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KR101845334B1 - 화물 철도차량용 3축 대차장치 - Google Patents

화물 철도차량용 3축 대차장치 Download PDF

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KR101845334B1
KR101845334B1 KR1020160110515A KR20160110515A KR101845334B1 KR 101845334 B1 KR101845334 B1 KR 101845334B1 KR 1020160110515 A KR1020160110515 A KR 1020160110515A KR 20160110515 A KR20160110515 A KR 20160110515A KR 101845334 B1 KR101845334 B1 KR 101845334B1
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South Korea
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axle
center
axis
pivot
bogie
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문경호
권용장
김학성
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한국철도기술연구원
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Abstract

본 발명은 화물 철도차량용 3축 대차장치에 관한 것으로; 화물 철도차량의 차체 하부에 구비되며 대차프레임과 3개의 윤축으로 이루어지는 3축 대차장치에 있어서, 상기 대차프레임은 금속 또는 복합소재 재질로 이루어지되 일정간격으로 평행하게 배치되는 종축지지대와 상기 종축지지대를 연결하는 횡축지지대가 일체로 이루어지고, 상기 대차프레임의 중앙에는 대차와 차체 사이의 견인력을 전달하는 센터 피봇이 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 가운데 센터피봇으로부터 전달되는 수직하중을 일체로 제작되는대차프레임을 통해 3개의 차축으로 분산하여 화차 1량당 수송용량을 증대시키는 효과가 있다.

Description

화물 철도차량용 3축 대차장치{3 AXLES BOGIE FOR FREIGHT CAR}
본 발명은 화물 철도차량용 3축 대차장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 철도차량의 대량 저비용 수송을 위해 적재중량을 대폭적으로 향상시킨 화물용 철도차량에 적용되는 3축 대차장치의 하중 균등 배분 능력과 곡선궤도 주행성능을 향상시킨 화물 철도차량용 3축 대차장치에 관한 것이다.
일반적으로 열차는 복수의 철도차량을 연속적으로 연결하여 선로 위를 주행하는 여객 열차, 화물 열차, 전동차 등의 중요한 운송수단의 하나로서, 다수의 철도차량을 연속적으로 연결하여 안전한 상태로 주행할 수 있으므로 대략 수백 내지 수천명의 승객을 태울 수 있음은 물론, 한꺼번에 대량의 화물을 운반할 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 종래의 열차는 공개특허 제10-2010-0045932호, 등록특허 제10-1229348호 등에 제안된 바와 같이 복수의 차량이 연결된다. 즉, 일반적인 승객 운송용 여객 열차와 전동차, 지하철 등의 경우에는 객실용 차량이 연속적으로 연결되는 구조로 이루어지며, 화물 열차의 경우에는 화물을 적재할 수 있는 화물 차량이 연속적으로 연결되는 구조로 이루어진다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 철도의 곡선궤도에는 원심력을 완화시키기 위한 캔트가 있고, 이런 곡선궤도의 진입과 진출부에는 캔트를 점진적으로 증가시키는 완화곡선부가 존재한다. 이와 같은 완화곡선부는 비틀린 궤도(twisted track) 형태가 되어 대차(1)에 지지되는 차륜(2)의 대각방향으로 차륜 들림현상이 발생한다. 이와 같은 차륜 들림현상은 차륜(2)에 수직으로 작용하는 하중(윤중)을 감소시켜(윤중감소량 증가) 차륜(2)이 궤도를 타고 넘어 탈선하는 확률을 증가시킨다. 특히 축간거리가 긴 3축 대차의 경우 이러한 안전도 저하가 더 크게 발생하게 된다.
이와 같은 비틀린 궤도를 철도차량이 통과시 탈선안전도를 향상시키기 위해서는 도 2에 도시된 바와 같이 차체(3)와 대차(1)간의 롤링(진행방향 축에대한 회전) 및 피칭(횡방향 축에 대한 회전)이 원활하게 이루어져야 한다. 도 2의 좌측에는 실린더형 센터피봇 방식이 도시되어 있고, 우측에는 반구형 센터피봇 방식이 도시된다.
