KR20130122759A

KR20130122759A - 차륜전삭기 상에서 윤축을 삭정하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20130122759A
Application number: KR1020137016701A
Authority: KR
Inventors: 한스 제이. 나우만; 테오 나이센; 로베르트 메르텐스; 한스-요아힘 라이케
Original assignee: 헤겐샤이트-엠에프데 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2013-11-08
Also published as: JP2013543798A; ES2575783T3; US9446449B2; RU2556190C2; EP2643115B1; WO2012069027A1; RU2013128960A; CN103391825A; BR112013013029A2; AU2010364560A1; AU2010364560B2; EP2643115A1; CN103391825B; JP5795382B2; US20140144301A1

Abstract

본 발명은 가공 툴, 가공 툴을 위한 머신 컨트롤러, 구동 롤러(15)들, 축선방향의 안내 롤러(17)들, 측정 롤러(13)들, 차축 베어링 하우징(6)들과 결합하는 클램핑 장치(21; 22)들이 구비되어 있는 차륜전삭기(12; 14) 상에서, 철도 차량의 차축 베어링 하우징(6)들에 회전가능하게 장착된 윤축(1)을 삭정하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은, 윤축(1)은 구동 롤러(15)들에 의해 레일에서 들어 올려지고 이 과정에서 윤축의 무게가 측정되고, 차축 베어링 하우징(6)은 구동 롤러(15)들과 글램핑 장치(21; 22)들 사이에 고정되고, 축선방향의 안내 롤러(17)가 윤축(1)의 2개의 차륜(3; 4) 각각의 내면(16)과 접촉하게 조정되고 이 위치에서 고정되며, 추가적인 힘(20)이 구동 롤러(15)들에 가해지는 것을 특징으로 하고, 각각의 차륜(3; 4)의 실제 직경(8) 및 마모 프로파일이 측정 롤러(13)에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하며, 실제 직경보다 작은 직경이 측정 결과에 기초하여 결정되고, 특정한 가공 허용 공차에 의해 수정되어 가공 툴을 위한 머신 컨트롤러에 공칭 직경으로서 입력되는 것을 특징으로 한다.

Description

차륜전삭기 상에서 윤축을 삭정하기 위한 방법{METHOD FOR REPROFILING WHEELSETS ON UNDERFLOOR WHEEL LATHES}

본 발명은 가공 툴, 가공 툴을 위한 머신 컨트롤러, 구동 롤러들, 축선방향의 안내 롤러들, 측정 롤러, 차축 베어링 하우징들과 결합하는 클램핑 장치들이 구비되어 있는 차륜전삭기(underfloor wheelset lathe) 상에서, 철도 차량의 차축 베어링 하우징에 회전가능하게 장착된 윤축을 삭정(reprofiling)하기 위한 방법에 관한 것이다.

유럽특허공보 EP 0 201 619 B1호에는 절삭 과정을 이용하여 재료 절감 방식으로 철도 차량용 차륜의 프로파일을 교정하기 위한 방법이 교시되어 있다. 이 공지의 방법은 프로파일의 구역들이 활주면 및/또는 차륜 플랜지에 대한 재료 마모로 인해 공칭 프로파일로부터 일탈한 때에 사용되는 것이며, 마모가 적은 프로파일 구역들이 검출되고, 이 구역들이 가공 과정을 거치게 될 때 교정된 프로파일의 방사상의 위치가 측정되기 이전에 절삭 과정에 의해 산출되고 마모 프로파일에 대해 방사상의 바깥쪽으로 상쇄되는 프로파일 구역들로부터 이동한 재료가 더 깊은 구역으로 유입되고 적어도 부분적으로 마모가 가장 심한 구역들을 재료로 충전하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 이 방법의 적용은 마모된 차륜 플랜지가 압연 또는 단조와 같은 가공 작업을 거치게 되는 것을 상정하는 것이며, 플랜지 피크로 이동하고 그에 의해 차륜 플랜지의 두께를 증가시키는 재료가 활주면을 향하여 이동하므로 재료가 차륜 플랜지의 둥근 에지의 선단으로부터 제거된다. 이러한 종래 기술에서, 철도 차량용 윤축의 삭정은 언더 플로어 선반의 범주에 속하지 않는 기계에서만 실행될 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다. 그러므로, 유럽특허공보 EP 0 201 619 B1호에 교시된 방법은 차륜전삭기에 적용하는 것이 불가능한 것으로 생각된다.

