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KR20110069234A - Longitudinal support for rolling stock frame and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20110069234A
KR20110069234A KR1020090125871A KR20090125871A KR20110069234A KR 20110069234 A KR20110069234 A KR 20110069234A KR 1020090125871 A KR1020090125871 A KR 1020090125871A KR 20090125871 A KR20090125871 A KR 20090125871A KR 20110069234 A KR20110069234 A KR 20110069234A
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South Korea
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longitudinal support
mold
bogie frame
resin
skin
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윤혁진
김남포
서승일
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한국철도기술연구원
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Abstract

본 발명은 철도차량 대차프레임용 종축지지대 및 그 제조방법에 관한 것으로; 섬유강화 복합소재로 이루어지는 다수의 리브와 상기 리브사이의 공간을 메우는 가볍고 변형이 쉬운 포상물질로 이루어지는 채움재와, 상기 채움재의 외부면에 구조적인 강성을 확보하기 위해 강화섬유로 이루어지는 프리폼을 이용해 일체로 형성되는 스킨으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도차량 대차프레임용 종축지지대와; 그와 같은 철도차량 대차프레임용 종축지지대의 제조 방법을 제공한다. The present invention relates to a longitudinal support for a railroad vehicle bogie frame and a manufacturing method thereof; A plurality of ribs made of fiber-reinforced composite material and a filling material made of a lightweight, easily deformed foam material filling the space between the ribs, and a preform made of reinforcing fibers to secure structural rigidity on the outer surface of the filling material. And longitudinal support for the railroad vehicle bogie frame, characterized in that consisting of a skin formed; Provided is a method of manufacturing a longitudinal support for such a railway vehicle bogie frame.

본 발명에 따른 종축지지대를 이루는 채움재에 굽힘 하중에 저항하기 위한 섬유강화 복합소재로 이루어지는 리브가 다수 포함되고, 그 외부에 복합소재로 이루어지는 스킨을 더 구비함으로서 구조 강도적인 측면에서 안전성을 확보할 수 있다. The filling material constituting the longitudinal support according to the present invention includes a plurality of ribs made of fiber-reinforced composite material for resisting bending load, and further provided with a skin made of a composite material on the outside thereof to ensure safety in terms of structural strength. .

철도차량, 대차프레임, 종축지지대 Rolling stock, bogie frames, longitudinal support

Description

철도차량 대차프레임용 종축지지대 및 그 제조방법 { side beam and the Fabrication method for the railway bogie frame }Longitudinal support for rolling stock frame and manufacturing method thereof {side beam and the Fabrication method for the railway bogie frame}

본 발명은 철도차량 대차프레임용 종축지지대 및 그 제조방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로 설명하면 철도차량용 대차프레임에 적용되는 유연구조 종축지지대를 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 혼합재 등의 강화섬유와 에폭시, 폴리에스터 및 페놀 등의 기지재료를 이용하여 가볍고 탄성이 존재하는 구조로 제작하는 철도차량 대차프레임용 종축지지대 및 그와 같은 종축지지대의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a longitudinal support for a railway vehicle bogie frame and a manufacturing method thereof, and more specifically, to a flexible structure longitudinal support for a railway vehicle bogie frame, such as carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, and mixtures thereof. The present invention relates to a longitudinal support for a railroad vehicle bogie frame, and a manufacturing method of such a longitudinal support, which are manufactured using a known material such as fiber, epoxy, polyester, and phenol.

일반적으로 철도차량의 대차프레임은 철도차량에서 스프링 하중량을 제외한 모든 차량의 하중을 지지하는 부품으로 차량의 안전운행과 가장 밀접한 관련이 있는 부품이다. In general, the bogie frame of a railroad car is a part that supports the load of all vehicles except the unloaded weight of the railroad car and is the most closely related to the safe operation of the vehicle.

