KR100799338B1

KR100799338B1 - 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템 및 궤간 가변 레일

Info

Publication number: KR100799338B1
Application number: KR1020060101921A
Authority: KR
Inventors: 장승호; 구정서
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2008-01-30

Abstract

본 발명은 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템 및 궤간 가변 레일에 관한 것으로, 보다 상세하게는 궤간 가변 윤축시스템을 갖춘 철도차량이 주행할 때 외부로부터의 예기치 않은 교란이나 일부 부품의 파손시에도 차륜의 위치가 변경되지 않도록 플랜지를 정해진 위치에 견고하게 고정할 수 있는 플랜지 걸림쇠가 장착된 궤간 가변 윤축시스템과, 상기 플랜지 걸림쇠를 작동시키는 걸림쇠 해정 레일이 설치된 궤간 가변 레일에 관한 것이다.

본 발명은 궤간이 서로 다른 두 개의 선로 사이를 주행할 수 있도록 자동으로 궤간이 변환되는 윤축시스템에 있어서, 슬라이딩부와 캡고정부가 형성된 차축과; 상기 차축의 슬라이딩부에서 좌우로 이동하는 차륜과; 상기 차축의 캡고정부에 고정결합되는 고정캡과; 상기 고정캡의 둘레에 끼워지고, 축둘레 방향으로 회전함으로써 상기 차륜을 좌우로 이동시키는 잠금기구와; 상기 고정캡의 우측단부에 결합되고, 상기 잠금기구의 잠금과 풀림을 구속하는 플랜지와; 상기 플랜지의 안쪽 차축의 중심방향의 고정캡에 설치되어 상기 플랜지의 위치를 고정시키기 위한 플랜지 잠금구와; 상기 고정캡의 좌측단부에 결합되는 스프링홀더와; 상기 플랜지와 상기 스프링홀더 사이에 내설되는 압축스프링;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 따르면 궤간 가변 윤축시스템에서 만일의 사태에서의 오작동을 방지하여 궤간 잠금의 신뢰성과 안정성을 향상시키고, 이를 통해 궤간가변 장치의 실용화를 촉진하고 궤간이 다른 철도의 직결 운행이 가능하도록 하여 물류 비 절감에 기여할 수 있는 뛰어난 효과를 갖는다.

궤간가변, 고정캡, 플랜지 잠금구, 플랜지 걸림쇠, 걸림쇠 해정 레일

Description

철도차량용 궤간 가변 윤축시스템 및 궤간 가변 레일{Gauge-changeable wheelset and rail for railway vehicle}

도 1은 종래의 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템의 분해 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템의 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템의 분해 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 차륜의 상세도.

도 5는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 잠금기구의 상세도.

도 6은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 스프링홀더의 상세도.

도 7은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 고정캡의 상세도.

도 8은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 플랜지의 상세도.

도 9는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 플랜지 의 다른 실시예를 나타낸 상세도.

도 10은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 플랜지 잠금구의 사시도.

도 11은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 플랜지 잠금구의 작동 상태도.

도 12는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 플랜지 잠금구 덮개의 상세도.

도 13은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 플랜지 잠금구의 결합도.

도 14는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 고정캡, 플랜지, 플랜지 잠금구 및 플랜지 잠금구 덮개의 결합 단면도.

도 15는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에서 플랜지와 잠금기구가 상호 작용하는 상태도.

도 16은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에서 차륜과 잠금기구가 상호 작용하는 상태도.

도 17은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 레일의 평면도 및 단면도.

도 18은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 레일의 다른 실시예를 나타낸 평면도 및 단면도.

도 19는 도 18에 나타낸 철도차량용 궤간 가변 레일 중 걸림쇠 해정 레일의 단면도.

도 20은 도 19에 나타낸 걸림쇠 해정 레일 중 레일부의 상세도.

도 21은 도 19에 나타낸 걸림쇠 해정 레일의 작동상태를 나타내는 개념도.

도 22는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템 및 궤간 가변 레일 중 플랜지의 디스크와 릴리스레일 간의 작용관계를 나타낸 상세도.

<도면의 주요부분에 대한 번호의 설명>

100 : 차축 110 : 슬라이딩부

120 : 캡고정부 200 : 차륜

210 : 확장부 220 : 걸림편

221 : 걸림홈 300 : 고정캡

310 : 스톱퍼 320 : 고정키

330 : 연장부 340 : 안내홈

350, 890 : 단턱부 360, 830, 895 : 결합공

400, 400a : 플랜지 410 : 디스크부

412 : 제 1 디스크 플랜지 414 : 제 2 디스크 플랜지

415 : 공회전 디스크 416 : 디스크 삽입홈

420 : 키홈 430 : 잠금부시

431 : 직선부 432 : 경사부

440 : 스프링수용부 450 : 돌출부

460 : 걸림쇠 돌기 결합홈 500 : 잠금기구

510 : 부시홈 511 : 수평면

512 : 경사면 520 : 걸림돌기

530 : 출입홈 600 : 압축스프링

700 : 스프링홀더 710 : 지지부

720 : 스프링수용부 730 : 캡고정부

740 : 걸림편홈 800 : 플랜지 잠금구

810 : 가이드링 820 : 수용홈

840 : 스프링 850 : 플랜지 걸림쇠

860 : 걸림쇠 돌기 880 : 플랜지 잠금구 덮개

895 : 결합공 897 : 볼트

900 : 표준궤 910 : 광궤

920 : 궤간변화레일 930 : 가이드레일

940 : 릴리스레일 945 : 롤러

950a, 950b, 960a, 960b : 걸림쇠 해정 레일

970 : 레일부 972 : 레일

973 : 경사부 974, 984 : 스프링 수용부

976 : 결합부 980 : 레일받침부

982 : 받침판 986 : 결합봉

988 : 스토퍼 989 : 고정수단

990 : 압축스프링

먼저, 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템의 도입 배경을 설명하면 다음과 같다.

1960년대 후반부터 표준궤와 비표준 궤간을 사용하거나 비표준 궤간 사용국가와 접경을 이루는 국가들인, 스페인(1435mm, 1688mm 혼용), 독일(1435mm), 일본(1067mm, 1435mm 혼용), 러시아(1520mm), 폴란드(1435mm), 프랑스(1435mm) 등이 열차가 주행하면서 궤간을 변경하는 궤간 가변 차량의 개발에 관심을 가지기 시작하였다.

상기한 다수의 국가 중, 궤간가변 시스템의 적용을 세계에서 가장 처음으로 검토 개발하여 실용화한 국가는 스페인으로, 처음 철도를 건설할 당시 스페인은 프랑스의 남서쪽에 위치한 지리적인 여건으로 인해 인접국으로부터의 침입을 방지할 목적으로 광궤(1,668mm)를 채택하였으며 그 이후 계속 운영해 왔다.

그러나, 그러한 광궤의 운영은 신선구간 및 인접 유럽 각국이 운영하는 표준궤(1,435mm)와의 궤간 차이로 인해 원활한 여객 및 화물 수송에 걸림돌이 되었고, 이후 다양한 아이디어와 이를 실용화하기 위한 연구 및 개발이 끊임없이 계속되었다.