독일 특허출원 공개공보 DE 10 2006 054 437 A1호에는 철도 차량용 윤축에 포함된 철도 차량용 차륜을 가공에 의해 삭정하기 위한 방법이 교시되어 있다. 이 방법은 철도 차량용 차륜의 테핑 라인(taping line)의 양측까지 제1 중심 구역에서 그리고 프로파일의 외부 에지로부터 중심 구역까지 연장된 제2 구역에서 완전한 원에서 벗어난 것들의 제거로 삭정을 제한함으로써 공칭 윤곽이 복원되고, 중간 섹션으로부터 차륜 플랜지까지 연장된 제3 구역에서 삭정은 표면에 가까운 층의 제거로 제한되는 것을 특징으로 한다. 비록 이 방법은 차륜전삭기에 적용하기에 다소 적합하지만, 그럼에도 불구하고 독일 특허출원 공개공보 DE 10 2006 054 437 A1호에 따른 원리에서는 차륜전삭기 상에서 매우 정확한 삭정이 어떻게 실행될 수 있는지에 대하여 전혀 기재되어 있지 않다.

그러나, 이러한 윤축은 고속 철도 차량에 사용되기 전에 윤축의 매우 정확한 삭정이 전제 조건이다. 초기 단계에서 재료가 테핑 라인의 구역에서 밀려나게 되고 마찬가지로 차륜 플랜지 측면 및 차륜 타이어의 외면까지 이동되는 것이 고속 범위에서 사용하기 위한 윤축의 마모 패턴의 특징이다.

이러한 상황을 감안하여 이루어진 본 발명의 목적은 재료의 최소 제거로 윤축의 주행 거리가 현저하게 증가될 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 방법에 따라, 특히 고속 철도 차량의 윤축을 삭정하는 것이 가능하다. 따라서, 삭정할 차륜은 차륜전삭기 상에서 단일의 절삭에서 0.1 mm 내지 0.2 mm 사이의 절삭 깊이로 가공된다. 그렇게 하면서, 공칭 직경으로부터 최대 편차는 0.1 mm의 값을 초과하지 않아야 한다. 삭정하기 위하여 철도용 차량으로부터 윤축을 탈거할 필요가 없기 때문에, 차륜전삭기 상에서 매우 정확한 삭정은 비용 효율성을 또한 증가시킨다.

본 발명에 따라, 이러한 기능은 아래와 같은 것에 의해서 달성된다:

- 차륜전삭기의 구동 롤러들을 사용하여 레일에서 윤축을 들어올리고 이 과정에서 윤축의 무게를 측정한다.

- 구동 롤러들과 글램핑 장치들 사이에 차축 베어링 하우징을 고정한다.

- 축선방향의 안내 롤러를 윤축의 2개의 차륜 각각의 내면과 접촉시키고 제위치에 고정한다.

- 구동 롤러들에 추가적인 힘을 가한다.

- 측정 롤러를 사용하여 각각의 차륜의 실제 직경 및 마모 프로파일을 결정한다.

- 측정 결과에 기초하여 실제 직경보다 작은 직경을 결정하고, 특정한 가공 허용 공차에 의해 수정하여 가공 툴을 위한 머신 컨트롤러에 공칭 직경으로서 입력한다.

본 발명의 유리한 실시예에서, 구동 롤러들은 각각의 구동 롤러에 대해 20 kN 내지 50 kN 사이, 바람직하게는 30 kN의 추가적인 힘을 받도록 하는 것이 의도된다. 따라서, 차륜전삭기 상에서 윤축의 특히 견고한 클램핑이 달성된다.

더욱 유리한 실시예에 따르면, 0.10 mm 내지 0.25 mm 사이, 바람직하게는 0.15 mm로 선택되는 가공 허용 공차에 대한 방안이 있다. 이러한 허용 공차는 삭정된 프로파인의 미세 균열들에 의한 표면 손상을 제거하기 위해서 유용하다.

