KR950001453B1 - Rotary coupler assembly for railway vehicle - Google Patents
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Abstract
내용없음.None.
Description
제1도는 본 발명의 바람직한 실시예를 일부 절개하여 도시한 측단면도.1 is a side cross-sectional view showing a partially cut away the preferred embodiment of the present invention.
제2도는 제1도의 실시예를 도시한 평단면도.2 is a plan sectional view showing the embodiment of FIG.
제3도는 종래 기술에 따른 연결장치의 자루부(shank)와 하단부(butt end) 사이에서 연장 형성된 방사형 만곡부(fillet)를 확대하여 도시한 일부 확대도.3 is an enlarged view of a portion of the radial fillet extending between a shank and a butt end of a connecting device according to the prior art.
제4도는 본 발명의 바람직한 만곡부를 종래 기술의 만곡부와 비교하여 도시한 일부 확대도.4 is a partially enlarged view showing the preferred curved portion of the present invention in comparison with the curved portion of the prior art.
제5도는 본 발명의 바람직한 실시예와 일치하는 포물선을 도시한 그래프도.5 is a graphical representation of a parabola consistent with the preferred embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 회전식 연결장치 14 : 중앙몸체부(center sill)10: rotary connection device 14: center sill
24, 26 : 플랜지 30 : 요크(yoke)24, 26: flange 30: yoke
36 : 지지플레이트 44, 46 : 측벽36: support plate 44, 46: side wall
52 : 구형면(spherical face) 62 : 개구부52: spherical face 62: opening
74, 76 : 포켓 수용부(pocket portion)74, 76: pocket portion
78, 80 : 돌출부(shoulder) 94, 96 : 만곡부(fillet)78, 80: shoulder 94, 96: fillet
102 : 자루부(shank)102: shank
본원 발명의 철도차량용 연결장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 자루부(shank)와 하단부(butt end) 사이에 반경이 변화되는 만곡부(fillet)를 갖춘 개선된 회전식 연결장치에 관한 것이다.The present invention relates to a railway vehicle connecting device, and more particularly, to an improved rotary connecting device having a fillet having a radius change between a shank and a butt end.
철도차량은 인접한 철도차량과 견인봉(Drawbar) 또는 연결기(couplers)라고 불리우는 연결부재(coupler member)에 의해 서로 연결된다. 상기 견인본은 일체형 구조를 갖추고, 두대 또는 그 이상의 철도차량 사이에 위치되어 철도차량을 영구적으로 연결하도록 사용하는 장치로서 철도업계에 알려져 있다.Railroad cars are connected to each other by adjacent railroad cars and coupler members called drawbars or couplers. The towing bone is known in the railroad industry as a device having an integrated structure and positioned between two or more railroad cars and used to permanently connect the railroad cars.
상기 연결기(couplers)는 각각의 철도차량에 부착되는 독립적인 구조를 갖추어 인접한 두대의 철도차량을 서로 연결하도록 사용된다. 각각의 경우에 있어서, 견인봉 또는 연결기의 자루부(shank)와 하단부(butt end)는 철도차량의 중앙몸체부(center sill)로 삽입되어 철도차량으로 길이 방향의 하중을 전달하도록 고정된다.The couplers have independent structures that are attached to each railway vehicle and are used to connect two adjacent railway vehicles to each other. In each case, the shank and butt end of the towbar or coupler are inserted into the center sill of the railroad car and fixed to transmit the longitudinal load to the railroad car.
회전식 연결기(Rotary couplers)는 각각의 철도차량이 인접한 철도차량과 연결된 채로 회전하여 광석, 타코나이트(taconite), 석탄(coal), 곡물, 인산광물(phosphate)등과 같은 적화물을 하역하거나 비우도록 한다. 회전식으로 사용되는 종래의 연결장치는 상, 하부에서 자루부와 하단부 사이를 연장하는 방사형 만곡부를 갖춘 변이 표면(transition surfaces)을 갖추고 있다.Rotary couplers rotate with each railcar connected to adjacent railcars to unload or empty cargoes such as ores, taconite, coal, grains, and phosphates. . Conventional connectors used in rotation have transition surfaces with radial curvatures extending between the top and bottom of the bag.
