KR101608861B1 - 철도차량의 이탈방지 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

철도차량의 이탈방지 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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엄기영
강윤석
박영곤
최찬용
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한국철도기술연구원
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Abstract

철도차량의 이탈방지 장치 및 그 제어방법에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 철도차량의 이탈방지 장치는: 주행 레일의 곡선 구간에 주행 레일과 나란하게 설치되는 이탈방지 레일; 철도차량의 폭방향과 상하방향으로 이동 가능하게 철도차량에 설치되고, 이탈방지 레일을 따라 이동되면서 이탈방지 레일에 구속되어 철도차량이 원심력에 의해 철도차량이 선회되는 방향과 반대방향으로 쏠리는 것을 방지하는 이탈방지 암; 및 철도차량의 객실 바닥면에 설치되고, 좌석이 탑재되고, 철도차량이 곡선 구간을 주행할 때에 좌석을 철도차량의 선회방향으로 기울어지게 하는 틸팅 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

철도차량의 이탈방지 장치 및 그 제어방법{SEPARATION PREVENTING APPARATUS OF RAILWAY VEHICLE AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 철도차량의 이탈방지 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 철도차량을 고속화할 수 있는 철도차량의 이탈방지 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량은 주행 레일을 따라 주행한다. 철도차량은 주행 레일의 곡선 구간에 진입하기 이전에 주행 속도를 감속한다. 철도차량이 감속된 상태에서 곡선 구간을 따라 주행된다.
그러나, 철도차량이 곡선 구간에서 고속으로 운행되는 경우 철도차량이 주행 레일에서 이탈될 수 있으므로, 곡선 구간에서는 상대적으로 저속으로 운행되었다. 또한, 철도차량이 곡선 구간에서 상대적으로 저속으로 운행되는 경우, 철도차량의 운행 속도를 증가시키는데 한계가 있다. 따라서, 이를 개선할 필요가 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2011-0139528호(2011. 12. 29 공개, 발명의 명칭: 도시철도 곡선구간 소음방지용 분무 시스템)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 철도차량을 고속화할 수 있는 철도차량의 이탈방지 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 철도차량의 이탈방지 장치는: 주행 레일의 곡선 구간에 상기 주행 레일과 나란하게 설치되는 이탈방지 레일; 상기 철도차량의 폭방향과 상하방향으로 이동 가능하게 상기 철도차량에 설치되고, 상기 이탈방지 레일을 따라 이동되면서 상기 이탈방지 레일에 구속되어 상기 철도차량이 원심력에 의해 상기 철도차량이 선회되는 방향과 반대방향으로 쏠리는 것을 방지하는 이탈방지 암; 및 상기 철도차량의 객실 바닥면에 설치되고, 좌석이 탑재되고, 상기 철도차량이 상기 곡선 구간을 주행할 때에 상기 좌석을 상기 철도차량의 선회방향으로 기울어지게 하는 틸팅 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 틸팅 장치는, 상기 객실 바닥면에 설치되고, 상기 철도차량의 폭방향으로 오목한 형태의 곡면이 형성되는 틸팅 베이스; 상기 틸팅 베이스의 상기 곡면에 이동 가능하게 안착되고, 상기 곡면에 대응되도록 볼록한 형태의 슬라이딩면이 형성되는 틸팅 슬라이더; 및 상기 틸팅 슬라이더에 연결되고, 상기 철도차량이 상기 곡선 구간에 진입할 때에 상기 틸팅 슬라이더를 이동시켜 상기 좌석을 기울어지게 하는 틸팅 구동부를 포함할 수 있다.
상기 틸팅 베이스에는 걸림부가 형성되고, 상기 틸팅 슬라이더에는 상기 걸림부에 걸려 상기 틸팅 베이스에서 분리되는 것을 방지하는 후크부가 형성될 수 있다.
상기 이탈방지 레일은 상기 곡선 구간이 구부러지는 방향에 위치되는 상기 주행 레일 측으로 편중되게 배치될 수 있다.
상기 이탈방지 레일은, 상기 주행 레일이 고정되는 침목에 지지되는 지지부; 상기 지지부에서 상측으로 연장되는 연장부; 및 상기 연장부의 두께보다 두껍게 형성되어 상기 이탈방지 암이 걸려 구속되는 헤드부를 포함할 수 있다.