프로파일의 복원은 바람직하게는 단일의 가공 절삭만으로 실행된다. 이 경우에, 절차는 아래와 같다:

가공은 차륜의 외면으로부터 테핑 라인을 향하여 실행 즉, 실제 프로파일의 처음 1/3에서 2 mm 내지 6 mm 사이, 바람직하게는 4 mm의 절삭 깊이로 실행된다. 테핑 라인의 구역에서, 즉 실제 프로파일의 주행 원형의 구역에서 가공은 0.10 mm 내지 0.25 mm 사이, 바람직하게는 0.15 mm의 깊이로 실행된다. 그 후에, 차륜 플랜지 측면(flank)의 구역에서, 가공은 0.0 mm 내지 4.0 mm 사이, 바람직하게는 2.0 mm의 깊이로 실행된다. 따라서, 차륜 플랜지의 측면의 구역에서 재료가 전혀 제거되지 않는 것이 가능하다. 마지막으로, 차륜 플랜지의 둥근 에지에서, 가공은 2.0 mm 내지 6.0 mm 사이, 바람직하게는 4.0 mm의 깊이로 실행된다.

이와 같이 상이한 절삭 깊이에 의하면, 클램핑의 강성에 영향을 미치며 따라서 복원되는 프로파일의 공칭 직경의 정확도에 영향을 미치는 수동적인 절삭력이 또한 변화한다. 이 경우에, "특정한 절삭력"이 고려된다. 특정한 절삭력은 1 ㎟의 가공 단면을 갖는 재료를 가공하기 위해 필요한 힘이다. 이 힘은 재료의 절삭성, 절삭되는 칩의 두께, 절삭 속도 및 절삭 툴의 기하학적 절삭 에지에 의존한다. 특정한 절삭력은 칩 두께가 작아질수록 반비례하여 증가한다. 이러한 파워 증가는 생성할 프로파일의 정확도에 대하여 영향을 미친다. 따라서, 차륜 프로파일, 직경 및 동심도의 정확한 가공을 위해 차축의 견고한 고정, 즉 클램핑을 보장하는 것이 중요하다. 차축은 차륜전삭기 상에서 가공하는 동안 차축 베어링 하우징에 장착된 상태로 유지되는 것을 고려하는 것이 또한 중요하다. 따라서, 필요한 베어링 클리어런스가 가공 결과에 들어가지 않는 방식으로 제어되어야 한다. 이러한 목적은 차륜의 안쪽과 접촉하고 그 다음에 작업 위치에서 차륜의 안쪽에 고정되는 축선방향의 안내 롤러에 의한 내면으로부터 윤축의 2개의 차륜의 고정에 의해서 초기에 부여된다. 차축 베어링 하우징이 클램핑 돌출부(lug)들로 눌려짐으로써 고정되도록 하는 추가적인 방안이 있다. 그러나, 차축 베어링 하우징은 서포트로 또한 고정될 수 있다. 또한, 마지막으로, 눌려지고 서포트로 고정되는 것에 의해 차축 베어링 하우징이 고정되도록 하는 방안이 있다.

이 방법을 사용하는 것에 의해, 재료를 최소한으로 제거함으로써 윤축의 주행 거리를 현저하게 증가시키는 것이 가능해진다. 이 방식에서, 특히 고속 철도 차량의 윤축이 경제적으로 삭정될 수 있다.

본 발명은 예시적인 실시예를 사용하여 이하에서 상세하게 설명된다. 대부분 개략적으로 간략하게 나타낸 것을 도면들에서 확인할 수 있다.

도 1은 축소하여 나타낸 탈거한 윤축의 사시도이다.
도 2는 윤축의 마모 프로파일의 단면도이다.
도 3은 누름에 의한 차축 베어링 고정의 변경예에 대한 측면도이다.
도 4는 서포트로 차축 베어링 고정의 변경예에 대한 측면도이다.
도 5는 서포트와 누름에 의한 차축 베어링 고정의 변경예에 대한 측면도이다.

도 1에 도시된 윤축(1)은 차축(2)과 2개의 차륜 원판(3, 4)들을 포함한다. 설치된 상태에서, 윤축(1)과 차축 저널(5)은 철도 차량(도시 생략)의 차축 베어링 하우징(6)에 회전가능하게 장착된다.

도 2는 차륜 원판(3, 4)들이 각각 그 외주로 제한되어 있는 차륜 프로파일(7)의 단면을 도시한다. 여기에서, 라인(8)은 소정의 주행 거리를 주행한 후에 윤축(1)에서 발생하는 마모 프로파일을 나타낸다. 이 마모 프로파일(8)은 실제 프로파일이며, 재료가 테핑 라인으로부터 밀려나고 마찬가지로 차륜 플랜지(9)의 측면과 차륜 프로파일(7)의 외면(10)까지 이동되었다는 것은 명백하다.