긴 주행거리와 많은 적화물을 실은 철도차량에서는, 상기 연결장치에 작용하는 힘은 매우 크다. 긴 주행거리와 많은 적화물을 수송하기 위해 현재 사용되는 연결장치의 문제점은 자루부와 하단부 사이의 방사형 만곡부에서 발생하는 피로하중에 의한 균열(cracks)이다. 만일, 이러한 균열현상이 크게 되면, 연결장치는 파괴되어 더 이상 연결역할을 수행할 수 없게 된다. 또한, 다른 문제점은 연결장치가 중앙몸체부 내부의 요크(yoke)내에서 수직 및 수평 방향으로 일정각도를 형성하고 있기 때문에, 연결장치의 자루부와 하단부 사이의 방사형 만곡부에서 상기 연결장치와 상기 요크 사이에 금속 돌기물이 형성된다. 만일, 금속의 돌기물이 크게 형성되면, 바람직하지 않는 굽힘 모멘트(bending moment)가 발생하여 높은 압력발생과 잠재적인 피로 균열 및 파단(failure)을 초래하게 된다. 이러한 잠재적인 위험성은 매우 중요한 문제점으로 대두되어 연결장치의 설계 수정을 고려하여야만 하는 것이다.In railroad cars with long mileage and many loads, the force acting on the connecting device is very large. A problem of the presently used coupling devices for transporting long mileage and large loads of cargo is cracks due to fatigue loads occurring in the radial bends between the bag and the bottom. If this cracking phenomenon becomes large, the connecting device is broken and it can no longer perform the connecting role. In addition, another problem is that since the connecting device forms an angle in the vertical and horizontal directions in the yoke inside the central body part, the connecting device and the yoke at the radial curved portion between the bag and the lower end of the connecting device. Metal projections are formed in between. If the projections of the metal are large, undesirable bending moments occur, resulting in high pressures and potential fatigue cracks and failures. This potential risk is a very important issue that must be considered when modifying the design of connecting devices.
따라서 본 발명은 연결장치의 자루부와 하단부 사이에 형성된 변이표면에 피로 균열이 발생하는 잠재적인 위험성을 감소시킨 개선된 회전식 연결장치를 제공함에 목적이 있다.It is therefore an object of the present invention to provide an improved rotary joint which reduces the potential risk of fatigue cracking at the transition surface formed between the bag and bottom of the joint.
본 발명에 의해서, 종래의 문제점이 해소되고, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는, 일정한 반경(constant radius)을 갖춘 만곡부 대신에, 변화되는 반경을 갖춘 합성 만곡부를 사용함으로써 상기 자루부와 하단부 사이에서 발생하는 응력집중(stress concentration)현상을 보다 큰 표면적에 균일하게 분포시켜 현저히 감소시킴에 의해 달성된다. 상기 굴곡이 형성된 만곡부는 상기 연결장치의 자루부와 하단부의 표면을 일부 절삭 가공하여 금속 돌기물의 형성 위험성을 감소시킬 수 있다. 포물선 형태의 굴곡이 형성된 만곡부가 바람직하지만, 타원형이나 현수선(懸垂線, catenaries) 행태를 갖추어 변화되는 반경을 갖춘 곡선도 사용가능하여 응력집중현상이 방지될 수 있다. 상기와 같이 응력집중을 방지함으로써 연결장치의 자루부와 하단부 사이에서 피로 균열이 발생하는 것을 방지하도록 된다.According to the present invention, the conventional problem is solved, and in order to achieve the object of the present invention, instead of the curved portion having a constant radius, by using a synthetic curved portion having a varying radius between the bag and the bottom portion This is achieved by uniformly distributing the stress concentration phenomena occurring over a larger surface area and significantly reducing them. The curved curved portion may reduce the risk of forming metal protrusions by partially cutting the surfaces of the bag and the lower end of the connection device. Curves with parabolic curves are preferred, but curves with varying radii with elliptical or catenaries behavior can also be used to prevent stress concentration. By preventing the stress concentration as described above to prevent the occurrence of fatigue cracking between the bag and the lower end of the connecting device.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
제1도 및 제2도에는 본 발명에 따른 F형 회전식 연결장치(10)가 도시되어 있다. 상기 연결장치(10)는 철도차량(미도시) 하부에서 길이 방향으로 고정된 중앙몸체부(center sill)(14)의 개방단부로 연장삽입된다. 표준사양에 따라 제작된 중앙몸체부(14)는 상부벽(18), 측벽(20)(22) 및, 개방하단부(28)에 부착된 플랜지(24)(26)를 갖춘 ∩형 챈널 부재(channel member)(16)를 갖추고 있다.1 and 2 show an F-shaped rotary connection device 10 according to the invention. The connecting device 10 is extended and inserted into the open end of the center sill 14 fixed in the longitudinal direction from the bottom of the railway vehicle (not shown). The central body portion 14, manufactured according to the standard specification, has a ∩ type channel member having an upper wall 18, side walls 20 and 22, and flanges 24 and 26 attached to the open lower end 28. channel member) 16.