특히, 도 3에 도시된 바와 같이 3축 대차(1)는 축간거리(2a)가 길기 때문에 곡선궤도를 통과 시 차축이 궤도를 공격하는 공격각(스프링 변형 등을 고려하지 않으면 기하학적으로 a/R이 됨)이 증가된다. 이 공격각은 철도차량이 궤도를 따라 주행하도록 안내하는 과정에서 발생하는 바람직하지 않은 힘의 크기와 비례한다. 또한 가운데 차축은 적절히 횡방향으로 이동되지 않으면 차륜 후렌지가 레일을 밀어붙여 탈선안전도, 차륜/ 레일 측면 마모, 스킬 소음이 증가되는 문제가 있다.
아울러, 도 4에 도시된 바와 같이 기존 화물열차용 3축 대차는 차체와 화물하중을 실린더형 센터피봇(4)으로 받아 6개의 차륜(바퀴)(2)으로 전달하는 구조체가 5 piece로 분리되어 있어 구조가 복잡하고, 강건성, 주행안정성이 저하되는 문제가 있다.
참고문헌 1 : 공개특허 제10-2010-0045932호 참고문헌 2 : 등록특허 제10-1229348호
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 고 용량의 화물 철도차량에서 궤도에 미치는 하중을 분산하기 위해 사용되는 3축 대차장치의 하중 균등 배분 능력과 곡선궤도 주행성능을 개선할 수 있는 화물 철도차량용 3축 대차장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 고용량화 될수록 공차에서 영차까지 하중변동 폭이 크기 때문에 넓은 하중조건에서도 원하는 주행성능을 얻을 수 있는 화물 철도차량용 3축 대차장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
화물 철도차량의 차체 하부에 구비되며 대차프레임과 3개의 윤축으로 이루어지는 3축 대차장치에 있어서, 상기 대차프레임은 금속 또는 복합소재 재질로 이루어지되 일정간격으로 평행하게 배치되는 종축지지대와 상기 종축지지대를 연결하는 횡축지지대가 일체로 이루어지고, 상기 대차프레임의 중앙에는 대차와 차체 사이의 견인력을 전달하는 센터 피봇이 구비되는 것을 특징으로 하는 화물 철도차량용 3축 대차장치를 제공한다.
이때, 상기 3개의 윤축은 전방차륜이 전방 차축의 양단에 구비되는 전방 윤축과, 중간차륜이 중간차축의 양단에 구비되는 중간 윤축과, 후방차륜이 후방 차축의 양단에 구비되는 후방 윤축으로 이루어지며; 상기 전방 윤축, 중간 윤축 및 후방 윤축의 회전이 자유롭게 차축 양단부가 전방 액슬박스, 중간 액슬박스 및 후방 액슬박스에 설치된 차축 베어링에 회전 가능하도록 축설되고, 상기 대차프레임과 전방 액슬박스, 중간 액슬박스 및 후방 액슬박스 사이에는 전방 현수장치, 중간 현수장치 및 후방 현수장치가 설치되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 센터 피봇은 하부로 오목한 형태로 반구 형상으로 이루어지며 중앙에 하부 지지공이 형성되는 하부 피봇과, 하부로 오목한 형태로 반구 형상으로 이루어져 상기 하부 피봇의 상부에 구비되고 중앙에 상부 지지공이 형성되는 상부 피봇과, 상기 하부 피봇과 상부 피봇 사이에 밀착되는 마찰재와, 상기 하부 및 상부 지지공에 체결되는 센터핀과, 상기 센터핀의 중앙에 밀착되는 리테이너와, 상기 리테이너가 밀착된 상태에서 체결되는 상기 센터핀의 머리 사이에 끼워지는 센터피봇용 와셔로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 대차프레임에는 3개의 윤축인 전방 윤축, 중간 윤축 및 후방 윤축의 차륜 답면 일측에 제동슈가 각각 밀착되는 비대칭형 편압식 제동장치가 구비되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제동장치는 엑추에이터가 상단에 연결되는 전방 및 후방 브레이크레버와, 상기 전방 및 후방 브레이크레버의 하측에 결합되며 전방 및 후방 제동슈가 고정되는 전방 및 후방 제동슈 홀더가 양측에 고정되는 전방 및 후방 브레이크빔과, 상기 전방 및 후방 브레이크레버의 하단에 후방 및 전방으로 돌출되는 전방 및 후방 로드와, 상기 전방 로드의 후단부에 연결되는 연결링크와, 상기 후방 로드의 전단부에 하부가 연결되며 중간 제동슈가 고정되는 중간 제동슈 홀더가 양측에 고정되는 중간 브레이크빔과, 상기 연결링크의 양단 및 중간 브레이크빔에 하단부가 각각 힌지결합되는 전방 및 후방 연결 레버와, 상기 전방 및 후방 연결 레버 사이에 양단부가 힌지결합되는 중간 로드로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 3개의 윤축을 구성하는 차축과 대차 프레임 간의 좌우방향 유격은 10 ~ 15mm이고, 전후방향 유격은 5 ~ 8mm인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 가운데 센터피봇으로부터 전달되는 수직하중을 일체로 제작되는대차프레임을 통해 3개의 차축으로 분산하여 화차 1량당 수송용량을 증대시키는 효과가 있다.