삭정을 위해서, 실제 프로파일(8)을 제거하고 윤축(1)의 삭정 요건들을 충족하는 공칭 프로파일(11)을 복원하는 것이 필요하다. 이 경우에, 차륜전삭기는 실제 프로파일(8)을 측정하기 위하여 측정 롤러(13)를 구비하며 측정 롤러는 복원된 공칭 프로파일(11)을 점검함으로써 작업 결과를 확인하기 위하여 또한 사용된다. 측정 롤러(13)로부터 얻어진 결과들은 머신 컨트롤러(도시 생략)에 입력되고, 이 경우에 좌측 차륜 원판(4)과 우측 차륜 원판(3)으로부터의 측정 결과들은 서로 비교될 수 있으며 그 다음에 가공 허용 공차, 예를 들어 2 x 0.15 mm를 뺀 2개의 차륜 원판(3, 4)들의 실제 직경보다 작은 직경이 목표 직경으로 입력된다. 0.15 mm의 허용 공차는 공칭 프로파일(11)에 대한 잔류 손상을 배제하기 위해 필요하며, 잔류 손상은 미세한 균열의 형태로 재료 변형에 의해 형성될 수 있다. 도 2에는, 각 절삭 깊이가 실제 프로파일(8)에서 출발하여 부여되고, 공칭 프로파일(11)이 복원될 수 있다.

도 3에는 차축 베어링 하우징을 누름으로써 차축 베어링 하우징(6)을 고정하기 위한 것이 도시되어 있다. 차륜전삭기(12)에서, 차륜 원판(3)은 2개의 구동 롤러에 의해 아래로부터 지지 되는데, 도면에는 단지 하나의 구동 롤러(15)만이 도시되어 있다. 동시에, 차륜 원판(3)은 축선방향의 안내 롤러(17)에 의해서 내면(16)에 고정된다. 화살표로 표시된 차륜 하중(18)은 구동 롤러 상의 또한 화살표로 표시된 힘(19)에 의해서 상쇄되며, 이 힘은 차륜 하중(18)에 상응하는 반력과 화살표로 표시된 다른 추가적인 하중(20)으로 구성된다. 추가적인 하중(20)은 차륜전삭기(12)에 대해 차축 베어링 하우징(6)을 누르기 위해 사용되는 클램핑 돌출부(21)가 위쪽으로 굽힘에 의해 변형되도록 한다. 동시에, 추가적인 하중(20)은 클램핑 돌출부(21)에 작용하고 강성에 따라 클램핑 돌출부를 변형시킨다. 가공 중에, 추가적인 하중(20)은 이미 앞에서 설명한 특정한 절삭력에 의해서 증가된다. 차륜 원판(3), 차축 저널(5), 차축 베어링 하우징(6), 클램핑 돌출부(21), 차륜전삭기(12) 및 구동 롤러(15)들로 이루어진 전체 시스템의 유한한 강성 때문에, 추가적인 하중(20)은 가공 정확도에 영향을 미친다.

도 4는 서포트(22)를 사용하여 차축 베어링 하우징을 고정하는 것을 도시한다. 이러한 서포트(22)는 예를 들어 약 120 kN보다 큰 충분한 차륜 하중(23)(화살표로 표시)을 갖는 차량에 사용된다. 화살표로 표시된 약 20 kN의 하중 감소(24)는 차축 베어링 하우징(6)을 통해서 차륜전삭기(14)의 서포트(22)에 작용하며 강성에 따라 변형시키는 화살표로 또한 표시된 합력(25)을 산출한다. 가공 중에, 합력(25)은 특정한 절삭력에 의해서 감소된다. 시스템의 유한한 강성 때문에, 이러한 감소도 마찬가지로 가공 정확도에 영향을 미친다.

도 5는 클램핑 돌출부(21)와 서포트(22)로 함께 차축 베어링 하우징을 누름으로써 차축 베어링 하우징(6)을 고정하는 것을 도시한다. 이러한 클램핑 변경에 있어서, 도 3 및 도 4와 관련하여 설명된 바와 같은 수동적인 절삭력의 부정적인 영향들은 서로 상쇄된다. 따라서, 이러한 클램핑 변경은 단일의 절삭으로 철도용 차량의 윤축을 경제적으로 삭정하기 위한 최적의 것이다.

