KR200363585Y1 - 철도차량용 공기압 브레이크유니트 - Google Patents

Abstract

본 고안은 철도차량용 공기압 브레이크유니트에 관한 것이다.

본 고안의 목적 및 효과는 소정의 공기압을 이용하여 작동되는 피스톤의 쐐기각을 작게하여 제동력을 증대시킴은 물론 피스톤의 쐐기다리에 접촉되는 요크베어링의 접촉구조를 개선하여 제동효율이 증대되는 효과를 갖는다.

이러한 본 고안은 에어입구를 통해 실린더블록으로 유입된 소정의 공압에 의해 작동되는 피스톤과, 피스톤에 일체로 형성된 한 쌍의 쐐기다리에 의해 전방으로 이동되게 접촉되는 요크의 요크베어링과, 요크베어링의 전방이동에 의해 함께 전방으로 이동되는 나사축과, 나사축의 전방에 결합되는 슈홀더 및 브레이크슈로 구성되는 철도차량용 공기압 브레이크유니트에 있어서,

피스톤의 쐐기다리는 쐐기각이 11.52°로 형성되고,

요크베어링의 표면이 볼록하게 형성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 공기압 브레이크유니트에 의하여 달성된다.

Description

철도차량용 공기압 브레이크유니트{AIR PRESSURE TYPE BRAKE UNIT FOR A RAILROAD CARS}

본 고안은 공기압으로 작동되는 철도차량용 브레이크 유니트에 관한 것으로서, 더욱 상세히 설명하면 종래의 브레이크 유니트에 적용되는 공기압을 이용하여 브레이크의 제동력을 보다 크게 발생시킬 수 있고, 요크베어링의 선접촉구조를 점접촉구조로 변경하여 작동마찰면적을 감소시킴으로써 제동효율을 증대시킨 철도용 공기압 브레이크유니트의 구조에 관한 것이다.

종래의 브레이크 유니트는 피스톤의 일측 하부로 돌출 연장된 한 쌍의 쐐기다리를 갖는 피스톤과, 이 피스톤의 하방이동에 의해 전방으로 이동하며 피스톤의 이동방향과 직각으로 배치된 나사축(또는 푸시로드)과, 피스톤 및 나사축을 수용하는 실린더블록과, 피스톤 상부를 커버하며 공기압을 유입시키는 에어입구를 갖는 실린더 커버와, 실린더블록 일측 외부로 전방부가 돌출되어 있는 나사축의 전단부에 연결되며 브레이크패드(도시되지 않음)를 유지시키는 브레이크 슈 홀더로 구성된다. 나사축에는 피스톤의 쐐기다리와 접촉되는 요크베어링을 지지하도록 요크가 설치된다. 이 요크의 상방 중앙에는 피스톤의 복귀를 돕도록 피스톤 스프링이 설치되고, 나사축에는 나사축의 복귀를 돕는 푸시스프링이 설치된다. 이외에, 브레이크 유니트에는 기타 요소(element)가 더욱 설치되나 이의 상세한 구조는 생략한다.

이와 같이 구성된 종래의 브레이크 유니트는 먼저, 소정 압력의 공기압이 브레이크 유니트의 실린더커버에 설치된 에어 입구를 통해서 유입되면 실린더 블록내의 피스톤이 하방으로 이동되고, 이 피스톤의 하방으로 일체로 형성된 한 쌍의 쐐기 다리가 요크베어링과 접촉하여 나사축을 전방으로 이동시키고, 이 나사축의 전방에 설치된 브레이크 슈 홀더에 장착되는 브레이크패드(도시되지 않음)가 철도차량의 바퀴(도시되지 않음)에 마찰접촉되어 철도차량의 제동이 이루어지게 되는 것이다.

이와같이 구성되어 작동되는 철도용 공기압 브레이크는 스웨덴의 싸브 와브코(SAB WABCO)사로부터 수입하여 철도차량에 장착하여 사용되고 있다.

그러나, 현재 국내의 철도차량에 장착되어 사용되는 종래의 공기압 브레이크는 철도차량의 바퀴 제동시에 충분한 제동력(3,600㎏f 이상의 힘)을 발생하지 못하므로 밀림현상이 발생되고, 이와 같은 밀림현상으로 인해서 철도의 소정 제동거리가 길어지게되므로 소정의 정지 거리(정지선)에서 정확히 멈추지 못하는 원인이 되고 있다.