특히, 기존 이축대차 방식 화차(철도하부구조 지지하중 축당 22톤인 경우)는 화차 1량의 총중량이 22 x 4축 = 88톤이며 여기서 자중 20톤을 빼면 최대수송용량은 68톤임임에 반해 본 발명에 의한 삼축대차 방식의 화차는 총중량 22 x 6축= 132톤이며 여기서 자중 40톤을 빼면 최대수송용량은 92톤임에 따라서 적재중량 측면의 수송량 증대효과가 약 35%에 이른다.
아울러, 본 발명은 센터피봇을 구면형으로 형성함으로서 궤도 비틀림 구간 통과 시 대차와 차체간에 롤링과 피칭 회전운동을 원활하게 할 수 있도록 함으로써 탈선 안전도가 향상되는 장점이 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 3축대차장치를 화차에 적용시 화차 1량당 수송용량을 획기적으로 향상함으로써 친환경 철도수송의 확대와 물류비 저감에 기여할 수 있고, 3개의 윤축을 구성하는 차축과 대차 프레임 간의 좌우방향 유격 설정을 통해 삼축 대차의 단점인 곡선추종성능의 저하를 개선하는 효과도 있다.
도 1은 일반적인 철도 곡선궤도의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2는 종래 대차와 차체간을 연결하는 센터피봇의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 일반적인 화물 철도차량용 3축 대차장치의 곡선궤도 주행시 발생하는 공격각을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 일반적인 화물 철도차량용 3축 대차장치의 일 예를 도시한 구조도이다.
도 5는 본 발명에 따른 화물 철도차량용 3축 대차장치가 적용되는 화물 철도차량의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 화물 철도차량용 3축 대차장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 화물 철도차량용 3축 대차장치를 구성하는 대차프레임을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 화물 철도차량용 3축 대차장치를 구성하는 센터피봇을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 화물 철도차량용 3축 대차장치를 구성하는 제동장치를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 화물 철도차량용 3축 대차장치를 구성하는 대차프레임의 대차틀 및 차축의 좌우방향 및 전후방향 유격을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 화물 철도차량용 3축 대차장치의 수치해석 모델을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 화물 철도차량용 3축 대차장치의 고속 주행안정성 결과를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 화물 철도차량용 3축 대차장치의 곡선궤도 탈선 안전도 결과를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 화물 철도차량용 3축 대차장치를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 5는 본 발명에 따른 화물 철도차량용 3축 대차장치가 적용되는 화물 철도차량의 일 예를 도시한 도면이다. 이에 의하면 본 발명은 고 중량의 화물 철도차량(10)에 있어 궤도 부담하중을 분산하기 위한 개선된 형태의 3축 대차장치(100)를 제공한다. 이와 같은 3축 대차장치(100)는 고 중량의 화물 철도차량(10)의 일 예로 컨테이너 이단적재 화차에 적용되며, 이 경우 두 세트의 3축 대차 장치(100)로 컨테이너(C)가 적재된 차체(20)를 지지한다.