이러한 대차프레임은 주로 지지하는 하중의 크기와 운행시 발생하는 하중의 크기에 따라 강고한 철강소재를 이용하여 용접 구조의 형태로 제작되는 것이 일반 적이다. 그러나 이러한 금속재 대차프레임을 제작할 경우 무게는 대략 1.3 ~ 2톤으로 무겁고 강고하다. Such a bogie frame is generally manufactured in the form of a welded structure using a rigid steel material according to the size of the supporting load and the load generated during operation. However, when the metal balance frame is manufactured, the weight is about 1.3 to 2 tons, which is heavy and strong.

물론, 이러한 기존의 대차프레임을 경량화하기 위해 섬유강화 복합소재를 대차프레임에 적용하는 시도들이 있었다. 이 경우 기존 금속재 대차프레임 대비 무게를 25 ~ 50%까지 줄일 수 있다. Of course, there have been attempts to apply fiber-reinforced composite materials to the balance frame to reduce the weight of the existing balance frame. In this case, the weight can be reduced by 25-50% compared to the existing metal balance frame.

이와 같은 섬유강화 복합소재로 이루어지는 대차프레임은 두 개의 종축지지대(side frame)와, 그 종축지지대를 연결하는 1개 이상의 횡축지지대(cross beam)로 구성된다. 특히, 종축지지대는 수직방향의 차체하중에 의한 굽힘, 궤도 비틀림에 의한 비틀림 하중 및 댐퍼 등 기타 장치에 의해 유발되는 편심하중 등을 감당해야 한다.The bogie frame made of such a fiber-reinforced composite material is composed of two side frames and one or more cross beams connecting the longitudinal supports. In particular, the longitudinal support shall bear the bending caused by the vehicle body load in the vertical direction, the torsional load caused by the orbital torsion, and the eccentric load caused by other devices such as dampers.

이러한 종축지지대를 기존 금속재와 같은 강체 구조가 아닌 유연(flexible)구조로 제작할 경우에는 종축지지대가 스프링의 역할을 동시에 수행하게 된다. 따라서, 종축지지대는 다양한 하중조건과 변형을 허용하면서 내구성을 만족하기 위해서 종축지지대는 고강성과 고강도 조건을 모두 만족시킬 수 있는 재료로 제작되어야 하며 제작비용 역시 저렴해야 한다. When the longitudinal support is manufactured in a flexible structure rather than a rigid structure such as the existing metal, the longitudinal support plays the role of a spring at the same time. Therefore, in order to satisfy the durability while allowing various load conditions and deformations, the longitudinal support should be made of a material capable of satisfying both high rigidity and high strength conditions and the manufacturing cost should be low.

이와 관련해서 미국특허 US6305297과, US6338300 등이 제시된 바 있다. 상기 미국특허 US6305297에는 도1 및 도 2에 도시된 바와 같이 유연구조 종축지지대를 복합소재로 제작하며 이는 강화 섬유를 두 개의 못(101, 102)에 걸어 그 둘레로 최소 한 바퀴 돌려 하나의 루프를 만들고, 그 섬유를 따라 합성수지 매트릭스를 중합한다. In this regard, US Patent US6305297, US6338300 and the like have been presented. In the US patent US6305297, as shown in Figures 1 and 2, the flexible longitudinal longitudinal support is made of a composite material, which hangs the reinforcing fiber on two nails 101 and 102 and rotates at least one circumference around it to make one loop. And polymerize the resin matrix along the fibers.

이때, 못과 못 사이의 거리(E)는 바퀴의 기반 또는 종축지지대에 부여될 하중에 따라 달라진다. 두 못 둘레에 감는 횟수 즉 두께 (e)는 종축지지대에 요구되는 사전에 정한 강도에 따라 결정된다. At this time, the distance (E) between the nail and the nail depends on the load to be applied to the base or longitudinal support of the wheel. The number of turns around the two nails, or thickness (e), depends on the predetermined strength required for the longitudinal support.