한편, 국내의 경우, 남북철도 연결사업이 가속화되고 있고, 이로 인하여 표준궤인 남북철도와 광궤인 러시아 철도간의 국경에서 궤간 차이를 극복할 방안들에 대한 관심이 고조되었으며, 그러한 방안으로서 환적, 대차교환, 궤간가변 대차 등이 검토되었다.

이러한 이종 궤간 시스템에 관한 기술인 궤간가변장치에 대한 종래의 기술 중 폴란드특허 PL181969(1997)에 개시된 궤간가변장치는 차륜의 축방향의 이동을 잠그고 해제하는데 있어서 탄성을 가지고 휘어지는 긴 막대형의 부품을 축둘레의 원주방향으로 배열한 잠금기구를 채택하고 있는데, 상기 막대형의 부품의 수는 20~30개에 이른다.

그러나, 상기 궤간가변장치는 휘어졌다 펴지는 긴 막대형의 부품을 사용함으로 인하여 궤간 변경을 반복하는 경우, 상기 부품에 피로 문제가 발생할 수 있을 뿐만 아니라 20개 이상의 부품으로 잠금기구가 이루어져 있기 때문에 제작 또는 유지보수에 과다한 비용이 소요되는 문제점이 있다.

한편, 유럽특허 EP0873930(1998)에 개시된 궤간 가변 장치는 3쌍의 잠금레버를 잠금기구로 채택하고 압축스프링을 원주방향으로 배열한 구조를 가진다.

그러나, 상기 궤간가변장치는 상기 잠금레버가 축 중심선과 수직방향, 즉 축의 원주 외측으로 상당히 돌출되어 내설될 뿐만 아니라, 잠금 또는 풀림시에도 축의 원주 외측방향으로 작동함으로 인하여 전체 잠금기구의 부피가 커지고 구조가 복잡하다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점들을 해소하기 위한 방안으로 본 출원인이 출원한 국내 특허출원번호 제10-2005-7360호 "자동 궤간 변환 윤축시스템"이 있는데, 그 기술적 요지는 도 1에 나타낸 바와 같이 궤간이 서로 다른 두 개의 선로사이를 주행할 수 있도록 자동으로 궤간이 변환되는 윤축시스템에 있어서, 슬라이딩면(11)과 캡고정부(12)가 형성된 차축(10)과; 상기 차축(10)의 슬라이딩면(11)에서 좌우로 이동하는 차륜(20)과; 상기 차축(10)의 캡고정부(12)에 고정결합되는 고정캡(30)과; 상기 고정캡(30)의 둘레에 끼워지고, 축둘레 방향으로 회전함으로써 상기 차륜(20)을 좌우로 이동시키는 잠금기구(50)과; 상기 고정캡(30)의 우측단부에 결합되고, 상기 잠금기구(50)의 잠금과 풀림을 구속하는 플랜지(40)와; 상기 고정캡(30)의 좌측단부에 결합되는 스프링홀더(70)와; 상기 플랜지(40)와 상기 스프링홀더(70) 사이에 내설되는 압축스프링(60)으로 구성되어 부품의 개수를 줄이고 제작비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 그 구조적 특성으로 인하여 대차에 용이하게 장착할 수 있고 회전관성을 줄여 에너지 절약측면에도 유리하도록 한 것이다.

상기한 종래의 시스템에서는 한 종류의 궤간을 가진 선로를 주행할 때 차륜 간격을 고정시키기 위해서 차륜 안쪽에 위치한 플랜지가 스프링의 힘으로 밀린 상태로 고정된다. 한 종류의 궤간에서 다른 크기의 궤간을 가진 궤도로 주행할 때에 는 릴리스 레일이 설치된 지상 변환 시설을 통과하면서 플랜지가 차축을 따라 바깥쪽으로 밀리고 잠금기구를 해정시켜 고정되어 있던 차륜의 위치가 바뀔 수 있도록 하였다.

궤간가변 장치는 한 종류의 궤간에서 주행시에는 차륜의 잠금이 절대로 해정되어서는 안되며 지상 궤간 변환 시설을 통과할 때에만 잠금이 해정되어야 한다. 하지만 종래의 시스템에서는 만일 주행 중에 예기치 못한 궤도 위의 방해물이나 얼음 등이 플랜지를 칠 가능성이 있으며 이 경우 플랜지가 차륜쪽으로 밀리게 된다면 차륜 궤간 잠금이 해정될 수도 있다. 또한 스프링이 파손되면 오작동이 발생하는데, 특히 영하 60도까지 내려가는 시베리아의 겨울에서와 같이 매우 추운 환경에서는 스프링의 구조적 피로 또는 충격에 의한 균열이 가속화할 수 있는 가능성이 있고, 스프링이 파손되면 궤간 잠금은 실패하고 차륜의 차축에서의 위치가 이탈되는 큰 문제점이 발생한다.