상기 이탈방지 암은, 상기 철도차량의 하부에 상기 철도차량의 폭방향을 따라 이동 가능하게 설치되는 이동부재; 상기 이동부재를 이동시키는 이동 구동부; 상기 이동부재에 회전 가능하게 결합되고, 상하방향으로 신축되는 피스톤; 상기 피스톤의 하측에 연결되고, 상기 이탈방지 레일이 인입되는 그리퍼; 및 상기 이동부재의 내부에 배치되고, 상기 피스톤을 회전시켜 상기 그리퍼가 상기 이탈방지 레일에 걸리게 하는 회전 구동부를 포함할 수 있다.
상기 그리퍼는, 상기 피스톤의 하측에 연결되고, 상기 이탈방지 레일이 인입되도록 "∩" 형태로 형성되는 프레임; 및 상기 프레임의 양측 벽부에 설치되어 상기 이탈방지 레일의 양측에 구름 접촉되는 롤러부를 포함할 수 있다.
상기 그리퍼는 상기 프레임의 상기 벽부에서 상기 롤러부의 상측에 설치되어 상기 이탈방지 레일과 구름 접촉되는 구름 베어링부를 더 포함할 수 있다.
상기 회전 구동부는, 상기 이동부재의 내부에 설치되는 회전 모터부; 상기 회전 모터부의 회전축에 결합되는 구동 기어부; 및 상기 구동 기어부에 맞물리도록 상기 피스톤의 상측에 형성되는 종동 기어부를 포함할 수 있다.
상기 피스톤은, 상기 이동부재에 회전 가능하게 결합되고, 상기 종동 기어부가 형성되고, 내측면에 제1 회전방지부가 형성되는 실린더; 및 상기 실린더의 내부에 상하로 이동 가능하게 삽입되고, 상기 제1 회전방지부에 접촉되어 상기 실린더와 상대적으로 회전되는 것을 방지하는 제2 회전방지부가 형성되는 승강 로드를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 철도차량의 이탈방지 장치의 제어방법은: 철도차량이 주행 레일의 곡선 구간으로 진입되는지를 판단하는 단계; 상기 철도차량이 상기 곡선 구간으로 진입되고 있다고 판단되면, 이탈방지 암이 이탈방지 레일에 대응되도록 상기 철도차량의 폭방향으로 이동되는 단계; 상기 이탈방지 암이 하측으로 이동됨에 따라 상기 이탈방지 레일에 구속되어 상기 철도차량이 원심력에 의해 상기 철도차량이 선회되는 방향과 반대방향으로 쏠리는 것을 방지하는 단계; 및 틸팅 장치가 구동되어 상기 철도차량의 좌석을 상기 철도차량의 선회방향으로 기울어지게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이탈방지 암이 하측으로 이동됨에 따라 상기 이탈방지 레일에 구속되어 상기 철도차량이 원심력에 의해 상기 철도차량이 선회되는 방향과 반대방향으로 쏠리는 것을 방지하는 단계는, 상기 이탈방지 암의 피스톤이 하측으로 신장되는 단계; 상기 피스톤이 회전 구동부에 의해 회전되는 단계; 및 상기 피스톤에 연결되는 그리퍼가 회전됨에 따라 상기 이탈방지 레일에 걸려 구속되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 틸팅 장치가 구동되어 상기 좌석을 상기 철도차량의 선회방향으로 기울어지게 하는 단계에서는, 상기 틸팅 구동부)가 틸팅 슬라이더를 틸팅 베이스에서 상기 철도차량의 선회방향과 반대방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 철도차량이 상기 곡선 구간을 벗어나는지를 판단하는 단계; 상기 철도차량이 상기 곡선 구간을 벗어났다고 판단되면, 상기 이탈방지 암이 상승됨에 따라 상기 이탈방지 레일에서 분리되는 단계; 및 상기 틸팅 장치가 구동되어 상기 철도차량의 좌석을 원위치로 복귀시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 틸팅 장치가 구동되어 상기 좌석을 원위치로 복귀시키는 단계에서는, 상기 틸팅 구동부가 상기 틸팅 슬라이더를 상기 틸팅 베이스에서 상기 철도차량의 선회방향으로 이동시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 철도차량이 주행 레일의 곡선 구간을 주행할 때에 이탈방지 암이 이탈방지 레일에 구속되어 철도차량의 선회방향과 반대방향으로 잡아당기므로, 철도차량이 곡선 구간에서 원심력에 의해 선회방향의 반대방향으로 쏠리는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 철도차량이 곡선 구간에서 주행 레일로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 철도차량이 곡선 구간에서 철도차량의 선회방향 측으로 잡아당겨지므로, 곡선 구간에서 철도차량의 주행 속도를 감속하지 않아도 된다. 따라서, 철도차량이 더욱 고속화될 수 있고, 철도차량의 운행 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 철도차량이 곡선 구간을 주행할 때에 틸팅 장치가 좌석을 철도차량의 선회방향으로 기울어주므로, 철도차량이 고속으로 곡선 구간을 주행할 때에 승차감이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치를 도시한 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 이탈방지 레일을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 피스톤을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 틸팅 장치를 도시한 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 틸팅 장치를 도시한 측면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 틸팅 장치를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치의 제어방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 이탈방지 레일의 위치를 도시한 평면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 이탈방지 암이 좌측으로 이동된 상태를 도시한 정면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 이탈방지 암이 이탈방지 레일에 마찰되는 상태를 도시한 정면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 이탈방지 암이 우측으로 이동된 상태를 도시한 정면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 이탈방지 암이 이탈방지 레일에 마찰되는 상태를 도시한 정면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 철도차량의 이탈방지 장치 및 그 제어방법의 일 실시예를 설명한다. 철도차량의 이탈방지 장치 및 그 제어방법을 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치를 도시한 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 이탈방지 레일을 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 피스톤을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치는 이탈방지 레일(120), 이탈방지 암(130) 및 틸팅 장치(190)를 포함한다.