또 다른 미국특허 US6338300는 도 3에 도시된 바와 같이 종축지지대(6)가 최소 한 개의 상호 교환이 가능한 탄성리프(leaf)형태로 제작되며, 탄성리프는 수지에 함침된 섬유강화 복합재료로 만들어진다. 최소 한 개의 에폭시 또는 기타 수지에 기초한 매트릭스에 끼여 있는 유리, 탄소, 기타 아라미드 등의 섬유로 이루어지며 굽은 모양이 선호되는 단독의 탄성리프로 구성된다. Another US Pat. No. 6,383,300 is shown in Figure 3, wherein the longitudinal support 6 is made in the form of at least one interchangeable elastic leaf, which is made of a fiber reinforced composite material impregnated with a resin. It consists of fibers of glass, carbon, other aramids, etc., sandwiched in a matrix based on at least one epoxy or other resin, and consists of a single elastic leaf, with a curved shape being preferred.

그런데, 상기 종래 기술의 경우 못과 못 사이를 강화섬유로 감아서 원하는 두께를 만들고 여기에 수지를 중합하여 종축지지대를 제조함에 따라 복합소재 적층판형태의 평판구조물로 제작된다. 이와같은 단순한 평판형태의 구조로는 대차프레임과 같이 고하중을 받는 구조물의 하중을 지지하기에는 부적절하다. By the way, in the case of the prior art by winding the nail and nail between the reinforcing fibers to make a desired thickness and to polymerize the resin therein to produce a longitudinal support, it is made of a composite plate-like flat plate structure. Such a simple plate-like structure is inadequate to support the load of a structure that is subjected to high loads such as a bogie frame.

또한, 강화섬유의 방향을 못과 못 사이의 길이방향 이외의 방향으로 수정하는 것이 불가능하고, 강화섬유를 감아 원하는 두께를 맞추더라도 수지를 함침하여 성형하게 되면 수지의 수축현상으로 인해 원하는 두께를 정확히 맞추는 것이 불가능하다. 이러한 이유 때문에 대량생산시 제품의 재현성을 보장하기 어려운 문제점이 있다. In addition, it is impossible to modify the direction of the reinforcing fibers in the direction other than the longitudinal direction between the nail and nails, and even if the reinforcing fibers are wound to meet the desired thickness, the impregnated resin may be used to precisely set the desired thickness due to the shrinkage of the resin. It is impossible to match. For this reason, there is a problem that it is difficult to guarantee the reproducibility of the product during mass production.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 다양한 하중조건과 변형을 허용하면서도 고강성과 고강도 조건을 만족하여 경제적이고 재현성이 우수해 대량 생산이 가능한 철도차량 대차프레임용 종축지지대 및 그와 같은 대차프레임용 종축지지대의 제조방법을 제공함에 있다.Therefore, the present invention is to solve this problem, the object is to satisfy the high rigidity and high-strength conditions while allowing various load conditions and deformation, the longitudinal support for the railway vehicle bogie frame capable of mass production with excellent economical and reproducible To provide a method of manufacturing a longitudinal support for the bogie frame such as.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은; The present invention to solve this technical problem;

섬유강화 복합소재로 이루어지는 다수의 리브와 상기 리브사이의 공간을 메우는 가볍고 변형이 쉬운 포상물질로 이루어지는 채움재와; 상기 채움재의 외부면에 구조적인 강성을 확보하기 위해 강화섬유로 이루어지는 프리폼을 이용해 일체로 형성되는 스킨;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도차량 대차프레임용 종축지지대를 제공한다.Filler made of a plurality of ribs made of a fiber-reinforced composite material and a lightweight, easy-to-deform foam material filling the space between the ribs; It provides a longitudinal support for a railway vehicle bogie frame, characterized in that consisting of; skin formed integrally using a preform made of reinforcing fibers to ensure structural rigidity on the outer surface of the filler.

