캡부(6a)에 닿도록 하면 된다.

또한, 상기에서는, 조타 장치(3)에 작용하는 하중의 억제를 도모하기 위해서는, 정상 스프링식의 축함 지지 장치를 이용하는 것이 바람직한 취지를 기재하고 있는데, 본 발명은, 정상 스프링식의 축함 지지 장치에 한정되지 않고, 날개식의 축 스프링 지지 장치를 구비한 조타 대차에도 적용가능하다.

또한, 본 발명에서 적용하는 조타 대차의 조타 방식은, 액티브 강제 조타 방식, 반강제 조타 방식의 어떠한 방식에도 적용가능하다. 또한, 액티브 강제 조타 방식이란, 공압, 유압 혹 전동 방식의 액츄에이터를 사용하여, 외부로부터 에너지를 투입하여 제어하면서 능동적으로 윤축을 조타하는 방식이다. 한편, 반강제 조타 방식이란, 차체·대차·윤축을 링크 등의 기계적 기구로 연결하여, 곡선 통과시에 차체·대차간에 발생하는 보기(bogie) 변위를 구동력으로 하는 방식이다.

2: 조타축 3: 조타 장치
3a: 조타 링크 3b: 조타 레버
3c: 연결 링크 4: 축함
6: 대차 프레임 7: 볼스터
11: 조타 대차 12: 스토퍼

Claims (8)

1. 조타축을 회전가능하게 지지하는 각 축함의 차량 진행 방향에 있어서의 전후 지지를, 대차부에 회전가능하게 연결되는 조타 레버에 대하여 축함부에 회전가능하게 연결되는 조타 링크와 차체부에 회전가능하게 연결되는 연결 링크를 각각 회전가능하게 연결한 조타 장치로 행하도록 한 조타축의 축함 지지 장치를 구비한 철도 차량용 조타 대차에 있어서,
   축함의 전후 이동의 최대 범위로부터의 거리가 0보다도 크고, 축함의 최대 전후 이동량보다도 작은 범위에 설치되고, 축함의 전후 이동이 최소 곡선을 통과할 때의 최대 조타시의 전후 이동 범위를 넘었을 때에, 조타축의 축함부가 맞닿는 스토퍼를, 대차부에 있어서의 축거가 늘어나는 측과 줄어드는 측의 양쪽에 설치한 것을 특징으로 하는 철도 차량용 조타 대차.
2. 조타축을 회전가능하게 지지하는 축함 중, 차량폭 방향의 동일한 측의 차량 진행 방향 전후에 배치된 축함의, 차량 진행 방향에 있어서의 전후 지지를, 대차부에 회전가능하게 연결되는 조타 레버에 대하여 각 축함부에 회전가능하게 연결되는 조타 링크와 차체부에 회전가능하게 연결되는 연결 링크를 각각 회전가능하게 연결한 조타 장치로 행하도록 한 조타축의 축함 지지 장치를 구비한 철도 차량용 조타 대차에 있어서,
   상기 축함부의 대차부에 대한 전후 이동량이, 최소 곡선을 통과할 때의 최대 조타시의 전후 이동량보다 많이 전후 이동하지 않도록, 대차부의 축거가 늘어나는 측과 줄어드는 측의 양쪽에, 축함부와 맞닿는 스토퍼를, 최소 곡선로의 통과시에 있어서의 상기 축함부와의 간극이 0이 되는 위치에 설치한 것을 특징으로 하는 철도 차량용 조타 대차.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 조타 장치와 병렬로, 대차부에 대한 축함부의 차량 진행 방향에 있어서의 전후 지지를 행하는 축함 전후 지지 장치를 설치하지 않는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 조타 대차.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   조타축의 상기 축함 지지 장치를, 축함의 상부에 축스프링을 배치한 정상 스프링식으로 한 것을 특징으로 하는 철도 차량용 조타 대차.
5. 청구항 3에 있어서,
   조타축의 상기 축함 지지 장치를, 축함의 상부에 축스프링을 배치한 정상 스프링식으로 한 것을 특징으로 하는 철도 차량용 조타 대차.
6. 청구항 4에 있어서,
   최대 조타시, 스토퍼의 축함과의 맞닿음면이 수직이 되도록, 스토퍼의 축함과의 맞닿음면을 미리 경사지게 한 것을 특징으로 하는 철도 차량용 조타 대차.
7. 청구항 5에 있어서,
   최대 조타시, 스토퍼의 축함과의 맞닿음면이 수직이 되도록, 스토퍼의 축함과의 맞닿음면을 미리 경사지게 한 것을 특징으로 하는 철도 차량용 조타 대차.
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