요크(yoke)(30)는 중앙몸체부(14) 내부에 위치되고, 하부벽(32)과 상부벽(34)을 갖추고 있다. 또한 요크(30)는 상기 플랜지(24)(26)에 고정된 지지플레이트(support plate)(36)와 지지챈널(support channel)(38)상부에 위치된 중앙몸체부(14) 내부에 장착된다.The yoke 30 is located inside the central body portion 14 and has a lower wall 32 and an upper wall 34. The yoke 30 is also mounted inside the central body 14 located above the support plate 36 and the support channel 38 fixed to the flanges 24 and 26. .
타격장치(striker assembly)(40)는 중앙몸체부(14)의 개방단부(12)내에 위치되고, 상부벽(42)과 측벽(44)(46)을 갖추고, 상기 측벽(44)(46)은 후방으로 점차 두께가 증가하여 연장하면서 타격장치 멈춤부재(48)(50)에서 각각 종료된다. 연결장치(10)의 하단부(54)에 형성된 구형면(spherical face)(52)은 이와 일치하는 종동 블럭(follower block)(58)의 구형면(56)과 면접(面接)하고 있다.A striker assembly 40 is located in the open end 12 of the central body portion 14 and has an upper wall 42 and side walls 44 and 46, and the side walls 44 and 46. Are terminated at the striking device stop members 48 and 50, respectively, gradually increasing in thickness toward the rear. The spherical face 52 formed on the lower end 54 of the connecting device 10 is in interview with the spherical face 56 of the follower block 58 corresponding thereto.
상기 종동블럭(58)은 상기 요크(30)의 하부벽(32)과 상부벽(34) 사이 및, 중앙몸체부(14)의 양측벽(20)(22)은 사이에 위치된다. 또한, 종동블럭(58)은 인출봉(Draft bar)(미도시)에 의해 상기 타격장치(40)의 타격장치 멈춤부재(48)(50)에 지지된다.The driven block 58 is located between the lower wall 32 and the upper wall 34 of the yoke 30, and both side walls 20, 22 of the central body portion 14. The driven block 58 is also supported by the striking device stop members 48 and 50 of the striking device 40 by a draw bar (not shown).
요크(30)의 전방부(60)는 연결장치(10)의 하단부(54)가 수용되는 공간(64)과 연통되는 개구부(62)를 갖추고 있다. 상기 개구부(62)는 좌, 우로 신장(elongated)되어 있다. 따라서, 하단부(54)의 신장된 길이는 상기 개구부(62)의 신장된 길이와 일치하여 나란히 위치되고, 상기 개구부(62)를 통해 공간(64)으로 삽입된다. 일단, 상기 하단부(54)가 개구부(62)를 통과하여 삽입되면 90℃ 회전되어 하단부(54)의 신장된 길이와 상기 개구부(62)의 신장된 길이가 더 이상 일치하지 않게 되고, 고정키(66)(68)가 요크(30)의 구멍(70)(72)으로 삽입되어 회전 작동중에 상기 요크(30)의 공간(64)으로부터 원하지 않게 상기 하단부(54)가 분리되는 것을 방지한다.The front part 60 of the yoke 30 has an opening 62 in communication with the space 64 in which the lower end 54 of the connecting device 10 is accommodated. The opening 62 is elongated left and right. Thus, the elongated length of the lower end 54 is positioned side by side to coincide with the elongated length of the opening 62 and is inserted into the space 64 through the opening 62. Once the lower end 54 is inserted through the opening 62, the lower end 54 is rotated by 90 ° C. so that the extended length of the lower end 54 and the extended length of the opening 62 no longer coincide with each other. 66 and 68 are inserted into the holes 70 and 72 of the yoke 30 to prevent undesired separation of the lower end 54 from the space 64 of the yoke 30 during rotational operation.