이때, 상기 스킨의 외부면에 경화재가 혼합된 수지를 도포 및 경화시킨 것을 특징으로 한다.At this time, it is characterized in that the resin and the cured resin mixed with the curing material on the outer surface of the skin.

또한, 상기 리브의 가장자리에는 코어를 더 구비하여, 상기 리브와 코어 사이의 공간을 상기 포상물질로 메운 것을 특징으로 한다.In addition, an edge of the rib is further provided with a core, and the space between the rib and the core is filled with the foam material.

특히, 상기 리브와 코어는 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.In particular, the rib and the core is characterized in that formed integrally.

그리고, 상기 리브 및 코어는 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 혼합재 등의 강화섬유에 에폭시, 폴리에스터 및 페놀 등의 기지재료를 함침하여 반경화시킨 프리프레그(prepreg)를 적층하여 경화시키거나 강화섬유 프리폼에 수지를 주입하여 경화시킨 복합소재인 것을 특징으로 한다.The ribs and cores are cured by laminating a prepreg, which is semi-cured by impregnating known materials such as epoxy, polyester, and phenol into reinforcing fibers such as carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, and mixtures thereof. Or it is characterized in that the composite material cured by injecting a resin into the reinforced fiber preform.

또한, 본 발명은; The present invention also provides

섬유강화 복합소재로 이루어지는 다수의 리브와 상기 리브사이의 공간을 메우는 가볍고 변형이 쉬운 포상물질로 이루어지는 채움재를 제작하는 제1단계; 상기 채움재의 외부면에 강화섬유 프리폼을 적층하여 스킨을 형성하는 제2단계; 몰드내에 채움재의 외부면에 스킨을 형성한 상태로 설치하는 제3단계; 상기 몰드의 일측에 형성되는 유입구를 통해 에폭시, 폴리에스터, 페놀 등의 순수수지에 경화를 촉진시켜 주기 위한 경화재를 혼합하여 몰드 내에 투입 및 유동시킨 후 퇴출구를 통해 배출시키는 제4단계; 상기 스킨에 스며든 수지를 경화시키는 제5단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량 대차프레임용 종축지지대의 제조방법도 제공한다.A first step of manufacturing a filling material comprising a plurality of ribs made of a fiber-reinforced composite material and a lightweight and easily deformable foam material filling the space between the ribs; A second step of forming a skin by laminating a reinforcing fiber preform on an outer surface of the filler; A third step of installing the skin on the outer surface of the filling material in the mold; A fourth step of mixing a hardening material for promoting hardening with pure resins such as epoxy, polyester, and phenol through an inlet formed at one side of the mold, injecting and flowing into the mold, and then discharging it through the outlet; It also provides a method for manufacturing a longitudinal support for a railway vehicle bogie frame, characterized in that it comprises a; a fifth step of curing the resin impregnated in the skin.

이때, 상기 제4단계는 상기 순수수지와 경화재를 펌프로 강제 흡입 이송하여 믹서로 보내 혼합시킨 후, 상기 몰드의 유입구로 투입하는 것을 특징으로 한다.At this time, the fourth step is characterized in that the pure resin and the hardening material is forced suction transported by a pump and mixed to send to the mixer, and then introduced into the inlet of the mold.

또한, 상기 유입구는 상기 몰드에 다수개가 구비되고, 상기 믹서에서 혼합된 수지는 분배기를 거쳐 다수의 주입구로 투입되는 것을 특징으로 한다.In addition, the inlet is provided with a plurality in the mold, the resin mixed in the mixer is characterized in that it is introduced into the plurality of inlet through the distributor.

그리고, 상기 제4단계의 경화제가 혼합된 상태의 수지 주입압력은 1기압 이상인 것을 특징으로 한다.And, the resin injection pressure in the state that the curing agent of the fourth step is mixed is characterized in that more than 1 atm.

그리고, 상기 제5단계는 상온에서 경화하거나 또는 히터(heater)를 통해 몰드를 가열하여 경화하는 것을 특징으로 한다.In addition, the fifth step may be cured at room temperature or by heating the mold through a heater.