철도차량(10)의 통신부는 기지국의 통신부와 통신함에 의해 철도차량(10)의 위치와 해당 구간에 관한 정보를 철도차량(10)의 제어부(미도시)에 전달한다. 또한, 철도차량(10)의 제어부에는 주행 레일(110)의 위치, 직선 구간 및 곡선 구간에 관한 데이터가 미리 입력될 수도 있다.
철도차량(10)의 양측에는 주행 레일(110)을 따라 주행되도록 주행휠(13)이 설치된다. 주행 레일(110)은 철도차량(10)의 이송 경로를 따라 배치된다.
이탈방지 레일(120)은 주행 레일(110)의 곡선 구간에 주행 레일(110)과 나란하게 설치된다. 이때, 이탈방지 레일(120)은 곡선 구간이 구부러지는 방향에 위치되는 주행 레일(110) 측으로 편중되게 배치된다. 예를 들면, 주행 레일(110)의 곡선 구간이 좌측으로 구부러지는 경우, 이탈방지 레일(120)은 2개의 주행 레일(110) 중 좌측 주행 레일(110) 측으로 편중되게 배치된다. 또한, 주행 레일(110)의 곡선 구간이 우측으로 구부러지는 경우, 이탈방지 레일(120)은 2개의 주행 레일(110) 중 우측 주행 레일(110) 측으로 편중되게 배치된다.
이탈방지 레일(120)은 주행 레일(110)이 고정되는 침목(113)에 지지되는 지지부(121)와, 지지부(121)에서 상측으로 연장되는 연장부(123)와, 연장부(123)의 두께보다 두껍게 형성되어 이탈방지 암(130)이 걸리는 헤드부(125)를 포함한다.
철도차량(10)의 하부에는 철도차량(10)의 폭방향과 나란하게 가이드부(30)가 설치된다. 가이드부(30)의 길이방향을 따라 이동 통로(31)가 형성된다. 가이드부(30)의 하측에는 이동 통로(31)를 향하여 절곡되는 걸림턱(33)이 형성된다. 걸림턱(33) 사이에는 이탈방지 암(130)이 통과하여 이동되도록 이동홀(35)이 형성된다. 가이드부(30)의 측벽에는 가이드홈(37)이 가이드부(30)의 길이방향을 따라 길게 형성된다.
이탈방지 암(130)은 철도차량(10)의 폭방향과 상하방향으로 이동 가능하게 설치된다. 이때, 이탈방지 암(130)은 가이드부(30)에 결합되어 이동 통로(31)를 따라 철도차량(10)의 폭방향을 따라 이동된다. 이탈방지 레일(120)이 곡선 구간이 구부러지는 방향에 위치되는 주행 레일(110) 측으로 편중되게 배치되고, 이탈방지 암(130)이 이탈방지 레일(120)을 따라 이동되면서 이탈방지 레일(120)에 구속되므로, 철도차량(10)이 원심력에 의해 철도차량(10)이 선회되는 방향과 반대방향으로 쏠리는 것을 방지한다. 따라서, 철도차량(10)이 주행 레일(110)의 곡선 구간에서 고속으로 운행되더라도 원심력에 의해 주행 레일(110)에서 이탈되거나 전복되는 것을 방지할 수 있다.
이탈방지 암(130)은 이동부재(140), 이동 구동부(150), 피스톤(160), 그리퍼(170) 및 회전 구동부(180)를 포함한다.