또한, 철도차량 특히 대차의 구성품은 매우 높은 안전성, 신뢰성이 요구되는 부분으로 궤간 가변 차량에서 궤간 잠금이 오작동 될 경우 큰 사고로 이어질 수도 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 서로 다른 궤간의 궤도 위를 주행할 수 있게 하는 철도차량의 자동 궤간 변환 윤축시스템에서 한 종류의 궤간을 가진 선로를 주행할 때에 외부로부터의 예기치 않은 교란이나 일부 부품이 파손 되어도 차륜의 위치가 이탈되지 않도록 플랜지를 견고하게 고정할 수 있는 부가적인 잠금장치를 설치한 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템과 그 부가적인 잠금장치를 작동시킬 수 있는 궤간 가변 레일을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 스프링에 충격 또는 피로 균열에 의한 파손이 일어날 경우 플랜지의 위치가 쉽게 움직여 차륜의 잠금이 해정되고 차륜이 이탈하는 경우를 방지할 수 있는 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 궤간 변경 지점에 있는 릴리스레일에만 추가적인 부품을 설치하여 궤간 변환이 이루어질 때 플랜지의 디스크와 릴리스레일 간의 마찰을 줄여 진동과 소음을 줄이고, 두 부품의 마모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 모든 철도차량에 적용이 가능하고 유지보수가 용이한 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템 및 궤간 가변 레일을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 걸림쇠 해정 레일의 높이를 윤축에 따라 조절 가능하도록 하여 전 세계의 모든 철도차량 및 레일에 적용이 가능한 철도차량용 궤간 가변 레일을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 궤간이 서로 다른 두 개의 선로 사이를 주행할 수 있도록 자동으로 궤간이 변환되는 윤축시스템에 있어서, 슬라이딩부와 캡고정부가 형성된 차축과; 상기 차축의 슬라이딩부에서 좌우로 이동하는 차륜과; 상기 차축의 캡고정부에 고정결합되는 고정캡과; 상기 고정캡의 둘레에 끼워지고, 축둘레 방향으로 회전함으로써 상기 차륜을 좌우로 이동시키는 잠금기구와; 상기 고정캡의 우측단부에 결합되고, 상기 잠금기구의 잠금과 풀림을 구속하는 플랜지와; 상기 플랜지의 안쪽 차축의 중심방향의 고정캡에 설치되어 상기 플랜지의 위치를 고정시키기 위한 플랜지 잠금구와; 상기 고정캡의 좌측단부에 결합되는 스프링홀더와; 상기 플랜지와 상기 스프링홀더 사이에 내설되는 압축스프링;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 플랜지 잠금구는, 상기 고정캡에 결합되는 원형의 가이드링과; 상기 가이드링의 외측에 결합되는 플랜지 걸림쇠와; 상기 플랜지 걸림쇠의 외측에 돌출형성된 걸림쇠돌기와; 상기 가이드링과 플랜지 걸림쇠 사이에 설치되는 스프링;으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드링에는 상기 플랜지 걸림쇠와 스프링이 수용되는 수용홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플랜지 걸림쇠는 상기 가이드링의 수용홈에 끼워지되, 60도 간격으로 6개가 동일한 형상으로 서로 겹쳐지도록 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 고정캡은, 우측단부에 형성되고, 상기 플랜지를 지지하는 스톱퍼와, 상기 스톱퍼의 우측 외주연에 연장 형성되는 단턱부와, 상기 스톱퍼의 우측면에 형성되는 결합공과, 상기 스톱퍼의 좌측단부에서 연장되어 형성되고, 상기 플랜지의 축둘레 방향의 회전을 방지하기 위해 형성된 고정키와, 좌측단부에 형성되고, 상기 스프링홀더와 결합되는 연장부와, 상기 연장부 사이에 형성되고 상기 차 륜이 상기 차축과 일체로 회전하도록 하기 위해 상기 차륜의 걸림편이 삽입되는 안내홈으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플랜지는, 우측단부에 형성되고 좌우 이동을 위하여 릴리스레일과 접촉하는 디스크부와, 상기 디스크부의 우측면에 돌출형성된 원형의 돌출부와, 상기 돌출부의 내주면에 형성된 걸림쇠돌기 결합홈과, 상기 고정캡에 형성된 고정키에 끼워지는 키홈과, 상기 잠금기구에 형성된 부시홈에 삽입되어 상기 잠금기구를 고정 또는 회전시키는 잠금부시와, 상기 압축스프링이 끼워져 고정되는 스프링수용부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 디스크부는 차축에 대하여 공회전할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 디스크부는 스프링수용부의 외주면에서 바깥쪽으로 돌출형성된 제 1 및 제 2 디스크플랜지와, 상기 제 1 및 제 2 디스크플랜지의 사이에 형성된 디스크삽입홈과, 상기 디스크삽입홈에 삽입설치되어 차축에 대하여 공회전하는 공회전디스크로 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 플랜지 잠금구의 안쪽 차축의 중심방향으로 플랜지 잠금구 덮개가 더 설치된 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 플랜지 잠금구 덮개의 바깥쪽 원주에는 플랜지 잠금구 방향으로 꺾여진 단턱부가 형성되고, 표면에는 결합공이 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 레일은 표준궤와 광궤와 상기 표준궤와 광궤 사이에 설치되어 점차적으로 궤간변환을 유도하는 궤간변화레일과, 궤간변화 중 차륜이 레일로부터 이탈되는 것을 방지하는 가이드레일과, 좁아지거나 넓어지는 부분과 평행한 부분으로 구성되어 궤간변화를 위한 플랜지의 좌우 방향 이동을 유도하는 릴리스레일로 구성된 궤간 가변 레일에 있어서, 상기 릴리스레일의 시작과 끝부분 안쪽에는 걸림쇠 해정 레일이 설치된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 걸림쇠 해정 레일은 철도차량의 윤축 높이에 따라서 높이가 조절될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 걸림쇠 해정 레일은 레일부와, 지면에 설치되어 상기 레일부를 받쳐주는 레일받침부와, 상기 레일부와 레일받침부 사이에 설치되어 상기 레일부의 높이를 조절하는 압축스프링으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 레일부는

형상의 레일과, 상기 레일의 하면에 돌출형성되는 스프링수용부와, 상기 레일의 하면에 관통되어 돌출형성되는 결합부로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 레일받침부는, 지면에 고정설치되는 받침판과, 상기 받침판의 상면에 돌출형성되는 스프링수용부와, 상기 받침판의 상면에 돌출형성되어 레일부와 결합되는 결합봉으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 결합봉의 상단에는 상기 레일부가 스프링의 탄성력에 의해 윗방향으로 이탈되지 않도록 하는 스토퍼가 고정설치된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 릴리스레일이 플랜지의 디스크부와 접촉되는 레일면에는 롤러가 길이방향으로 일렬로 삽입 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템 및 궤간 가변 레일의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템의 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 차륜의 상세도이고, 도 5는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 잠금기구의 상세도이며, 도 6은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 스프링홀더의 상세도이고, 도 7은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 고정캡의 상세도이며, 도 8은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 플랜지의 상세도이고, 도 9는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 플랜지의 다른 실시예를 나타낸 상세도이며, 도 10은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 플랜지 잠금구의 사시도이고, 도 11은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 플랜지 잠금구의 작동 상태도이며, 도 12는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 플랜지 잠금구 덮개의 상세도이고, 도 13은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 플랜지 잠금구의 결합도이며, 도 14는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에 사용되는 고정캡, 플랜지, 플랜지 잠금구 및 플랜지 잠금구 덮개의 결합 단면도이고, 도 15는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에서 플랜지와 잠금기구가 상호 작용하는 상태도이며, 도 16은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템에서 차륜과 잠금기구가 상호 작용하는 상태도이고, 도 17은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 레일의 평면도 및 단면도이며, 도 18은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 레일의 다른 실시예를 나타낸 평면도 및 단면도이고, 도 19는 도 18에 나타낸 철도차량용 궤간 가변 레일 중 걸림쇠 해정 레일의 단면도이며, 도 20은 도 19에 나타낸 걸림쇠 해정 레일 중 레일부의 상세도이고, 도 21은 도 19에 나타낸 걸림쇠 해정 레일의 작동상태를 나타내는 개념도이며, 도 22는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템 및 궤간 가변 레일 중 플랜지의 디스크와 릴리스레일 간의 작용관계를 나타낸 상세도이다.

먼저, 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템을 실시하기 위한 지상 궤간 가변 레일을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 17은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 레일의 단면도 및 평면도를 나타낸 것으로 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 레일은 표준궤(900)와 광궤(910), 가이드레일(930), 궤간변화레일(920), 릴리스레일(940), 및 걸림쇠 해정 레일(950a, 950b)로 구성되어 있다. 보다 상세하게는, 상기 가이드레일(930)은 궤간변화 중 차륜(200)이 레일로부터 이탈되는 것을 방지하고 궤간이 서서히 변화되는 것을 도와주는 레일이고, 궤간변화레일(920)은 상기 표준궤(900)와 광궤(910) 사이에 설치되어 점차적으로 궤간변환을 유도하는 레일이며, 상기 릴리스레일(940)은 좁아지거나 넓어지는 부분과 평행한 부분으로 구성됨으로써 궤간 변화를 위한 상기 플랜지(400)의 좌우 방향 이동을 유도하는 역할을 하는 레일이고, 상기 걸림 쇠 해정 레일(950a, 950b)은 후술할 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템 중 플랜지 걸림쇠(850) 부분을 눌러서 플랜지(400)가 위치 변경 가능한 상태가 되도록 하는 레일로, 그 상세 작동과정은 후술하도록 하겠다.