본 발명에 따른 종축지지대를 이루는 채움재에 굽힘 하중에 저항하기 위한 섬유강화 복합소재로 이루어지는 리브가 다수 포함되고, 그 외부에 복합소재로 이루어지는 스킨을 더 구비함으로서 구조 강도적인 측면에서 종래에 비해 안전성을 확보할 수 있다. The filling material constituting the longitudinal support according to the present invention includes a plurality of ribs made of fiber-reinforced composite material for resisting bending load, and further has a skin made of a composite material on the outside thereof, thereby securing safety compared to the conventional one in terms of structural strength. can do.

또한 본 발명에 따른 종축지지대는 CNC가공 등을 통해 정확한 치수로 제작된 몰드를 이용하여 제작하기 때문에 몰드내에서 성형되는 복합소재 종축지지대가 원하는 치수를 정확히 만족시킬 수 있다. In addition, since the longitudinal support according to the present invention is manufactured by using a mold manufactured to precise dimensions through CNC machining, the longitudinal longitudinal support of the composite material molded in the mold can accurately satisfy the desired dimensions.

따라서, 제품의 재현성 측면에서도 동일한 몰드를 이용하기 때문에 항상 동일한 품질의 종축지지대를 생산할 수 있다. 특히, 채움재가 준비되어 있는 경우 신속하게 수지주입과 퇴출을 통해 대량생산할 수 있는 장점도 있다.Therefore, since the same mold is used also in terms of reproducibility of the product, it is possible to always produce longitudinal supports of the same quality. In particular, when the filler is prepared, there is also an advantage that can be mass-produced through the resin injection and withdrawal quickly.

이하, 본 발명에 따른 철도차량 대차프레임용 종축지지대 및 그 제조방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the longitudinal support for the railroad vehicle bogie frame according to the present invention and its manufacturing method will be understood by the embodiments described in detail.

이때, 도 4는 본 발명에 따른 종축지지대가 적용된 철도차량용 복합소재 대 차프레임을 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 종축지지대를 구성하는 채움재를 도시한 결합 사시도이고, 도 6은 도 5의 채움재를 도시한 분해 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 종축지지대를 구성하는 채움재의 다양한 변형 예를 도시한 단면도이고, 도 8은 본 발명의 종축지지대에 스킨을 형성하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 종축지지대를 제작하기 위한 몰드를 도시한 도면이고, 도 10은 몰드의 내부에 스킨이 형성된 반가공상태의 종축지지대를 설치한 상태를 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명에 따른 종축지지대를 수지이송법으로 성형하는 과정을 도시한 도면이다.At this time, Figure 4 is a perspective view showing a composite frame for the vehicle frame to which the longitudinal support is applied according to the invention, Figure 5 is a perspective view showing a filler constituting the longitudinal support according to the present invention, Figure 6 5 is an exploded perspective view illustrating a filler of FIG. 5, and FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating various modified examples of the filler constituting the longitudinal support according to the present invention, and FIG. 8 illustrates a process of forming a skin on the longitudinal support of the present invention. 9 is a view illustrating a mold for manufacturing a longitudinal support of the present invention, and FIG. 10 is a view illustrating a state in which a longitudinal machining support of a semi-processed state in which a skin is formed is installed in the mold. 11 is a view showing a process of molding the longitudinal support in accordance with the present invention by the resin transfer method.