1 윤축
2 차축
3 차륜 원판
4 차륜 원판
5 차축 저널
6 차축 베어링 하우징
7 차륜 프로파일
8 실제 프로파일(마모 프로파일)
9 차륜 플랜지
10 외면
11 공칭 프로파일(삭정 프로파일)
12 차륜전삭기
13 측정 롤러
14 차륜전삭기
15 구동 롤러
16 내면
17 축선방향의 안내 롤러
18 차륜 하중
19 차륜 하중과 추가적인 하중
20 추가적인 하중
21 클램핑 돌출부
22 서포트
23 차륜 하중
24 차륜 하중 - 감소
25 합력

Claims

가공 툴, 가공 툴을 위한 머신 컨트롤러, 구동 롤러(15)들, 축선방향의 안내 롤러(17)들, 측정 롤러(13)들, 차축 베어링 하우징(6)들과 결합하는 클램핑 장치(21; 22)들이 구비되어 있는 차륜전삭기(12; 14) 상에서, 철도 차량의 차축 베어링 하우징(6)들에 회전가능하게 장착된 윤축(1)을 삭정하기 위한 방법에 있어서,
윤축(1)은 구동 롤러(15)들에 의해 레일에서 들어 올려지고 이 과정에서 윤축의 무게가 측정되고,
차축 베어링 하우징(6)은 구동 롤러(15)들과 글램핑 장치(21; 22)들 사이에 고정되고,
축선방향의 안내 롤러(17)가 윤축(1)의 2개의 차륜(3; 4) 각각의 내면(16)과 접촉하게 되고 이 위치에서 고정되며,
추가적인 힘(20)이 구동 롤러(15)들에 가해지고,
각각의 차륜(3; 4)의 실제 직경(8) 및 마모 프로파일이 측정 롤러(13)에 의해서 결정되고,
실제 직경(8)보다 작은 직경이 측정 결과에 기초하여 결정되고, 특정한 가공 허용 공차에 의해 수정되어 가공 툴을 위한 머신 컨트롤러에 공칭 직경으로서 입력되는 것을 특징으로 하는 윤축을 삭정하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
구동 롤러(15)들에 대해 작용하는 추가적인 힘(20)은 각각의 구동 롤러(15)에 대해 20 kN 내지 50 kN 사이, 바람직하게는 30 kN으로 선택되는 것을 특징으로 하는 윤축을 삭정하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
가공 허용 공차는 0.10 mm 내지 0.25 mm 사이, 바람직하게는 0.15 mm로 선택되는 것을 특징으로 하는 윤축을 삭정하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
가공은 각각의 차륜(3; 4)의 테핑 라인에서 출발하여 차륜(3; 4)의 외면(10)으로부터 테핑 라인을 향하여, 실제 프로파일(8)의 처음 1/3에서 2 mm 내지 6 mm 사이, 바람직하게는 4 mm의 절삭 깊이로 실행되는 것을 특징으로 하는 윤축을 삭정하기 위한 방법.
제4항에 있어서,
가공은 테핑 라인의 구역에서, 즉 실제 프로파일(8)의 주행 원형에서 0.10 mm 내지 0.25 mm 사이, 바람직하게는 0.15 mm의 절삭 깊이로 실행되는 것을 특징으로 하는 윤축을 삭정하기 위한 방법.
제4항에 있어서,
차륜 플랜지 측면(9)의 구역에서, 가공은 0.0 mm 내지 4.0 mm 사이, 바람직하게는 2.0 mm의 절삭 깊이로 실행되는 것을 특징으로 하는 윤축을 삭정하기 위한 방법.
제4항에 있어서,
차륜 플랜지(9)의 둥근 에지에서, 가공은 2.0 mm 내지 6.0 mm 사이, 바람직하게는 4.0 mm의 절삭 깊이로 실행되는 것을 특징으로 하는 윤축을 삭정하기 위한 방법.
제4항에 있어서,
삭정은 단일의 가공 절삭으로 실행되는 것을 특징으로 하는 윤축을 삭정하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
차축 베어링 하우징(6)들은 클램핑 돌출부(21)들에 의해 눌려져서 고정되는 것을 특징으로 하는 윤축을 삭정하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
차축 베어링 하우징(6)들은 서포트(22)로 고정되는 것을 특징으로 하는 윤축을 삭정하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
차축 베어링 하우징(6)들은 서포트(22)와 누름(21)에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 윤축을 삭정하기 위한 방법.