또한, 종래의 지하철도 브레이크 유니트에서 사용되는 피스톤의 힘을 증대시키기 위해서 쐐기다리의 쐐기각도를 줄이는 경우 쐐기 다리의 내구성이 감소되어 쐐기다리가 파손되는 경우도 발생된다.

따라서, 현재 소정 크기의 제동력(3,600㎏f 이상의 힘)을 발생할 수 있는 브레이크 유니트의 필요성이 제기되고 있는 실정이다.

또한, 피스톤의 쐐기 다리와 요크베어링의 접촉이 선접촉(line contact)으로 이루어져 있어서 제동효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 고안의 목적은 소정 크기의 제동력(3,600㎏f 이상의 힘)을 발생시킬 수 있는 브레이크 유니트를 제공하고자 하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 브레이크 유니트의 작동시에 부품상호간에 발생되는 마찰력을 감소시키기 위해 선접촉(line contact)을 점접촉(point contact)되게 하여 마찰력을 더욱 최소화한 브레이크 유니트를 제공하고자 하는 것이다.

본 고안의 이와 같은 목적은 피스톤의 하부로 연장되는 쐐기다리의 쐐기 각도(wedge angle)를 더욱 최소화시키고, 이의 파손을 방지하기 위해 쐐기다리를 더욱보강하며, 요크베어링의 중앙부를 좌우측변부보다 높게 형성하여 제동효율이 향상되게 함으로써 달성된다.

도1은 본 고안의 브레이크 유니트의 개략 단면도.

도2는 본 고안의 요부인 피스톤과 나사축과 결합된 요크베어링을 보여주는 예시도.

도3은 본 고안의 요크베어링이 결합된 요크의 정면도.

도4a 및 도4b는 도3의 A-A선 단면도.

도5는 종래의 요크베어링의 단면도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

1: 피스톤 1a: 쐐기다리

2: 실린더 3: 요크

3a: 요크베어링 4: 나사축

5: 슈홀더 6: 푸시스프링

7: 피스톤스프링 8: 실린더 커버

9: 에어입구

본 고안의 브레이크 유니트는 피스톤의 쐐기 각도와 요크베어링의 구조를 개선함으로써 제동력의 향상은 물론 제동효율이 증대되는 효과를 갖는 것이 특징이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안의 브레이크 유니트의 구성을 더욱 상세히 설명한다.

도1 및 도2에 예시된 바와 같이, 본 고안의 피스톤 쐐기다리의 쐐기 각도(a)는 더욱 작아져서 철도차량의 바퀴에 소정 크기 이상의 제동력을 발생할 수 있다.

예컨대, 철도차량을 멈추기 위한 브레이크 유니트의 실린더 커버(cylinder cover)(8)상의 에어입구(9)로 공급되는 에어압력이 3.8㎏/㎠이고, 내경이 178㎜인 실린더(2)로 유입되면 248.7㎠의 실린더 단면적에 압력이 가해져서 피스톤(1)이 하방(도면상 하방)으로 전진한다.

이때, 피스톤(1)의 전진하는 힘(F)은 단면적×압력=248.7㎠ × 3.8㎏/㎠ =945㎏이고, 피스톤 쐐기다리(1a)의 쐐기각도가 11.52°일 때 나사축(screw shaft)의 배력은 F ÷ {sin 11.52° + (μ× cos 11.52°)}으로 계산된다. 여기에서 μ은 마찰계수로서 윤활제가 그리스(grease)일 때 마찰계수는 0.05이다. 이를 계산하면 브레이크 힘(제동력)은 3,800㎏f 이 발생된다.

한편, 쐐기다리(1a)의 쐐기각도 표면은 요크베어링(3a)과의 마찰시 마모를 방지하기 위해서 열처리 로크웰경도가 HRC 40~60 이 되는 것이 바람직하다.