먼저, 이단적재 화차용 차체(20)를 살펴보면 통상 최대 3개의 40피트 컨테이너를 한번에 적재하거나, 2개의 40피트 컨테이너와 2개의 20피트 컨테이너를 한번에 적재할 수 있어 철도를 이용한 컨테이너의 수송량을 대폭 증대시켜 화물운송에 대한 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
이때, 이단적재 화차용 차체(20)를 통해 적재가능한 컨테이너는 규격화되어 있는 40피트 컨테이너 또는 20피트 컨테이너이다. 40피트 컨테이너는 대략 길이 12m, 폭 2.4m, 높이 2.6m의 사이즈이고, 20피트 컨테이너는 대략 길이 6m, 폭 2.4m, 높이 2.6m의 사이즈이다. 따라서, 20피트 컨테이너를 연속적으로 2개를 길이방향으로 배치하면 40피트 컨테이너의 규격과 일치한다.
한편, 상기 차체(20)는 복수의 철재 프레임을 부분적으로 용접하거나 볼트 및 너트 조립 등을 통해 일체로 제작하는 것으로, 중앙부는 낮추고 전반부와 후반부는 높인 곡형 구조로서, 상기 차체(20)의 전반부와 후반부의 하측에는 화물운송에 대한 경쟁력 향상을 위하여 이단적재 화차에 적용이 가능해야 하며 축중에 대한 개선을 위해 3개의 윤축이 나란히 배치되는 본 발명에 따른 3축 대차 장치(100)가 각각 구비되며, 중앙부는 낮은 저상 구조로 이루어진다.
도 6을 참고하면 본 발명의 3축 대차장치(100)는 차체(20)의 하부에 위치하는 것으로, 대차프레임(110)과, 상기 대차프레임(110)의 하부에 구비되며 소경의 차륜이 차축의 양단에 구비되는 3개의 윤축(120,130,140)으로 이루어진다.
이때, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 대차프레임(110)은 일정간격으로 평행하게 배치되는 2개의 종축지지대(side frame)(112)와, 상기 종축지지대(112)를 연결하는 2개의 횡축지지대(cross beam)(114)로 이루어지며, 대차프레임(110)은 금속재질로 이루어져 용접을 통해 일체로 제작하거나 유연구조 복합소재 등의 다양한 재질로 일체로 제작될 수 있다.
그리고, 상기 대차프레임(110)의 중앙에는 대차(100)와 차체(20) 사이의 견인력을 전달하는 센터 피봇(center pivot)(150)이 구비되며, 상기 대차프레임(110)의 측면 상부에는 사이드 베어러(160)가 구비되어 차체의 측면부를 지지하며 화물 철도차량(화차)의 주행시 전달되는 충격을 흡수한다.
이와 같은 구조에 의하면 가운데 센터피봇(150)으로 부터 전달되는 수직하중을 일체로 제작되는 대차프레임(110)을 통해 3개의 윤축(120,130,140)으로 고르게 분산할 수 있다.
그리고, 상기 대차프레임(110)의 하부에는 3개의 윤축인 전방 윤축(120), 중간 윤축(140), 후방 윤축(150)이 동일한 간격을 유지하며 설치된다. 이때, 3개의 윤축(120,130,140)은 차륜이 차축의 양단에 구비되는 동일한 구조로 이루어진다.
좀 더 상세하게 설명하면, 상기 전방 윤축(120)은 전방차륜(122)이 전방 차축(124)의 양단에 구비되어서 이루어지고, 상기 중간 윤축(130)은 중간차륜(132)이 중간차축(134)의 양단에 구비되어서 이루어지며, 상기 후방 윤축(140)은 후방차륜(142)이 후방 차축(144)의 양단에 구비되어서 이루어진다.
이때, 상기 전방 윤축(120), 중간 윤축(140) 및 후방 윤축(150)의 회전이 자유롭게 차축 양단부가 전방 액슬박스(125), 중간 액슬박스(135) 및 후방 액슬박스(145)에 설치된 차축 베어링(126,136,146)에 회전 가능하도록 축설된다. 물론 상기 전방 액슬박스(125), 중간 액슬박스(135) 및 후방 액슬박스(145) 역시 상기 전방 윤축(120), 중간 윤축(140) 및 후방 윤축(150)을 개별적으로 지지할 수 있도록 대차 프레임(110)의 양측 하부에 전방, 중간, 후방에 각각 구비된다.