이동부재(140)는 철도차량(10)의 하부에 철도차량(10)의 폭방향을 따라 이동 가능하게 설치된다. 이때, 이동부재(140)는 가이드부(30)의 내측에 이동 가능하게 설치된다. 이동부재(140)의 내부에는 수용 공간(141)이 형성된다. 이동부재(140)의 양측에는 가이드부(30)의 가이드홈(37)에 이동 가능하게 끼워지도록 가이드 돌기(142)가 형성된다.
이동 구동부(150)는 가이드부(30)의 내측에 설치되어 이동부재(140)를 이동시킨다. 이동 구동부(150)는 이동부재(140)를 관통하고 이동부재(140)에 나사 결합되는 볼스크류(151)와, 볼스크류(151)의 단부에 결합되는 기어부(153)와, 기어부(153)에 축결합되는 모터부(155)를 포함한다. 기어부(153)는 복수의 기어가 결합되어 이루어진다. 모터부(155)는 정역으로 회전된다. 모터부(155)가 구동되면, 기어부(153)에 의해 볼스크류(151)가 정방향 또는 역방향으로 회전된다. 볼스크류(151)가 정방향 또는 역방향으로 회전됨에 따라 이동부재(140)가 가이드부(30)의 일측 또는 타측으로 이동된다. 이러한 이동 구동부(150)는 가이드부(30)를 이동시키는 한 다양한 형태로 형성될 수 있다.
피스톤(160)은 이동부재(140)에 회전 가능하게 결합되고, 상하방향으로 신축된다. 피스톤(160)은 실린더(161)와 승강 로드(163)를 포함한다.
실린더(161)는 이동부재(140)에 회전 가능하게 결합된다. 실린더(161)의 외측면에는 종동 기어부(185)가 형성되고, 실린더(161)의 내측면에는 제1 회전방지부(161a)가 형성된다. 실린더(161)의 내부에는 유체가 수용된다.
승강 로드(163)는 실린더(161)의 내부에 상하로 이동 가능하게 삽입된다. 실린더(161)의 내부에 유체가 공급되면 승강 로드(163)가 실린더(161)에서 인출되고, 실린더(161)의 내부에서 유체가 배출되면 승강 로드(163)가 실린더(161)에 인입된다. 따라서, 피스톤(160)이 상하방향으로 신축된다. 승강 로드(163)의 외측면에는 제1 회전방지부(161a)에 접촉되어 실린더(161)와 상대적으로 회전되는 것을 방지하도록 제2 회전방지부(163a)가 형성된다. 승강 로드(163)가 실린더(161)와 상대적으로 회전되지 않으므로, 이탈방지 암(130)의 그리퍼(170)가 이탈방지 레일(120)에 구속되었을 때에 이탈방지 레일(120)로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
피스톤(160)은 실린더(161)의 내부에 유체가 수용되고, 유체에 의해 승강 로드(163)가 승강되므로, 이탈방지 암(130)의 그리퍼(170)가 이탈방지 레일(120)에 구속된 상태로 이동될 때에 철도차량(10)에서 이탈방지 암(130)으로 전달되는 진동이 피스톤(160)의 유체에 의해 흡수될 수 있다. 따라서, 이탈방지 암(130)이 철도차량(10)의 진동에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
그리퍼(170)는 피스톤(160)의 하측에 연결되고, 이탈방지 레일(120)이 인입된다. 그리퍼(170)는 프레임(171)과 롤러부(173)를 포함한다.
프레임(171)은 피스톤(160)의 하측에 연결되고, 이탈방지 레일(120)이 인입되도록 "∩" 형태로 형성된다. 롤러부(173)는 프레임(171)의 양측 벽부에 설치되어 이탈방지 레일(120)의 양측에 구름 접촉된다. 롤러부(173)가 이탈방지 레일(120)의 양측에 구름 접촉되므로, 이탈방지 레일(120)이 프레임(171)에 인입된 상태에서 이탈방지 암(130)이 이탈방지 레일(120)을 따라 이동될 수 있다.
그리퍼(170)는 프레임(171)의 벽부에서 롤러부(173)의 상측에 설치되어 이탈방지 레일(120)의 헤드부(125) 하측과 구름 접촉되는 구름 베어링부(175)를 더 포함한다. 구름 베어링부(175)는 철도차량(10)으로부터 이탈방지 암(130)에 전달되는 하중에 견딜 수 있는 롤러 베어링일 수 있다. 구름 베어링부(175)는 프레임(171)에 양측 벽부에 복수 개씩 설치될 수 있다. 구름 베어링부(175)가 이탈방지 레일(120)의 헤드부(125) 하측과 구름 접촉되므로, 이탈방지 암(130)에 하중이 작용할 때에 프레임(171)이 이탈방지 레일(120)의 헤드부(125)에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
회전 구동부(180)는 이동부재(140)의 내부에 배치된다. 회전 구동부(180)는 피스톤(160)을 회전시켜 그리퍼(170)가 이탈방지 레일(120)에 걸리게 한다. 회전 구동부(180)가 피스톤(160)을 회전시킴에 따라 그리퍼(170)가 이탈방지 레일(120)에 걸리므로, 이탈방지 암(130)이 이탈방지 레일(120)에 걸려 철도차량(10)이 원심력에 의해 철도차량(10)이 선회하는 방향과 반대방향으로 쏠리는 것을 억제할 수 있다.