다음으로, 상기와 같은 철도차량용 궤간 가변 레일 위에서 주행하는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축 시스템의 구성을 상세히 설명하되, 본 발명은 차축(100)에서 좌우 대칭으로 작동되므로 편의상 차축(100)의 좌측을 기준으로 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템은 크게는 궤간이 서로 다른 두 개의 선로 사이를 주행할 수 있도록 자동으로 궤간이 변환되는 윤축시스템에 있어서, 슬라이딩부(110)와 캡고정부(120)가 형성된 차축(100)과; 상기 차축(100)의 슬라이딩부(110)에서 좌우로 이동하는 차륜(200)과; 상기 차축(100)의 캡고정부(120)에 고정결합되는 고정캡(300)과; 상기 고정캡(300)의 둘레에 끼워지고, 축둘레 방향으로 회전함으로써 상기 차륜(200)을 좌우로 이동시키는 잠금기구(500)와; 상기 고정캡(300)의 우측단부에 결합되고, 상기 잠금기구(500)의 잠금과 풀림을 구속하는 플랜지(400)와; 차축(100) 중심방향의 고정캡(300)에 설치되어 상기 플랜지(400)의 위치를 고정시키기 위한 플랜지 잠금구(800)와; 상기 고정캡(300)의 좌측단부에 결합되는 스프링홀더(700)와; 상기 플랜지(400)와 상기 스프링홀더(700) 사이에 내설되는 압축스프링(600);으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 구성들 중, 차축(100), 차륜(200), 잠금기구(500), 스프링홀더(700), 압축스프링(600)의 구성은 앞서 살펴본 도 1에 도시된 국내 특허출원번호 제10-2005-0007360호 "자동 궤간변환 윤축시스템"에 기재되어 있는 내용과 동일하므로 상세한 설명을 생략하고 간단히 구성만 설명하도록 한다.

우선, 상기 차축(100)은 중심에서 좌우측단부에 차륜(200)이 좌우로 이동되는 슬라이딩부(110)와 캡고정부(120)가 구성되어 있고, 상기 차륜(200)은 도 4에 나타낸 바와 같이, 축공 주위에 축 중심방향으로 일체로 형성된 일정길이의 확장부(210)와, 상기 확장부(210)의 둘레에 결합되는 원주방향으로 돌출되는 걸림편(220)과, 상기 걸림편(220)의 저면에 형성되어 잠금기구(500)의 걸림돌기(520) 형상과 끼워맞춰지는 걸림홈(221)으로 구성된다.

또한, 상기 잠금기구(500)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 고정캡(300)보다 큰 직경을 가지고, 상기 고정캡(300)의 둘레에 끼워지며 축둘레 방향으로 회전할 수 있는 구조를 가지는데, 크게 수평면(511)과 경사면(512)으로 이루어진 부시홈(510)과, 걸림돌기(520) 및 출입홈(530)으로 이루어진다.

또한, 상기 스프링홀더(700)는 압축스프링(600)의 좌측방향으로의 이동을 구속하는 역할을 하는데, 크게 지지부(710), 스프링수용부(720), 캡고정부(730), 걸림편홈(740)으로 이루어진다.

다음으로, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 특징적인 구성들을 상세히 설명하도록 한다.

먼저, 도 7의 (a),(b)는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템 중 고정캡(300)의 상세도를 나타낸 것으로, 상기 고정캡(300)은 차축(100)의 캡고정부(120)에 억지끼워맞춤 또는 용접 등의 방식으로 결합되고, 전체적으로 스톱퍼(310), 단턱부(350), 결합공(360), 고정키(320), 연장부(330) 및 안내홈(340)을 포함하여 구성된다.

보다 상세히 설명하면, 우측단부에 형성되는 스톱퍼(310)는 궤간변환 과정 또는 열차가 주행중, 압축스프링(600)에 의하여 플랜지(400)가 축 중심방향으로 과도하게 이동하는 것을 방지하는 역할을 한다.

또한, 상기 단턱부(350)는 상기 스톱퍼(310)의 우측 외주연에 축의 중심방향으로 연장 형성되어, 후술할 플랜지 잠금구(800)의 플랜지 걸림쇠(850)와 가이드링(810) 사이에 끼워져 있는 스프링(840)에 의해 플랜지 걸림쇠(850)가 바깥으로 이탈하는 것을 방지하는 역할을 한다.

그리고, 상기 스톱퍼(310)의 우측면에는 6개의 결합공(830)이 형성되어 있는데, 상기 결합공(830)은 후술할 가이드링(810) 및 플랜지 잠금구 덮개(880)와 동일한 위치에 형성되어 플랜지 잠금구(800)를 고정캡(300)에 결합시키는 역할을 한다.

또한, 상기 고정키(320)는 상기 스톱퍼(310)의 단부로부터 좌측으로 연장되어 형성되고, 플랜지(400)의 키홈(420)에 끼워져서 상기 플랜지(400)가 상기 차축(100)과 일체로 회전하고 축둘레 방향으로 공회전 하는 것을 방지한다.

한편, 상기 연장부(330)는 좌측단부에 형성되고, 스프링홀더(700)의 캡고정부(730)와 고정결합되며, 상기 안내홈(340)은 상기 연장부(330) 사이에 형성되고 상기 차륜(200)의 걸림편(220)이 삽입되어 좌우로 이동할 수 있는 구조를 가지고 있다.

또한, 상기 안내홈(340)은 궤간변환 중 잠금기구(500)의 걸림돌기(520)와 차륜(200)의 걸림홈(221)이 서로 이격된 상태인 잠금기구(500)가 풀린상태에서도 상기 차륜(200)의 걸림홈(221)에 회전력을 가함으로써 차륜(200)을 차축(100)과 일체로 회전시키는 역할을 한다.

다음으로, 도 8의 (a),(b)는 플랜지의 사시도를 나타낸 것이고, 도 8의 (c)는 플랜지의 단면도를 나타낸 것이다.

상기 플랜지(400)는, 상기 고정캡(300)의 우측단부에 결합되고 상기 잠금기구(500)의 잠금과 풀림을 구속하는 역할을 하는데, 크게 디스크부(410), 돌출부(450), 걸림쇠돌기 결합홈(460), 키홈(420), 잠금부시(430), 스프링수용부(440)로 이루어진다.

보다 상세히 설명하면, 상기 디스크부(410)는 궤간변환 중 릴리스레일(940)과 접촉하면서 상기 플랜지(400)를 좌우로 이동시키는 역할을 하는데, 상기 플랜지(400)가 좌측으로 이동할 때에는 압축스프링(600)의 탄성력을 극복하면서 상기 릴리스레일(940)의 폭이 넓어짐에 따라 힘을 받고, 상기 플랜지(400)가 우측으로 이동할 때에는 릴리스레일(940)의 폭이 좁아지고 상기 압축스프링(600)의 탄성력에 의하여 힘을 받는다.