그리고, 상기 대차프레임(110)과 전방 액슬박스(125), 중간 액슬박스(135) 및 후방 액슬박스(145) 사이에는 코일스프링 등의 형태로 이루어지는 전방 현수장치(127), 중간 현수장치(137) 및 후방 현수장치(147)가 설치되어 전방 윤축(120), 중간 윤축(140) 및 후방 윤축(150)으로부터 전달된 진동을 감쇄시킨다.
한편, 도 8을 참고하면 상기 대차프레임(110)의 중앙에 대차(100)와 차체(20) 사이의 견인력을 전달하는 센터 피봇(150)은 하부로 오목한 형태로 반구 형상으로 이루어지며 중앙에 하부 지지공(152a)이 형성되는 하부 피봇(152)과, 하부로 오목한 형태로 반구 형상으로 이루어져 상기 하부 피봇(152)의 상부에 구비되고 중앙에 상부 지지공(153a)이 형성되는 상부 피봇(153)과, 상기 하부 피봇(152)과 상부 피봇(153) 사이에 밀착되는 마찰재(154)와, 상기 하부 및 상부 지지공(152a,153a)에 체결되는 센터핀(155)과, 상기 센터핀(155)의 중앙에 밀착되는 리테이너(156)와, 상기 리테이너(156)가 밀착된 상태에서 체결되는 상기 센터핀(155)의 머리 사이에 끼워지는 센터피봇용 와셔(157)로 이루어진다.
이때, 상기 상기 하부 피봇(152)은 대차프레임(110)에 일체로 부착되며, 상기 상부 피봇(153)은 차체(20)에 일체로 부착되는 구조로서, 상기 센터 피봇(150)은 구면형으로서 궤도 비틀림 구간 통과시 대차 장치(100)와 차체(20) 간에 롤링과 피칭 회전운동을 원활하게 할 수 있도록 함으로써 탈선 안전도가 향상되는 장점이 있다.
그리고, 본 발명에 따른 3축 대차 장치(100)는 비대칭 형상으로 이루어지므로, 2축 대차용 기초제동장치 메카니즘을 적용할 수 없음에 따라 차체 제동 실린더로부터 발생한 제동력이 대차에 전달되어 원활하게 세 개의 차륜에 균일한 제동력을 발생하기 위해 상기 대차프레임(110)에는 전방 윤축(120), 중간 윤축(130) 및 후방 윤축(140)의 차륜(122,132,142)의 답면 일측에 제동슈가 각각 밀착되는 비대칭형 편압식 제동장치(200)가 설치된다.
좀더 구체적으로 설명하면, 상기 제동장치(200)는 도 9에 도시된 바와 같이 상기 엑추에이터가 상단에 연결되는 전방 및 후방 브레이크레버(210,212)와, 상기 전방 및 후방 브레이크레버(210,212)의 하측에 결합되며 전방 및 후방 제동슈(222,232)가 고정되는 전방 및 후방 제동슈 홀더(221,231)가 양측에 고정되는 전방 및 후방 브레이크빔(220,230)과, 상기 전방 및 후방 브레이크레버(210,212)의 하단에 후방 및 전방으로 돌출되는 전방 및 후방 로드(240,242)와, 상기 전방 로드(240)의 후단부에 연결되는 연결링크(250)와, 상기 후방 로드(242)의 전단부에 하부가 연결되며 중간 제동슈(262)가 고정되는 중간 제동슈 홀더(261)가 양측에 고정되는 중간 브레이크빔(260)과, 상기 연결링크(250)의 양단 및 중간 브레이크빔(260)에 하단부가 각각 힌지결합되는 전방 및 후방 연결 레버(270,272)와, 상기 전방 및 후방 연결 레버(270,272) 사이에 양단부가 힌지결합되는 중간 로드(280)로 구성된다.