회전 구동부(180)는 이동부재(140)의 내부에 설치되는 회전 모터부(181)와, 회전 모터부(181)의 회전축에 결합되는 구동 기어부(183)와, 구동 기어부(183)에 맞물리도록 피스톤(160)의 상측에 형성되는 종동 기어부(185)를 포함한다. 종동 기어부(185)는 복수의 종동 기어로 구성될 수 있다. 회전 모터부(181)가 구동되면, 구동 기어부(183)와 종동 기어부(185)가 맞물려 회전됨에 따라 피스톤(160)이 회전된다. 피스톤(160)이 정방향 또는 역방향으로 회전됨에 따라 그리퍼(170)가 이탈방지 레일(120)의 헤드부(125)에 구속되거나 이탈방지 레일(120)로부터 이격될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 틸팅 장치를 도시한 정면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 틸팅 장치를 도시한 측면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 틸팅 장치를 도시한 단면도이다.
도 6 내지 도 8를 참조하면, 틸팅 장치(190)는 틸팅 베이스(191), 틸팅 슬라이더(193) 및 틸팅 구동부(195)를 포함한다.
철도차량(10)의 객실에는 좌석(20)이 설치된다. 이때, 객실의 바닥면에는 좌석(20)이 탑재되고, 좌석(20)의 하부에는 좌석(20)을 틸팅(tilting)시킬 수 있도록 틸팅 장치(190)가 설치된다. 틸팅 장치(190)는 철도차량(10)이 곡선 구간을 주행할 때에 좌석(20)을 철도차량(10)의 선회방향으로 기울어지게 한다. 따라서, 철도차량(10)이 곡선 구간을 주행할 때에 승차감이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
틸팅 베이스(191)는 객실의 바닥면에 설치된다. 틸팅 베이스(191)의 상측에는 철도차량(10)의 폭방향으로 오목한 형태의 곡면(191a)이 형성된다.
틸팅 슬라이더(193)는 틸팅 베이스(191)의 곡면(191a)에 이동 가능하게 안착된다. 틸팅 슬라이더(193)의 하측에는 틸팅 베이스(191)의 곡면(191a)에 대응되도록 볼록한 형태의 슬라이딩면(193a)이 형성된다. 틸팅 슬라이더(193)가 틸팅 베이스(191)에 대하여 상대적으로 이동되면, 틸팅 베이스(191)의 곡면(191a)과 틸팅 슬라이더(193)의 슬라이딩면(193a)에 의해 좌석(20)이 기울어질 수 있다. 또한, 틸팅 베이스(191)의 곡면(191a)과 틸팅 슬라이더(193)의 슬라이딩면(193a)이 라운드지게 형성되므로, 틸팅 슬라이더(193)가 틸팅 베이스(191)에서 부드럽게 이동될 수 있다. 따라서, 좌석(20)이 틸팅될 때에 승차감이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
틸팅 구동부(195)는 틸팅 슬라이더(193)에 연결된다. 틸팅 구동부(195)는 철도차량(10)이 곡선 구간에 진입할 때에 틸팅 슬라이더(193)를 이동시켜 좌석(20)을 기울어지게 한다. 틸팅 구동부(195)는 틸팅 실린더(196)와, 틸팅 실린더(196)에 왕복 가능하게 설치되는 틸팅 로드(197)를 포함한다. 틸팅 실린더(196)에 유체가 공급되면 틸팅 로드(197)가 틸팅 실린더(196)에서 인출되고, 틸팅 실린더(196)에서 유체가 배출되면 틸팅 로드(197)가 틸팅 실린더(196)의 내부로 인입된다. 틸팅 로드(197)가 인입 및 인출됨에 따라 틸팅 슬라이더(193)가 이동된다.