도 4에 의하면, 본 발명에 따른 철도차량 대차프레임용 종축지지대(100)가 적용된 철도차량용 복합소재 대차프레임(1)은 차량의 하중을 지지하는 부품으로서, 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 혼합재 등의 강화섬유에 에폭시, 폴리에스터 및 페놀 등의 기지재료를 함침하여 반경화시킨 프리프레그를 적용하여서 제조되는 것으로, 일정간격으로 평행하게 배치되는 2개의 종축지지대(side frame)(100)와, 상기 종축지지대(100)의 사이를 연결하는 적어도 하나 이상의 횡축지지대(cross beam)(2)로 이루어진다. According to Figure 4, the railway vehicle composite frame bogie frame (1) to which the longitudinal support for railway vehicle frame 100 according to the present invention is applied is a component supporting the load of the vehicle, carbon fiber, glass fiber, aramid fiber and these It is manufactured by applying a prepreg, which is semi-cured by impregnating a base material such as epoxy, polyester and phenol to the reinforcing fibers such as a mixture of the two, two side frame support (side frame 100) arranged in parallel at a predetermined interval And at least one cross beam 2 connecting the longitudinal support 100 with each other.

이와 같은 철도차량 대차프레임을 구성하는 종축지지대(100)와 횡축지지대(2)는 섬유강화 복합소재로 이루어진다.The longitudinal support 100 and the transverse support 2 constituting such a railway vehicle bogie frame are made of a fiber reinforced composite material.

도 5 및 도 6에 의하면, 상기 종축지지대(100)는 강화섬유 프리폼(preform)에 수지를 주입하여 경화시키거나 강화섬유 프리폼(preform)에 수지를 주입하여 경 화시킨 복합소재로 이루어지는 다수의 하중지지용 리브(rib)(112) 및 코어(114)와, 그 리브(112) 및 코어(114) 사이의 공간을 메우는 가볍고 변형이 쉬운 포상물질(foam)(116)로 이루어지는 채움재(110)와, 상기 채움재(110)의 외부면에 구조적인 강성을 확보하기 위해 강화섬유 등의 복합소재로 이루어지는 프리폼(preform)(122)을 이용해 스킨(120)을 형성하고, 그 외부면에 순수수지와 경화재를 혼합한 상태로 도포하여서 이루어진다.5 and 6, the longitudinal support 100 is a plurality of loads made of a composite material cured by injecting a resin into the reinforcing fiber preform (hard) or by injecting a resin into the reinforcing fiber preform (hard) Filler 110 consisting of a support rib 112 and core 114 and a lightweight, easily deformable foam 116 that fills the space between the rib 112 and core 114. In order to secure structural rigidity on the outer surface of the filling material 110, the skin 120 is formed by using a preform 122 made of a composite material such as reinforcing fibers, and a pure resin and a hardening material on the outer surface thereof. It is made by applying in a mixed state.

한편, 상기 종축지지대(100)를 구성하는 채움재(110)는 도 7에 도시된 바와 같이 다양한 형태로 변형 실시될 수 있다. 이에 의하면, 상기 채움재(110)는 리브(112)와 코어(114)를 일체화하여 공간을 형성하고, 그 공간을 가볍고 변형이 쉬운 포상물질(foam)(116)로 메워서 형성한다. On the other hand, the filler 110 constituting the longitudinal support 100 may be modified in various forms as shown in FIG. According to this, the filler 110 is formed by integrating the rib 112 and the core 114 to form a space, and fill the space with a foam 116 that is light and easy to deform.

특히, 리브(112)와 코어(114)는 중앙에 관통공이 형성되도록 통형상으로 일체로 제작하거나, 리브(112)의 상하단에 코어(114)를 일체화하여 포상물질(116)과 리브(112) 및 코어(114)를 순차적으로 적층할 수 있도록 제작한다.In particular, the rib 112 and the core 114 are manufactured integrally in a cylindrical shape so that a through hole is formed at the center, or the core 114 is integrated with the upper and lower ends of the rib 112 to form the foam material 116 and the rib 112. And it is produced so that the core 114 can be laminated sequentially.

이하, 도 5 내지 도 11을 참고로 본 발명에 따른 철도차량 대차프레임용 종축지지대(100)의 제조 과정을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the manufacturing process of the longitudinal support 100 for the railroad vehicle bogie frame according to the present invention with reference to FIGS. 5 to 11 in detail.