물론, 상기 전방 및 후방 연결 레버(270,272)는 대차프레임(110)에 고정되는 브라켓(201)에 중앙부가 힌지결합된다. 그리고 상기 엑추에이터는 필요에 따라 유압 실린더 또는 공압 실린더를 선택적으로 채용할 수 있다.
이와 같은 제동장치(200)는 엑추에이터의 작동에 의해 전방 및 후방 브레이크레버(210,212)의 상단부가 일방향으로 당겨지면 전방 및 후방 브레이크빔(220,230)이 각각 전방 및 후방으로 당겨지며 전방 및 후방 제동슈(222,232)가 전방 및 후방 차륜(122,142)의 일측 답면에 밀착되어 제동을 수행하게 된다. 물론 전방 및 후방 로드(240,242)의 작동에 의해 중간 로드(250)가 유기적으로 작동하며 중간 브레이크빔(260)의 중간 제동슈(262)가 중간 차륜(132)의 일측 답면에 밀착되어 제동을 수행하게 된다.
물론, 제동을 수행하지 않는 주행 등의 경우에는 엑추에이터의 작동에 의해 전방 및 후방 브레이크레버(210,212) 작동에 의해 전방, 중간 및 후방 제동슈(222,262,232)가 전방, 중간 및 후방 차륜(122,132,142)의 일측 답면에서 멀어지며 밀착상태가 해제된다.
한편, 화물 철도차량은 내재적으로 곡선 통과성능이 저하될 수밖에 없으며 이에 대한 보상방안으로 도 10에 도시된 바와 같이 차축(122,132,142)과 대차 프레임(110) 간의 좌우방향 유격(L1) 및 전후방향 유격(L2)을 증가시킨다. 이 유격이 너무 크면 주행안정성이 저하되기 때문에 최적의 수치가 필요하며, 연구개발 과정을 통해 좌우방향 유격(L1)은 10 ~ 15mm, 전후방향 유격(L2)은 5 ~ 8mm 가 적정으로 파악되었다.
이때, 좌우방향 유격(L1)이 10mm이하이면 곡선 통과 시 차륜과 레일간에 과도한 횡하중이 발생하여, 탈선 발생확율을 증가시키고, 15mm 이상 자유도를 크게 주면 탈선안전도는 개선되지만 직선궤도 주행 시 횡방향 변위와 진동의 증가로 인해 주행안전성을 해치게 된다.
그리고, 전후방향 유격(L2)도 좌우방향 유격과 함께 비슷한 특성을 보이게 된다. 이 유격이 5mm이하이면 곡선 통과 시 공격각이 크게 발생하는 현상이 발생하고, 이는 탈선 발생확율을 증가시킨다. 반면 이 유격이 8mm이상으로 증가하게 되면, 직선궤도 주행 시 윤축의 요잉운동(수직 축에 대한 회전운동)이 증가되어 주행안전성을 해치게 된다.
이 경우 상기 좌우방향 유격(L1) 및 전후방향 유격(L2)은 3개 차축(122,132,142)에 동일하게 적용한다.