틸팅 베이스(191)에는 걸림부(192)가 형성되고, 틸팅 슬라이더(193)에는 걸림부(192)에 걸려 틸팅 베이스(191)에서 분리되는 것을 방지하는 후크부(194)가 형성된다. 걸림부(192)와 후크부(194)는 틸팅 슬라이더(193)와 틸팅 베이스(191)가 철도차량(10)의 폭방향으로는 이동되는 것을 허락하지만 서로 분리되는 것은 방지한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치의 제어방법 및 작용에 관해 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치의 제어방법을 도시한 플로우 차트이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 이탈방지 레일의 위치를 도시한 평면도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 이탈방지 암이 좌측으로 이동된 상태를 도시한 정면도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 이탈방지 암이 이탈방지 레일에 마찰되는 상태를 도시한 정면도이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 이탈방지 암이 우측으로 이동된 상태를 도시한 정면도이고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량의 이탈방지 장치에서 이탈방지 암이 이탈방지 레일에 마찰되는 상태를 도시한 정면도이다.
도 9 내지 도 14를 참조하면, 철도차량(10)이 주행 레일(110)을 따라 주행한다(S11). 철도차량(10)의 제어부는 기지국의 통신부와 통신하거나 제어부에 미리 입력된 데이터를 통해 철도차량(10)이 주행 레일(110)의 직선 구간 또는 곡선 구간을 주행하고 있는지를 판단한다(S12).
철도차량(10)이 주행 레일(110)의 직선 구간을 주행하고 있다고 판단되면, 철도차량(10)의 제어부는 이탈방지 암(130)이 상승된 상태를 그대로 유지하도록 한다.
철도차량(10)이 주행 레일(110)의 곡선 구간으로 진입되고 있다고 판단되면, 이동 구동부(150)가 구동됨에 의해 이탈방지 암(130)이 이탈방지 레일(120)에 대응되도록 철도차량(10)의 폭방향으로 이동된다(S13). 이때, 주행 레일(110)이 좌측으로 구부러지는 경우 이탈방지 레일(120)이 좌측에 위치되므로(도 10 참조), 이동 구동부(150)는 이탈방지 암(130)을 좌측으로 이동시킨다(도 11 참조). 또한, 주행 레일(110)이 우측으로 구부러지는 경우 이탈방지 레일(120)이 우측에 위치되므로(도 10 참조), 이동 구동부(150)는 이탈방지 암(130)을 우측으로 이동시킨다(도 13 참조).
모터부(155)가 구동됨에 따라 기어부(153)와 볼스크류(151)가 회전되고, 볼스크류(151)가 회전됨에 따라 이동부재(140)가 가이드부(30)를 따라 이동되어 이탈방지 레일(120)의 상측에 위치된다.
이탈방지 암(130)이 하측으로 이동됨에 따라 이탈방지 레일(120)에 하강된다(S14). 이때, 실린더(161)에 유체가 공급됨에 따라 승강 로드(163)가 하측으로 이동되고, 승강 로드(163)의 하측에 연결되는 그리퍼(170)에 이탈방지 레일(120)이 인입된다. 프레임(171)의 롤러부(173)는 이탈방지 레일(120)의 양측과 이격된 상태를 갖는다.
이탈방지 암(130)이 일방향으로 회전됨에 따라 이탈방지 레일(120)에 구속된다(S15). 이때, 회전 구동부(180)의 회전 모터부(181)가 구동됨에 따라 구동 기어부(183)와 종동 기어부(185)가 맞물려 회전되므로, 종동 기어부(185)가 형성되는 피스톤(160)이 종동 기어부(185)와 함께 회전된다. 피스톤(160)의 승강 로드(163)에 연결되는 그리퍼(170)가 회전됨에 따라 이탈방지 레일(120)과 접촉하도록 회전된다. 이때, 롤러부(173)가 이탈방지 레일(120)의 연장부(123)에 접촉된다. 또한, 그리퍼(170)의 구름 베어링부(175)는 이탈방지 레일(120)의 헤드부(125) 하측에 접촉된다. 따라서, 이탈방지 암(130)이 이탈방지 레일(120)을 따라 이송되면서 이탈방지 레일(120)에 걸려 구속된다. 또한, 이탈방지 암(130)은 이탈방지 레일(120)에 구속되어 철도차량(10)을 선회방향 측으로 끌어당기므로, 철도차량(10)이 원심력에 의해 철도차량(10)의 선회방향과 반대측으로 쏠리는 것을 억제할 수 있다. 또한, 철도차량(10)이 고속으로 주행 레일(110)의 곡선 구간을 주행하더라도 철도차량(10)이 원심력에 의해 주행 레일(110)을 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 철도차량(10)이 주행 레일(110)의 곡선 구간에서 주행 속도를 감속하지 않고 주행할 수 있으므로, 철도차량(10)을 더욱 고속화할 수 있다. 철도차량(10)의 운행시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 철도차량(10)이 고속으로 주행되는 구간을 실질적으로 연장할 수 있다.