또한, 상기 돌출부(450)는 상기 디스크부(410)의 우측면에 원형으로 돌출형 성되어, 플랜지 잠금구(800)가 삽입 설치될 수 있도록 한 것으로, 상기 돌출부(450)의 내주면에는 상기 플랜지 잠금구(800)의 걸림쇠돌기(860)가 결합되는 걸림쇠돌기 결합홈(460)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 키홈(420)은 고정캡(300)에 형성된 고정키(320)에 끼워져서 플랜지(400)가 차축(100)과 일체로 회전하고 축둘레 방향으로 공회전하는 것을 방지하는 역할을 한다.

한편, 상기 잠금부시(430)는 잠금기구(500)에 형성된 부시홈(510)에 삽입되어 수평방향으로 이동하면서 잠금기구(500)를 고정 또는 회전시키는데, 상기 잠금부시(430)는 잠금기구(500)의 부시홈(510)의 형상에 대응하여 직선부(431)가 수평으로 형성되고 경사부(432)가 상방향으로 경사를 이루면서 형성되는 구조를 갖는다.

또한, 상기 스프링수용부(440)에는 압축스프링(600)이 끼워져 고정되는데, 상기 압축스프링(600)은 상기 스프링수용부(440)와 스프링홀더(700)의 스프링수용부(720) 사이에서 압축과 인장을 반복하게 된다.

한편, 도 9의 (a),(b)는 플랜지의 다른 실시예에 대한 사시도를 나타낸 것이고, 도 9의 (c)는 상기 플랜지의 단면도를 나타낸 것으로, 여기에서 플랜지(400a)는 릴리스레일(940)과의 마찰을 줄일 수 있도록, 디스크부(410)가 차축(100)에 대하여 공회전할 수 있도록 구성되어 있다. 보다 상세하게는 상기 플랜지(400a)의 스프링수용부(440)의 양 끝단 외주면에는 제 1, 2 디스크 플랜지(412, 414)가 형성되는데, 돌출부(450)와 만나는 면에는 제 1 디스크 플랜지(412)가 형성되고, 스프링 수용부(440)의 바깥쪽 끝단에는 제 2 디스크 플랜지(414)가 형성되어, 제 1, 2 디스크 플랜지(412, 414)의 사이에는 디스크 삽입홈(416)이 형성된다. 이 때, 상기 디스크 삽입홈(416)에는 차축(100)에 대하여 공회전이 가능한 공회전디스크(415)가 삽입 설치되는데, 상기 공회전디스크(415)는 릴리스레일(940)에 접촉되도록 중앙부가 절곡되도록 형성되어 있고, 차축(100)에 대하여 공회전이 가능하므로, 릴리스레일(940)과 공회전디스크(415)간의 마찰 발생이 줄어 마모가 발생하지 않고 보다 오래 사용할 수 있다는 장점이 있다. 한편, 도 22에는 릴리스레일(940)과 디스크부(910) 사이의 마찰을 줄이기 위한 방법이 도시되어 있는데, 이에 대하여는 후술하도록 하겠다.

다음으로, 도 10은 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템 중 플랜지 잠금구(800)의 사시도를 나타낸 것이고, 도 11의 (a)와 (b)는 각각 플랜지 잠금구(800)의 플랜지 걸림쇠(850)가 튀어 나와있는 모습과 눌려져 있는 모습의 평면도를 나타낸 것으로, 상기 플랜지 잠금구(800)는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 레일 중 걸림쇠 해정 레일(950)에 의해 작동하여 플랜지(400)가 차륜(200) 쪽으로 밀려 움직이게 하는 역할을 하고, 크게 가이드링(810)과, 플랜지 걸림쇠(850)와, 걸림쇠 돌기(860)와, 스프링(840)으로 구성되어 있다.

상기 가이드링(810)은 플랜지 잠금구(800)의 몸체 역할을 하는 것으로, 표면에는 전술한 고정캡(300)의 결합공(360)의 위치와 대응되는 위치에 결합공(830)이 형성되어 있고, 바깥 원주면 즉, 외주면에는 플랜지 걸림쇠(850)와 스프링(840)이 수용되는 수용홈(820)이 6개 형성되어 있다.

또한, 상기 플랜지 걸림쇠(850)는 가이드링(810)의 외측에 결합되는 것으로, 보다 상세하게는 가이드링(810)의 수용홈(820)에 스프링(840)과 함께 삽입설치되어, 걸림쇠 해정 레일(950a, 950b)에 의해 작동되는 것이다. 상기 플랜지 걸림쇠(850)의 상부에는 걸림쇠 돌기(860)가 돌출 형성되어, 플랜지(400)의 걸림쇠 돌기 결합홈(460)에 결합되게 되는데, 상기 걸림쇠 해정 레일(950)에 의해 플랜지 걸림쇠(850)가 눌려진 상태가 될 경우, 상기 걸림쇠 돌기(860)는 플랜지(400)의 걸림쇠 돌기 결합홈(460)으로부터 빠져나오게 되어 플랜지(400)는 위치 변경이 가능한 상태가 되고, 그렇지 않은 경우 즉, 걸림쇠 해정 레일(950)이 없는 경우에는 플랜지 걸림쇠(850)는 스프링(840)의 복원력에 의해 원상태로 되고, 걸림쇠 돌기(860)는 다시 상기 걸림쇠 돌기 결합홈(460)으로 결합되어 플랜지(400)는 위치가 변경되는 일이 없도록 단단히 잠금 상태를 유지하게 된다.

상기와 같이 플랜지 걸림쇠(850)가 눌린 상태가 된 경우 전체적인 원주의 길이가 줄어들게 되므로 상기 플랜지 걸림쇠(850)는 동일한 형상으로 6개를 제작하여 60도 간격으로 서로 동일 방향으로 겹쳐지도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 어느 한 플랜지 걸림쇠(850)가 중심 방향으로 눌려질 경우 다른 플랜지 걸림쇠(850)들도 동시에 눌림 상태가 되는 것이다. 눌림 상태가 해제되는 경우도 마찬가지다.

다음으로 도 12의 (a), (b)는 플랜지 잠금구 덮개(880)의 상세도를 나타낸 것으로, 상기 플랜지 잠금구 덮개(880)는 상기 플랜지 잠금구(800)의 안쪽 차 축(100)의 중심방향으로 설치되어 플랜지 잠금구(800)의 이탈을 방지하고 외부의 이물질로부터 플랜지 잠금구(800)를 보호하는 역할을 하는 것으로, 상기 플랜지 잠금구 덮개(880)의 바깥쪽 원주에 플랜지 잠금구(800) 방향으로 꺾여진 단턱부(890)와, 표면에 형성된 결합공(895)으로 구성되어 있다.