상기 요크(30)의 상부벽(32)과 하부벽(34)은 요크(30)의 전방부(60)에서 두께가 증가하고, 연결장치(10)의 하단부(54)에 형성된 돌출부(shoulder)(78)(80)를 수용하는 포켓수용부(pocket partion)(74)(76)를 갖추어 상기 연결장치(10)의 하단부(54)가 중앙몸체부(14)내에서 중심이 유지되고, 연결장치(10)의 견인력(Draft loads)을 중앙몸체부(14)와 타격장치(40)로 전달하게 된다.The upper wall 32 and the lower wall 34 of the yoke 30 increase in thickness at the front portion 60 of the yoke 30, and a shoulder formed in the lower portion 54 of the connecting device 10. A pocket partion 74 and 76 for accommodating 78 and 80 is provided so that the lower end 54 of the connecting device 10 is centered within the central body 14 and connected. Draft loads of the device 10 are transmitted to the central body 14 and the striking device 40.
상기 연결장치(10)로부터 전달된 충격력은 종동블럭(58)으로 직접 전달되고, 상기 충격력이 인출기어(Draft gear)(미도시)와 후방멈춤부재(rear stops)로 전달되며, 따라서 중앙몸체부(14)로 전달된다. 하단부(54)의 돌출부(78)(80)와, 요크(30)의 포켓수용부(74)(76)는 각각 구형 표면(spherical surfaces)을 갖추어, 하단부(54)와 종동블럭(58)의 구형면(52)(56)과 함께, 상기 중앙몸체부(14)내에서 연결장치(10)가 수평 및 수직방향으로 각도 조절이 가능토록 된다.The impact force transmitted from the connecting device 10 is directly transmitted to the driven block 58, and the impact force is transmitted to a draw gear (not shown) and rear stops, and thus the central body portion. Is passed to (14). The protrusions 78 and 80 of the lower portion 54 and the pocket accommodation portions 74 and 76 of the yoke 30 each have spherical surfaces, so that the lower portion 54 and the driven block 58 have a spherical surface. Together with the spherical surfaces 52 and 56, the connecting device 10 in the central body portion 14 is capable of angle adjustment in the horizontal and vertical directions.
또한, 상기 연결장치(10)는 인접한 철도차량(미도시)의 또다른 연결장치(미도시)의 머리부와 결합되는 머리부(82)와, 상기 머리부(82)와 하단부(54) 사이에 형성된 자루부(84)를 갖추고 있다. 상기 자루부(84)는 하부벽(86), 상부벽(88) 및 측벽(0)(92)을 갖추고 있다.In addition, the connecting device 10 includes a head 82 coupled with a head of another connecting device (not shown) of an adjacent railway vehicle (not shown), and between the head 82 and the lower end 54. Has a bag 84 formed in the. The bag 84 has a lower wall 86, an upper wall 88 and side walls 0 and 92.
만곡부(94)(96)는 자루부(84)의 하부벽(86)과 구형의 돌출부(8) 사이 및, 자루부(84)의 상부벽(88)과 구형의 돌출부(80) 사이에서 각각 연장 형성되어 있다.The curved portions 94 and 96 are respectively between the bottom wall 86 of the bag 84 and the spherical protrusion 8, and between the top wall 88 and the spherical protrusion 80 of the bag 84. It is extended.
종래 기술에서는, 이러한 만곡부가 균일한 반경을 갖는 방사형 만곡부로 구성되었다. 종래 기술의 만곡부(98) 상부면은 제3도에 도시된 바와 같이 자루부(102)의 상부벽(100)과 하단부(106)의 구형 돌출부(104)상부면 사이에 연장되어 있다.In the prior art, these curved portions consisted of radial curved portions having a uniform radius. The upper surface of the curved portion 98 of the prior art extends between the upper wall 100 of the bag 102 and the upper surface of the spherical protrusion 104 of the lower portion 106 as shown in FIG.