철도차량(10)의 틸팅 장치(190)를 구동하여 좌석(20)이 철도차량(10)의 선회방향으로 기울어지도록 한다(S16). 즉, 틸팅 구동부(195)가 구동됨에 따라 틸팅 슬라이더(193)가 틸팅 베이스(191)에서 철도차량(10)의 선회방향과 반대로 이동된다. 이때, 틸팅 베이스(191)의 오목한 곡면(191a)이 틸팅 슬라이더(193)의 오목한 곡면(191a)과 상대적으로 이동됨에 따라 좌석(20)이 철도차량(10)의 선회방향으로 기울어진다. 따라서, 철도차량(10)이 주행 레일(110)의 곡선 구간을 주행하더라도 철도차량(10)의 승차감이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
철도차량(10)이 주행 레일(110)의 곡선 구간을 벗어났는지를 판단한다(S17). 철도차량(10)이 주행 레일(110)의 곡선 구간을 벗어나지 않았다고 판단되면, 이탈방지 암(130)은 이탈방지 레일(120)에 의해 계속적으로 구속되면서 이탈방지 레일(120)을 따라 이동된다.
철도차량(10)이 주행 레일(110)의 곡선 구간을 벗어났다고 판단되면, 이탈방지 암(130)이 타방향으로 회전되어 이탈방지 레일(120)의 구속에서 해제된다(S18). 이때, 회전 구동부(180)의 회전 모터부(181)가 구동됨에 따라 구동 기어부(183)와 종동 기어부(185)가 맞물려 회전되므로, 종동 기어부(185)가 형성되는 피스톤(160)이 종동 기어부(185)와 함께 타방향으로 회전된다. 피스톤(160)의 승강 로드(163)에 연결되는 그리퍼(170)가 타방향으로 회전됨에 따라 이탈방지 레일(120)에서 이격된다. 따라서, 이탈방지 암(130)의 그리퍼(170)가 이탈방지 레일(120)로부터 구속이 해제된다.
이탈방지 암(130)이 상승됨에 따라 이탈방지 레일(120)에서 분리된다(S19). 이때, 실린더(161)에서 유체가 배출됨에 따라 승강 로드(163)가 상측으로 이동되고, 승강 로드(163)의 하측에 연결되는 그리퍼(170)가 이탈방지 레일(120)로부터 분리된다.
틸팅 장치(190)를 구동하여 좌석(20)을 원위치로 복귀한다(S20). 즉, 틸팅 구동부(195)가 구동됨에 따라 틸팅 슬라이더(193)가 틸팅 베이스(191)에서 철도차량(10)의 선회방향으로 이동된다. 이때, 틸팅 베이스(191)의 오목한 곡면(191a)이 틸팅 슬라이더(193)의 오목한 곡면(191a)과 상대적으로 이동됨에 따라 좌석(20)이 원위치로 복귀된다. 따라서, 철도차량(10)이 주행 레일(110)의 직선 구간을 주행할 때에 탑승자의 앉은 자세가 수직하게 유지될 수 있으므로, 승차감이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이, 철도차량(10)이 주행 레일(110)의 곡선 구간을 주행할 때에 이탈방지 암(130)이 이탈방지 레일(120)에 구속되어 철도차량(10)의 선회방향과 반대방향으로 잡아당기므로, 철도차량(10)이 곡선 구간에서 원심력에 의해 선회방향의 반대방향으로 쏠리는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 철도차량(10)이 곡선 구간에서 주행 레일(110)로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 철도차량(10)이 곡선 구간에서 철도차량(10)의 선회방향 측으로 잡아당겨지므로, 곡선 구간에서 철도차량(10)의 주행 속도를 감속하지 않아도 된다. 따라서, 철도차량(10)이 더욱 고속화될 수 있고, 철도차량(10)의 운행 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 철도차량(10)이 곡선 구간을 주행할 때에 틸팅 장치(190)가 좌석(20)을 철도차량(10)의 선회방향으로 기울어주므로, 철도차량(10)이 고속으로 곡선 구간을 주행할 때에 승차감이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 철도 차량 30: 가이드부
31: 이동 통로 33: 걸림턱
35: 이동홀 37: 가이드홈
110: 주행 레일 113: 침목
120: 이탈방지 레일 121: 지지부
123: 연장부 125: 헤드부
130: 이탈방지 암 140: 이동부재
141: 수용 공간 142: 가이드 돌기
150: 이동 구동부 151: 볼스크류
153: 기어부 155: 모터부
160: 피스톤 161: 실린더
161a: 제1 회전방지부 163: 승강 로드
163a: 제2 회전방지부 170: 그리퍼
171: 프레임 173: 롤러부
175: 구름 베어링부 180: 회전 구동부
181: 회전 모터부 183: 구동 기어부
185: 종동 기어부 190: 틸팅 장치
191: 틸팅 베이스 191a: 곡면
192: 걸림부 193: 틸팅 슬라이더
193a: 슬라이딩면 194: 후크부
195: 틸팅 구동부 196: 틸팅 실린더
197: 틸팅 로드

Claims (15)

  1. 주행 레일의 곡선 구간에 상기 주행 레일과 나란하게 설치되는 이탈방지 레일;