보다 상세하게는 상기 단턱부(890)는 전술한 고정캡(300)의 단턱부(350)와 동일한 역할을 하는 것으로, 플랜지 잠금구(800)의 플랜지 걸림쇠(850)와 가이드링(810) 사이에 끼워져 있는 스프링(840)에 의해 플랜지 걸림쇠(850)가 바깥으로 이탈하는 것을 방지하기 위한 것이고, 상기 결합공(895) 역시 전술한 고정캡(300) 및 가이드링(810)에 형성된 결합공(360, 830)과 동일한 위치에 형성되어 플랜지 잠금구(800), 플랜지 잠금구 덮개(880)를 순서대로 고정캡(300)에 조립하고, 6개의 볼트(897)를 이용하여 체결시키는 것이다.

다음으로 도 13의 (a)와 (b)는 플랜지 잠금구 및 플랜지 잠금구 덮개의 설치 전후를 나타낸 사시도이고(결합관계를 명확히 나타내기 위해 플랜지는 도시생략 하였음), (c)는 설치완료된 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템을 나타낸 사시도이며, 도 14는 고정캡과 플랜지, 플랜지 잠금구 및 플랜지 잠금구 덮개의 결합관계를 나타낸 단면도이다.

여기에서, 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템의 조립과정을 살펴보면, 먼저 차축(100)과, 고정캡(300), 플랜지(400), 잠금기구(500), 압축스프링(600), 스프링홀더(700), 차륜(200)의 조립과정은 앞서 살펴본 도 1에 도시된 국 내 특허출원번호 제10-2005-0007360호 "자동 궤간변환 윤축시스템"에 기재되어 있는 내용과 동일하므로 상세한 설명 및 도면을 생략하도록 하겠다.

따라서, 차륜(200)까지의 조립을 마친 후, 도 13의 (b)에 나타낸 바와 같이 플랜지 걸림쇠(850)를 눌러서 플랜지 잠금구(800)를 플랜지(400)의 돌출부(450) 내로 삽입하면, 걸림쇠 돌기(860)가 플랜지(400)의 돌출부(450) 내주면에 형성된 걸림쇠 돌기 결합홈(460)에 위치하게 되고, 이 때 플랜지 걸림쇠(850)와 가이드링(810) 사이에 끼워져 있는 스프링(840)의 복원력에 의해 플랜지 잠금구(800)가 결합된다. 그 후 플랜지 잠금구(800)의 안쪽 차축(100)의 중심방향으로 플랜지 잠금구 덮개(880)를 설치한 후, 고정캡(300), 가이드링(810), 플랜지 잠금구 덮개(880)에 형성된 결합공(360, 830, 895)의 위치를 일치시킨 다음 볼트(897)를 이용하여 체결시키면 도 13의 (c)에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 변환 윤축시스템의 조립과정이 완성되는 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 변환 윤축시스템이 궤간 변환 레일을 따라 궤간을 변환시키는 과정을 도 15 내지 도 17을 참조하여 시계열적으로 순차적으로 설명하되, 광궤(910)에서 표준궤(900)로의 궤간변화시를 기준으로 살펴보면 다음과 같다.

(1) 광궤 주행 중(Phase 1)

열차가 광궤(910)를 주행중에는 궤간의 변환 없이 열차가 주행하고, 플랜지 잠금구(800)의 걸림쇠 돌기(860)가 플랜지(400)의 걸림쇠 돌기 결합홈(460)에 결합 되어 플랜지(400)는 잠금상태가 된다. 보다 상세하게는 플랜지(400)에 형성된 잠금부시(430)의 직선부(431) 하면과, 경사부(432)의 상면이 잠금기구(500)에 형성된 부시홈(510) 수평면(511)의 상면과 하면에 끼워 맞춰져 상기 잠금기구(500)는 상기 플랜지(400)와 함께 차축(100)과 일체로 회전하고, 차륜(200)의 걸림편(220)에 형성된 걸림홈(221)이 상기 잠금기구(500)의 걸림돌기(520)와 맞물려진 상태가 유지된다.(도 15의 (a) 및 도 16의 (a) 참조).

(2) 걸림쇠 해정 레일에 진입시(Phase 2)

열차가 광궤(910)를 주행하다가 걸림쇠 해정 레일(950a)에 진입하게 되면, 플랜지 잠금구(800)의 플랜지 걸림쇠(850)가 눌려지고 걸림쇠 돌기(860)가 플랜지(400)의 걸림쇠 돌기 결합홈(860)으로부터 빠져나와 플랜지(400)가 이동가능한 상태가 된다.(도 17 참조)

이 때, 열차가 아직 광궤(910)를 주행하지만 릴리스레일(940)이 궤간 외측으로 넓어지고, 이에 따라 플랜지(400)는 상기 릴리스레일(940)의 형상에 의하여 압축스프링(600)의 탄성력을 극복하면서 차축(100)의 단부 방향으로 이동한다. 이 때, 상기 플랜지(400)에 형성된 잠금부시(430)의 경사부(432)가 좌측으로 이동하여 상기 잠금기구(500)에 형성된 경사면(512)을 밀게 되고, 잠금기구(500)의 구조적 형상에 의하여 상기 잠금기구(500)가 회전하게 된다.(도 15의 (b) 참조)

이와 동시에, 상기 잠금기구(500)의 회전에 의하여 차륜(200)의 걸림홈(221)이 상기 잠금기구(500)의 걸림돌기(520)로부터 점차적으로 이격됨으로써, 상기 차륜(200)은 좌우 이동이 가능한 상태로 유지된다.(도 16의 (b)참조)

(3) 궤간변환레일 주행 중(Phase 3)

상기 차륜(200)이 좌우 이동이 가능한 상태에서 궤간의 폭이 줄어듦에 따라 차륜(200)은 궤간의 폭에 따라 축 중심방향으로 이동되는데, 이 때 차륜(200)은 궤간변화레일(920)의 구조적 형상과 가이드레일(930)에 의하여 점차적으로 이동된다.(도 16의 (c) 참조)

(4) 표준궤 진입단계(Phase 4)

열차가 궤간변화레일(920)을 지나 표준궤(900)로 진입하여 상기 차륜(200)의 축방향 이동이 끝나고 진입초기에는 상기 릴리스레일(940)의 궤간이 일정하므로 표준궤(900)와 릴리스레일(940) 사이에서 압축스프링(600)이 탄성력을 보유한 채 여전히 압축된 상태로 유지된다.

이후, 릴리스레일(940)의 궤간의 폭의 줄어듦에 따라 상기 플랜지(400)가 릴리스레일(940)의 구조적 형상과 압축스프링(600)의 탄성력에 의하여 축방향으로 이동되는데, 보다 상세히 설명하면, 상기 플랜지(400)에 형성된 잠금부시(430)의 경사부(432)가 우측으로 이동하면 상기 잠금기구(500)가 원래의 위치로 회전하면서 복귀하고, 잠금부시(430)의 경사부(432)가 부시홈(510)의 수평면(511)에 고정되는 상태, 즉 잠금상태가 된다.(도 15의 (a) 참조)

이와 동시에, 다시 걸림쇠 해정 레일(950b)을 지나면서 플랜지 잠금구(800)는 다시 눌려져서 플랜지(400)가 원위치로 복귀하게 되고, 잠금기구(500)가 회전함에 따라, 상기 차륜(200)의 걸림편(220)에 형성된 걸림홈(221)이 다시 잠금기구(500)의 걸림돌기(520)와 맞물려진 후(도 16의 (d) 참조), 열차가 릴리스레 일(940)과 걸림쇠 해정 레일(950)의 구속으로부터 벗어나면 플랜지 잠금구(800)의 걸림쇠 돌기(860)는 플랜지(400)의 걸림쇠 돌기 결합홈(460)에 다시 결합되어 플랜지(400)는 더 이상 움직이지 않는 상태가 되고, 표준궤(900)에 따라 정상적인 주행이 시작됨으로써, 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템의 작동이 마무리 된다.