상기와 같은 만곡부(98)에 피로 균열(fatigue crack)이 발생되는 것이었다.Fatigue cracks were generated in the curved portions 98 as described above.
제4도는 자루부(84)의 상부벽(88)과 하단부(54)의 구형 돌출부(80)의 상부면 사이에서 연장된 만곡부(96)가 확대되어 도시되어 있다. 제4도에 도시된 것과 같은 구조는 상, 하부에 각각 형성된 만곡부(94)(96)에 동일하게 형성되어 있다. 균일한 반경을 갖춘 방사형 만곡부는 하단부(54)의 구형 돌출부(80)로부터 거리가 멀어질수록 증가하도록 변화되는 직경을 갖춘 포물선형 만곡부(96)로 대체되어 있다. 종래 기술에 따른 만곡부의 측단면 형태가 점선으로 도시되어 본원 발명의 측단면 형태와 대비되어 있다.4 shows an enlarged curved portion 96 extending between the top wall 88 of the bag 84 and the top surface of the spherical protrusion 80 of the bottom portion 54. The same structure as shown in FIG. 4 is formed in the curved portions 94 and 96 formed on the upper and lower portions, respectively. Radial curves with uniform radius are replaced with parabolic curves 96 with diameters that vary to increase with distance from the spherical protrusion 80 of the bottom portion 54. The side cross-sectional shape of the curved portion according to the prior art is shown by the dotted line, as opposed to the side cross-sectional shape of the present invention.
상기와 같은 포물선형 만곡부(96)로 대체함으로써 종래 기술의 균일한 반경을 갖는 만곡부(98) 대신에, 보다 길고 완만하게 만곡된 표면, 즉, 포물선형 만곡부(96)를 따라 하중이 넓게 분포되고, 따라서 상기 자루부(84)의 상부벽(88)과 하단부(54)의 구형 돌출부(80) 사이에서 응력집중 현상이 현저히 감소되는 것이다.By replacing the parabolic curve 96 as described above, instead of the curved portion 98 having a uniform radius of the prior art, the load is widely distributed along a longer, gently curved surface, that is, the parabolic curve 96 Therefore, stress concentration between the upper wall 88 of the bag 84 and the spherical protrusion 80 of the lower end 54 is significantly reduced.
이러한 응력집중의 감소 작용은 연결장치(10)의 자루부(84)와 하단부(54) 사이에서 형성되는 피로 균열을 감소시킨다.This reduction in stress concentration reduces fatigue cracks formed between the bag portion 84 and the lower portion 54 of the connecting device 10.
정하중 상태에서의 응력 비교시험이 개선된 본원 발명의 만곡부와 종래 기술의 만곡부 사이에서 실행되었다. 300Kips의 축방향 인장하중인 경우, 연결장치의 자루부(84)와 하단부(54) 사이의 만곡부 영역에서 본원 발명이 종래 기술의 구조에 비하여 대략 30%의 평균응력 감소 효과를 얻었다. 이러한 결과치는 본원 발명의 개선된 구조가 향상된 피로 강도(fatigue strength)를 제공한다는 것을 보여주고 있다.A comparative stress test at static load was carried out between the improved bent portion of the present invention and the prior art curved portion. In the case of an axial tensile load of 300 Kips, the present invention achieved an average stress reduction effect of approximately 30% compared to the prior art structure in the bend region between the bag 84 and the bottom 54 of the connecting device. These results show that the improved structure of the present invention provides improved fatigue strength.
상기 포물선형 만곡부(96)는 자루부(84)의 상부벽(88) 일부와 하단부(54)의 구형 돌출부(80)의 외표면 일부를 오목하게 절삭(undercut)하여 금속 돌기물의 형성을 방지함으로써, 연결장치(10)가 상기 요크(30)내에서 일정 각도로 위치될때 바람직하지 않는 굽힘 모멘트(bending moment)와 높은 응력발생이 방지된다.The parabolic curved portion 96 recesses a portion of the upper wall 88 of the bag portion 84 and a portion of the outer surface of the spherical protrusion 80 of the lower portion 54 to prevent the formation of metal projections. Undesirable bending moments and high stresses are prevented when the connecting device 10 is positioned at an angle within the yoke 30.