    철도차량의 폭방향과 상하방향으로 이동 가능하게 상기 철도차량에 설치되고, 상기 이탈방지 레일을 따라 이동되면서 상기 이탈방지 레일에 구속되어 상기 철도차량이 원심력에 의해 상기 철도차량이 선회되는 방향과 반대방향으로 쏠리는 것을 방지하는 이탈방지 암; 및
    상기 철도차량의 객실 바닥면에 설치되고, 좌석이 탑재되고, 상기 철도차량이 상기 곡선 구간을 주행할 때에 상기 좌석을 상기 철도차량의 선회방향으로 기울어지게 하는 틸팅 장치를 포함하고,
    상기 이탈방지 암은,
    상기 철도차량의 하부에 상기 철도차량의 폭방향을 따라 이동 가능하게 설치되는 이동부재;
    상기 이동부재를 이동시키는 이동 구동부;
    상기 이동부재에 회전 가능하게 결합되고, 상하방향으로 신축되는 피스톤;
    상기 피스톤의 하측에 연결되고, 상기 이탈방지 레일이 인입되는 그리퍼; 및
    상기 이동부재의 내부에 배치되고, 상기 피스톤을 회전시켜 상기 그리퍼가 상기 이탈방지 레일에 걸리게 하는 회전 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 이탈방지 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 틸팅 장치는,
    상기 객실 바닥면에 설치되고, 상기 철도차량의 폭방향으로 오목한 형태의 곡면이 형성되는 틸팅 베이스;
    상기 틸팅 베이스의 상기 곡면에 이동 가능하게 안착되고, 상기 곡면에 대응되도록 볼록한 형태의 슬라이딩면이 형성되는 틸팅 슬라이더; 및
    상기 틸팅 슬라이더에 연결되고, 상기 철도차량이 상기 곡선 구간에 진입할 때에 상기 틸팅 슬라이더를 이동시켜 상기 좌석을 기울어지게 하는 틸팅 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 이탈방지 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 틸팅 베이스에는 걸림부가 형성되고,
    상기 틸팅 슬라이더에는 상기 걸림부에 걸려 상기 틸팅 베이스에서 분리되는 것을 방지하는 후크부가 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 이탈방지 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 이탈방지 레일은 상기 곡선 구간이 구부러지는 방향에 위치되는 상기 주행 레일 측으로 편중되게 배치되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 이탈방지 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 이탈방지 레일은,
    상기 주행 레일이 고정되는 침목에 지지되는 지지부;
    상기 지지부에서 상측으로 연장되는 연장부; 및
    상기 연장부의 두께보다 두껍게 형성되어 상기 이탈방지 암이 걸려 구속되는 헤드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 이탈방지 장치.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 그리퍼는,
    상기 피스톤의 하측에 연결되고, 상기 이탈방지 레일이 인입되도록 "∩" 형태로 형성되는 프레임; 및
    상기 프레임의 양측 벽부에 설치되어 상기 이탈방지 레일의 양측에 구름 접촉되는 롤러부를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 이탈방지 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 그리퍼는 상기 프레임의 상기 벽부에서 상기 롤러부의 상측에 설치되어 상기 이탈방지 레일과 구름 접촉되는 구름 베어링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 이탈방지 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 회전 구동부는,
    상기 이동부재의 내부에 설치되는 회전 모터부;
    상기 회전 모터부의 회전축에 결합되는 구동 기어부; 및
    상기 구동 기어부에 맞물리도록 상기 피스톤의 상측에 형성되는 종동 기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 이탈방지 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 피스톤은,
    상기 이동부재에 회전 가능하게 결합되고, 상기 종동 기어부가 형성되고, 내측면에 제1 회전방지부가 형성되는 실린더; 및
    상기 실린더의 내부에 상하로 이동 가능하게 삽입되고, 상기 제1 회전방지부에 접촉되어 상기 실린더와 상대적으로 회전되는 것을 방지하는 제2 회전방지부가 형성되는 승강 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 이탈방지 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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