도2에 피스톤(1)과 나사축(4)에 결합된 요크의 요크베어링의 접촉관계를 개략적으로 도시한 바와 같이, 피스톤 쐐기다리(1a)는 작은 쐐기각도(a)로 형성되고, 피스톤이 하방으로 이동함에 따라서 쐐기다리(1a)의 접촉면(10)이 요크베어링(4a)에 접촉되어 요크와 나사축(4)이 전방(도면상에서 좌측방향)으로 이동된다.

도3에 요크(3)가 평면도로 개략적으로 도시된 바와 같이, 요크의 중앙부에는 나사축(4)이 결합되고, 이의 좌우측에는 요크베어링(3a)이 결합된다. 미설명부호 11은 요크의 직선운동을 안내하는 가이드블록이다.

도4a에 단면도로 그리고 도4b에 측면도로 예시된 바와 같이, 요크베어링(3a)의 중앙부분은 쐐기다리의 접촉면(10)과 점접촉되도록 좌우측 표면보다 볼록하게 볼록부(3b)가 형성된다. 따라서, 쐐기다리(1a)가 요크베어링(3a)에 접촉될 때 요크베어링에 선접촉(line contact)되는 대신에 점접촉(point contact)이 이루어지게 된다.

이와달리, 종래의 요크베어링(3a')은 도5에 단면도로 예시된 바와 같이, 쐐기다리와의 (접촉)표면이 직선으로 이루어져 있다. 따라서 쐐기다리의 접촉면(10)(도2참조)과 요크베어링(3a') 접촉은 선접촉을 이룬다.

도1에 본 고안의 브레이크 유니트가 예시되어 있으며, 여기에서 에어입구(9)를 통해서 소정의 공기압력이 실린더블록(2)내로 유입되면 피스톤(1)이 하방으로 이동되어 피스톤 스프링(7)이 압축되고, 이와 동시에 요크베어링(3a)이 쐐기다리(1a)에 의해서 전방으로 이동함에 따라서 나사축(4)이 전방으로 이동(도면상에서 좌측으로 이동)되며, 나사축 전방에 결합된 (브레이크) 슈홀더(5)가 철도차량의 바퀴에 접촉되어 철도차량의 제동이 이루어진다.

나사축(4)이 전방으로 이동될 때 나사축(4)에 설치되는 푸시스프링(push spring)(6)도 압축된다.

피스톤(1)의 하방이동에 의해 나사축(4)이 전방으로 이동됨으로써 철도차량의 제동이 이루어져서 철도차량이 정지된 후 작동된 브레이크 힘(제동력)을 해제시키기 위해서는 먼저, 에어입구(9)를 통하여 실린더블록(2)으로 유입된 에어가 에어공급원(도시되지 않음)으로 복귀되어 피스톤(1)에 작용되는 압력이 해제되면 피스톤(1)은 피스톤스프링(7)에 의해 상방으로 복원되는 한편 나사축(4)도 푸시스프링(6)에 의해 후방으로 이동되어 복원된다.

본 고안의 브레이크 유니트에 사용되는 피스톤은 소정 크기 이상의 제동력을 발생하기 위해서 쐐기다리의 쐐기 각도를 더욱 작게함과 아울러 쐐기다리의 파손을 방지하기 위해서 보강리브를 더욱 두껍게 형성하였고, 쐐기다리와 접촉되는 요크베어링의 접촉부분을 선접촉에서 점접촉되게 구성하여 제동효율이 향상되는 효과를갖는 유용한 고안이다.

Claims (2)

1. 에어입구를 통해 실린더블록으로 유입된 소정의 공압에 의해 작동되는 피스톤과, 피스톤에 일체로 형성된 한 쌍의 쐐기다리에 의해 전방으로 이동되게 접촉되는 요크의 요크베어링과, 요크베어링의 전방이동에 의해 함께 전방으로 이동되는 나사축과, 나사축의 전방에 결합되는 슈홀더 및 브레이크슈로 구성되는 철도차량용 공기압 브레이크유니트에 있어서,

   피스톤의 쐐기다리는 쐐기각이 11.52°로 형성되고,

   요크베어링의 표면이 볼록하게 형성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 공기압 브레이크유니트
2. 제1항에 있어서, 쐐기다리(1a)는 열처리 로크웰경도가 HRC 40~60 인 쐐기각도표면을 갖는 것을 특징으로 하는 철도차량용 공기압 브레이크유니트.