포물선형 만곡부는, 제4도에 도시된 X측과 Y축을 따라서 매우 적은 공간이 형성되기 때문에 바람직하다.The parabolic curved portion is preferable because very little space is formed along the X side and the Y axis shown in FIG.
상기 Y축을 따른 거리는, 상기 만곡부가 요크(30)의 포켓수용부(76)와 면접하는 하단부(54)의 구형 돌출부(80)로 더 이상 연장될 수 없기 때문에, 종래 기술보다 많이 증가될 수 없다. 상기와 같은 만곡부의 거리 연장은 현재 구조의 요크(30)와 상호교환성(interchangeability)이 결여될 수 있다. 상기 Y축을 따른 거리는 지면부에서 제4도에서 도시된 자루부(84)의 상부벽(88)을 절삭하여 오목하게 함으로써 약간 증가시킬 수 있다.The distance along the Y axis cannot be increased much more than in the prior art because the curved portion can no longer extend to the spherical projection 80 of the lower portion 54 which is in contact with the pocket accommodation portion 76 of the yoke 30. . Such extension of the distance of the bend may lack interchangeability with the yoke 30 of the current structure. The distance along the Y axis can be slightly increased at the ground by cutting and recessing the top wall 88 of the bag 84 shown in FIG.
상기 X축을 따른 거리는 머리부(8)를 향해 자루부(84)의 상부벽(88)에서 포물선형 만곡부를 연장형성하면 보다 크게 증가될 수 있다.The distance along the X axis can be increased further by extending the parabolic curves in the top wall 88 of the bag 84 towards the head 8.
개략적인 포물선형 만곡부(96)를 제작하기 위하여 상기 X과 Y축을 따른 각각의 거리는 동일 숫자로 분할되고, 제5도에 도시된 바와 같이 상부에서 하부로, 또한 좌측에서 우측으로 번호가 부여될 수 있다. 동일 번호를 갖춘 점(points)들은 직선으로 서로 연결되어 포물선과 유사한 점진적으로 반경이 증가하는 곡선을 얻을 수가 있다.In order to produce a schematic parabolic curve 96, the distances along the X and Y axes are divided by the same number, and can be numbered from top to bottom and left to right as shown in FIG. have. The same numbered points can be connected to each other in a straight line, yielding a progressively increasing radius of curve similar to a parabola.
상기 포물선형 만곡부(96)는 제4도에 도시된 바와 같이 하단부(54)의 구형 돌출부(80)가 상기 만곡부(96)와 접하는 지점(108)에 위치된 포물선의 정점을 기준으로 한 포물선 방정식(Y2=2fX)을 이용하여 형성될 수 있다. 여기서, 상기 포물선 방정식의 상수(constant) f는 주어진 자루부와 하단부에 대한 X축 및 Y축의 공간 제한치에 따라서 선택된다.The parabolic curve 96 is a parabolic equation based on the vertex of the parabola located at the point 108 where the spherical protrusion 80 of the lower portion 54 is in contact with the curved portion 96 as shown in FIG. It can be formed using (Y 2 = 2fX). Here, the constant f of the parabolic equation is chosen according to the space limits of the X and Y axes for a given bag and bottom end.
포물선형 만곡부가 바람직하지만, 타원형(ellipses) 또는 현수선(catenaries)형과도 같이 변화되는 반경을 갖춘 합성곡선(compound curves)이 사용되어 응력집중을 감소시킬 수도 있다. 또한, F형 머리부를 갖춘 연결장치가 참조도면에 도시되었지만, 다른 형의 연결장치에도 이와 동일한 수정이 가해져서 동일한 결과를 얻을 수가 있다.Parabolic curves are preferred, but compound curves with varying radius, such as ellipses or catenaries, may be used to reduce stress concentration. In addition, although the connecting device with an F-shaped head is shown in the reference drawings, the same modifications can be made to other connecting devices to obtain the same result.
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