상기와 같이 열차가 광궤(910)에서 표준궤(900)로 진입할 때와 마찬가지로 표준궤(900)에서 광궤(910)로 진입할 때에도 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템의 작동원리와 철도차량용 궤간 가변 레일의 구성은 동일하다.

다음으로, 도 18 내지 도 21을 참고로 하여 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 레일의 다른 실시예를 설명하기로 한다.

철도차량의 차륜(200)은 차량마다 다를 수 있고, 또한 동일한 차륜(200)이라도 답면의 마모에 의해서 지름이 작아지게 되므로, 이러한 경우에도 걸림쇠(850)가 해정되기 위해서는 걸림쇠 해정 레일(960a, 960b)의 높이가 들어오는 윤축의 높이에 따라서 조정될 수 있어야 한다. 따라서, 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 레일의 다른 실시예는 걸림쇠 해정 레일(960a, 960b)이 철도차량의 윤축 높이에 따라서 높이가 조절될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

보다 상세히 설명하면, 상기 걸림쇠 해정 레일(960a, 960b)는 도 19에 나타낸 바와 같이, 크게 플랜지 잠금구(800)의 플랜지 걸림쇠(850)가 지나가는 레일부(970)와, 지면에 고정설치되어 상기 레일부(970)를 받쳐주는 레일받침부(980)와, 상기 레일부(970)와 레일받침부(980) 사이에 설치되어 레일부(970)의 높이를 조절가능하도록 하는 압축스프링(990)으로 구성되어 있다. 이 때, 상기 레일받침부(980)는 다시 지면에 고정설치되는 받침판(982)과, 상기 받침판(982)의 상면 좌우 양측에 돌출되도록 형성되어 상기 압축스프링(990)이 수용되도록 하는 스프링수용부(984)와, 상기 받침판(982)의 중앙부 전후에 돌출되도록 형성되어 상기 레일부(970)와 레일받침부(980)을 결합시키는 결합봉(986)으로 구성되고, 상기 레일부(970)는 다시 도 20에 나타낸 바와 같이, "

" 형상의 레일(972)과, 상기 레일(972)의 하면 좌우 양측으로 돌출되도록 형성되되 상기 레일받침부(980)의 스프링수용부(984)의 외측으로 결합되어 압축스프링(990)을 수용하는 스프링수용부덮개(974)와, 상기 레일(972)의 하면 중앙부 전후에 관통되도록 돌출 형성되어 상기 레일받침부(980)의 결합봉(986)과 결합되는 결합부(976)로 구성되어 있다.

따라서, 레일받침부(980)의 스프링수용부(984)에 압축스프링(990)을 삽입하고, 그 위로 레일부(970)를 결합봉(986)이 결합부(976)를 관통하도록 결합시킨 후, 상기 결합봉(986)의 상단을 볼트 등의 고정수단(989)으로 고정시키면 철도차량의 윤축 높이에 따라 높이가 조절되는 걸림쇠 해정 레일(960a, 960b)이 완성되는 것이다. 또한, 필요에 따라서 상기 결합봉의 상단에는 스토퍼(988)를 설치하여 걸림쇠 해정 레일(960a, 960b)의 레일부(970)가 압축스프링(990)의 탄성력에 의해 윗방향으로 과도하게 이탈되는 일이 없도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 도 21은 걸림쇠 해정 레일(960a, 960b)의 작동상태를 나타낸 것으로 철도차량이 진입하게 되면 걸림쇠 해정 레일(960a, 960b) 위로 플랜지잠금구(800) 가 지나가게 되는데, 이 때 들어오는 윤축의 높이에 따라서 레일부(970)가 압축스프링(990)의 힘을 견디고 아래로 눌러져 걸림쇠 해정 레일(960a, 960b)의 높이가 조정되는 것이다. 또한 상기 레일부(970)의 레일(972)의 양끝단에는 경사부(973)가 형성되어 플랜지잠금구(800)가 용이하게 레일(972)의 위를 통과하도록 하는 것이 바람직 하다.

다음으로, 도 22는 플랜지(400, 400a)의 디스크부(410)와 릴리스레일(940) 사이의 작용관계를 나타낸 것으로, 우선 도 22의 (a)에는 종래의 작용관계가 도시되어 있는데, 플랜지(400)의 디스크부(410)와 릴리스레일(940) 간에 마찰이 발생하여 부품이 마모가 심하게 일어날 수 있다는 문제점이 있어 왔다. 다음으로 도 22의 (b)는 플랜지(400a)의 디스크부(410)가 차축(100)에 대하여 공회전할 수 있도록 한 방식으로 이에 대하여는 도 9에 대한 설명에서 상술한 바와 같이 릴리스레일(940)과 공회전디스크(415) 간의 마찰 발생을 줄일 수 있도록 한 것이다.

마지막으로, 도 22의 (c)는 릴리스레일(940)에 롤러(945)를 설치한 것으로 보다 상세하게는 상기 릴리스레일(940)이 플랜지(400)의 디스크부(410)와 접촉되는 레일면에 롤러(945)를 릴리스레일(940)의 진행방향을 따라 일렬로 삽입 설치한 것이다. 따라서, 궤간 변환이 이루어질 때, 플랜지(400)의 디스크부(410)와, 릴리스레일(940) 간의 마찰을 줄임으로써, 진동과 소음을 줄이고 두 부품의 마모를 줄일 수 있다. 또한, 상기와 같은 구성은 철도차량의 차축에 추가적인 부품의 설치 없이 궤간 변경 지점에 있는 릴리스레일(940)에만 추가적인 부품, 즉 롤러(945)가 설치 되면 되므로 모든 철도차량에 적용이 가능하고 유지보수가 용이하여 경제적인 측면에서도 뛰어난 장점이 있다.