이상의 본 발명에 따른 화물 철도차량용 3축 대차장치는 도 11의 수치해석 모델을 통해 동역학적 특성에 대한 전산해석을 한 결과, 차축안내장치의 유격의 최적수치가가 적정한지에 대한 기술해석 결과 최적의 유격 값으로서 고속주행안정성과 곡선부 탈선안전도가 모두 만족되고 있음을 확인하였다. 아울러 도 12에서 확인되는 바와 같이 고속 주행안정성(동역학적 임계속도) 결과 200㎞/h 이상으로 국내화차 최고운행속도 120㎞/h를 상회함으로 안정성(stability)이 확보되며, 도 13에서와 같이 곡선궤도 탈선 안전도 결과 90㎞/h, 400R(S자 곡선), 160㎜(캔트)의 곡선 구간에서 탈선계수 기준을 만족(0.8이내)하고, 황압 기준을 만족(30kN 이내)하며, 최대윤중감소율은 60%(철도차량 기술기준) 이내임을 확인할 수 있었다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 화물 철도차량 20: 차체
100: 3축 대차장치 110: 대차프레임
112: 종축지지대 114: 횡축지지대
120,130,140: 윤축 125,135,145: 액슬박스
126,136,146: 차축 베어링 127,137,147: 현수장치
150: 센터 피봇 152: 하부 피봇
153: 상부 피봇 154: 마찰재
155: 센터핀 156: 리테이너
157: 센터피봇용 와셔 200: 제동장치
210: 전방 브레이크레버 212: 후방 브레이크레버
220: 전방 브레이크빔 230: 후방 브레이크빔
240: 전방 로드 242: 후방 로드
250: 연결링크 260: 중간 브레이크빔
270: 전방 연결 레버 272: 후방 연결 레버
280: 중간 로드

Claims (6)

  1. 화물 철도차량의 차체 하부에 구비되며 대차프레임과 3개의 윤축으로 이루어지는 3축 대차장치에 있어서,
    상기 대차프레임은 금속 또는 복합소재 재질로 이루어지되 일정간격으로 평행하게 배치되는 종축지지대와 상기 종축지지대를 연결하는 횡축지지대가 일체로 이루어지고,
    상기 대차프레임의 중앙에는 대차와 차체 사이의 견인력을 전달하는 센터 피봇이 구비되되,
    상기 대차프레임에는 3개의 윤축인 전방 윤축, 중간 윤축 및 후방 윤축의 차륜 답면 일측에 제동슈가 각각 밀착되는 비대칭형 편압식 제동장치가 구비되며,
    상기 제동장치는 엑추에이터가 상단에 연결되는 전방 및 후방 브레이크레버와, 상기 전방 및 후방 브레이크레버의 하측에 결합되며 전방 및 후방 제동슈가 고정되는 전방 및 후방 제동슈 홀더가 양측에 고정되는 전방 및 후방 브레이크빔과, 상기 전방 및 후방 브레이크레버의 하단에 후방 및 전방으로 돌출되는 전방 및 후방 로드와, 상기 전방 로드의 후단부에 연결되는 연결링크와, 상기 후방 로드의 전단부에 하부가 연결되며 중간 제동슈가 고정되는 중간 제동슈 홀더가 양측에 고정되는 중간 브레이크빔과, 상기 연결링크의 양단 및 중간 브레이크빔에 하단부가 각각 힌지결합되는 전방 및 후방 연결 레버와, 상기 전방 및 후방 연결 레버 사이에 양단부가 힌지결합되는 중간 로드로 구성되는 것을 특징으로 하는 화물 철도차량용 3축 대차장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 3개의 윤축은 전방차륜이 전방 차축의 양단에 구비되는 전방 윤축과, 중간차륜이 중간차축의 양단에 구비되는 중간 윤축과, 후방차륜이 후방 차축의 양단에 구비되는 후방 윤축으로 이루어지며,
    상기 전방 윤축, 중간 윤축 및 후방 윤축의 회전이 자유롭게 차축 양단부가 전방 액슬박스, 중간 액슬박스 및 후방 액슬박스에 설치된 차축 베어링에 회전 가능하도록 축설되고, 상기 대차프레임과 전방 액슬박스, 중간 액슬박스 및 후방 액슬박스 사이에는 전방 현수장치, 중간 현수장치 및 후방 현수장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 화물 철도차량용 3축 대차장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 센터 피봇은 하부로 오목한 형태로 반구 형상으로 이루어지며 중앙에 하부 지지공이 형성되는 하부 피봇과, 하부로 오목한 형태로 반구 형상으로 이루어져 상기 하부 피봇의 상부에 구비되고 중앙에 상부 지지공이 형성되는 상부 피봇과, 상기 하부 피봇과 상부 피봇 사이에 밀착되는 마찰재와, 상기 하부 및 상부 지지공에 체결되는 센터핀과, 상기 센터핀의 중앙에 밀착되는 리테이너와, 상기 리테이너가 밀착된 상태에서 체결되는 상기 센터핀의 머리 사이에 끼워지는 센터피봇용 와셔로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화물 철도차량용 3축 대차장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 3개의 윤축을 구성하는 차축과 대차 프레임 간의 좌우방향 유격은 10 ~ 15mm이고, 전후방향 유격은 5 ~ 8mm인 것을 특징으로 하는 화물 철도차량용 3축 대차장치.
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