상기 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템 및 궤간 가변 레일에 따르면, 한 궤간의 궤도를 주행할 때, 플랜지의 위치를 견고히 고정하여 운행중 예기치 못한 궤도 위의 방해물, 또는 얼음, 돌 등에 의해 교란되어 오작동 될 수 있는 가능성을 배제하고, 스프링에 충격 또는 피로 균열에 의한 파손이 일어난 경우에도 플랜지의 위치를 견고히 고정하여 차륜 궤간의 잠금이 해정되고 차륜이 이탈하는 경우를 방지할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 장치는 궤간 가변 시스템에서 만일의 사태에서의 오작동을 방지하여 궤간 잠금의 신뢰성과 안정성을 향상시키고, 이를 통해 궤간 가변 시스템의 실용화를 촉진하며 궤간이 다른 철도의 직결 운행이 가능하도록 할 뿐만 아니라, 걸림쇠 해정 레일의 높이를 윤축에 따라 조절 가능하도록 하여, 전 세계의 모든 철도차량 및 레일에 적용이 가능하므로 물류비 절감에 기여할 수 있다는 뛰어난 효과를 추가로 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 장치는 궤간 변경 지점에 있는 릴리스레일에만 추가적인 부품을 설치하여 궤간 변환이 이루어질 때 플랜지의 디스크와 릴리스레일 간의 마찰을 줄여 진동과 소음을 줄이고, 두 부품의 마모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 모든 철도차량에 적용이 가능하고 유지보수가 용이하여 경제적인 측면에서도 유리한 효과를 추가로 갖는다.

Claims

궤간이 서로 다른 두 개의 선로 사이를 주행할 수 있도록 자동으로 궤간이 변환되는 윤축시스템에 있어서,

슬라이딩부와 캡고정부가 형성된 차축과;

상기 차축의 슬라이딩부에서 좌우로 이동하는 차륜과;

상기 차축의 캡고정부에 고정결합되는 고정캡과;

상기 고정캡의 둘레에 끼워지고, 축둘레 방향으로 회전함으로써 상기 차륜을 좌우로 이동시키는 잠금기구와;

상기 고정캡의 우측단부에 결합되고, 상기 잠금기구의 잠금과 풀림을 구속하는 플랜지와;

상기 플랜지의 안쪽 차축의 중심방향의 고정캡에 설치되어 상기 플랜지의 위치를 고정시키기 위한 플랜지 잠금구와;

상기 플랜지 잠금구의 안쪽 차축의 중심방향으로 설치되는 플랜지 잠금구 덮개와;

상기 고정캡의 좌측단부에 결합되는 스프링홀더와;

상기 플랜지와 상기 스프링홀더 사이에 내설되는 압축스프링;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템.
제 1항에 있어서,

상기 플랜지 잠금구는,

상기 고정캡에 결합되는 원형의 가이드링과;

상기 가이드링의 외측에 결합되는 플랜지 걸림쇠와;

상기 플랜지 걸림쇠의 외측에 돌출형성된 걸림쇠돌기와;

상기 가이드링과 플랜지 걸림쇠 사이에 설치되는 스프링;으로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템.
제 2항에 있어서,

상기 가이드링에는 상기 플랜지 걸림쇠와 스프링이 수용되는 수용홈이 형성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템.
제 3항에 있어서,

상기 플랜지 걸림쇠는 상기 가이드링의 수용홈에 끼워지되, 60도 간격으로 6개가 동일한 형상으로 서로 겹쳐지도록 형성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템.
제 1항에 있어서,

상기 고정캡은, 우측단부에 형성되고, 상기 플랜지를 지지하는 스톱퍼와, 상 기 스톱퍼의 우측 외주연에 연장 형성되는 단턱부와, 상기 스톱퍼의 우측면에 형성되는 결합공과, 상기 스톱퍼의 좌측단부에서 연장되어 형성되고, 상기 플랜지의 축둘레 방향의 회전을 방지하기 위해 형성된 고정키와, 좌측단부에 형성되고, 상기 스프링홀더와 결합되는 연장부와, 상기 연장부 사이에 형성되고 상기 차륜이 상기 차축과 일체로 회전하도록 하기 위해 상기 차륜의 걸림편이 삽입되는 안내홈으로 이루어진 것을 특징으로 하는 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템.
제 1항에 있어서,

상기 플랜지는, 우측단부에 형성되고 좌우 이동을 위하여 릴리스레일과 접촉하는 디스크부와, 상기 디스크부의 우측면에 돌출형성된 원형의 돌출부와, 상기 돌출부의 내주면에 형성된 걸림쇠돌기 결합홈과, 상기 고정캡에 형성된 고정키에 끼워지는 키홈과, 상기 잠금기구에 형성된 부시홈에 삽입되어 상기 잠금기구를 고정 또는 회전시키는 잠금부시와, 상기 압축스프링이 끼워져 고정되는 스프링수용부로 이루어진 것을 특징으로 하는 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템.
제 6항에 있어서,

상기 디스크부는 차축에 대하여 공회전할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템.
제 7항에 있어서,

상기 디스크부는 스프링수용부의 외주면에서 바깥쪽으로 돌출형성된 제 1 및 제 2 디스크플랜지와, 상기 제 1 및 제 2 디스크플랜지의 사이에 형성된 디스크삽입홈과, 상기 디스크삽입홈에 삽입설치되어 차축에 대하여 공회전하는 공회전디스크로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 플랜지 잠금구 덮개의 바깥쪽 원주에는 플랜지 잠금구 방향으로 꺾여진 단턱부가 형성되고, 표면에는 결합공이 형성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 궤간 가변 윤축시스템.
표준궤와 광궤와 상기 표준궤와 광궤 사이에 설치되어 점차적으로 궤간변환 을 유도하는 궤간변화레일과, 궤간변화 중 차륜이 레일로부터 이탈되는 것을 방지하는 가이드레일과, 좁아지거나 넓어지는 부분과 평행한 부분으로 구성되어 궤간변화를 위한 플랜지의 좌우 방향 이동을 유도하는 릴리스레일로 구성된 궤간 가변 레일에 있어서,

상기 릴리스레일의 시작과 끝부분 안쪽에는 걸림쇠 해정 레일이 설치된 것을 특징으로 하는 철도차량용 궤간 가변 레일.
제 11항에 있어서,

상기 걸림쇠 해정 레일은 철도차량의 윤축 높이에 따라서 높이가 조절될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 철도차량용 궤간 가변 레일.
제 12항에 있어서,

상기 걸림쇠 해정 레일은 레일부와, 지면에 설치되어 상기 레일부를 받쳐주는 레일받침부와, 상기 레일부와 레일받침부 사이에 설치되어 상기 레일부의 높이를 조절하는 압축스프링으로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 궤간 가변 레일.
제 13항에 있어서,

상기 레일부는
형상의 레일과, 상기 레일의 하면에 돌출형성되는 스프링수용부와, 상기 레일의 하면에 관통되어 돌출형성되는 결합부로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 궤간 가변 레일.
제 13항에 있어서,

상기 레일받침부는, 지면에 고정설치되는 받침판과, 상기 받침판의 상면에 돌출형성되는 스프링수용부와, 상기 받침판의 상면에 돌출형성되어 레일부와 결합되는 결합봉으로 구성된 것을 특징으로 하는 철도차량용 궤간 가변 레일.
제 15항에 있어서,

상기 결합봉의 상단에는 상기 레일부가 스프링의 탄성력에 의해 윗방향으로 이탈되지 않도록 하는 스토퍼가 고정설치된 것을 특징으로 하는 철도차량용 궤간 가변 레일.
제 11항에 있어서,

상기 릴리스레일이 플랜지의 디스크부와 접촉되는 레일면에는 롤러가 길이방향으로 일렬로 삽입 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 철도차량용 궤간 가변 레일.