도 5 및 도 6에 의하면, 본 발명에 따른 섬유강화 복합소재로 이루어지는 종축지지대(100)를 구성하는 채움재(110)를 도시한 도면으로, 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 5 and 6, the filling material 110 constituting the longitudinal support 100 made of a fiber-reinforced composite material according to the present invention, it can be made in various forms.

이에 의하면, 상기 채움재(110)는 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드 섬유 및 이 들의 혼합재 등의 강화섬유에 에폭시, 폴리에스터 및 페놀 등의 기지재료를 함침하여 반경화시킨 프리프레그(prepreg)를 적층하여 경화시키거나 강화섬유 프리폼(preform)에 수지를 주입하여 경화시킨 복합소재로 이루어지는 리브(112)와, 상기 리브(112)의 가장자리를 마감하는 코어(114)와, 상기 리브(112)와 코어(114) 사이의 공간을 메우는 가볍고 변형이 쉬운 포상물질(foam)(116)로 구성된다.According to this, the filler 110 is laminated with a prepreg, which is semi-cured by impregnating a base material such as epoxy, polyester and phenol into reinforcing fibers such as carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, and a mixture thereof. Rib 112 made of a composite material cured by injecting a resin into the cured or reinforced fiber preform, a core 114 for finishing the edge of the rib 112, the rib 112 and the core ( 114 is composed of a lightweight, easily deformable foam 116 that fills the space between.

이때, 상기 채움재(110)를 구성하는 리브(112)와 코어(114)는 강화섬유가 기지재료에 함침된 프리프레그(prepreg)를 적층하여 경화시키거나, 강화섬유 프리폼(preform)에 수지를 주입하여 경화시킨 후 원하는 크기와 형상으로 절단하여 제작된다. At this time, the rib 112 and the core 114 constituting the filling material 110 is cured by stacking the prepreg impregnated in the matrix material, or injecting the resin into the reinforcing fiber preform (preform) After curing by hardening it is produced by cutting to the desired size and shape.

그리고, 상기 포상물질(116)은 복합소재로 이루어지는 리브(112)와 코어(114) 사이의 공간을 메우는 가볍고 변형이 쉬운 물질(foam)로 구성된다. In addition, the foam material 116 is composed of a light and easy deformation (foam) to fill the space between the rib 112 and the core 114 made of a composite material.

이와 같은 채움재(110)를 구성하는 리브(112)와 코어(114) 및 포상물질(116)의 두께, 길이, 폭 등은 적용되는 철도차량의 하중크기에 따라 다르게 설계함은 당연하다. The thickness, length, width, etc. of the ribs 112, the cores 114, and the foam material 116 constituting the filler 110 may be designed differently according to the load size of the railroad vehicle to which the filling material 110 is applied.

한편, 상기 채움재(110)를 구성하는 구성요소인 복합소재로 이루어지는 리브(112) 및 코어(114)와 포상물질(116)들은 접착제를 이용하여 접착하여 채움재(110)의 제작을 완료한다.On the other hand, the rib 112 and the core 114 and the foam material 116 made of a composite material constituting the filling material 110 is bonded by using an adhesive to complete the production of the filling material 110.

이때, 상기 채움재(110)의 단면을 살펴보면 도 7에 도시된 바와 같이 다양한 형태의 단면구조를 가지도록 변형 실시될 수 있으며, 이들은 다수의 리브(112) 및 코어(114)와 포상물질(116)이 적층되어 있는 상태를 유지하게 된다.At this time, looking at the cross section of the filler 110 may be modified to have a cross-sectional structure of various shapes, as shown in Figure 7, these are a plurality of ribs 112 and the core 114 and the foam material 116 The stacked state is maintained.

그리고, 상기 리브(112) 및 코어(114)와 포상물질(116)을 접착제로 일체화함으로서 제작된 채움재(110)는 도 8에 도시된 바와 같이 그 채움재(110)의 외부면에 강화섬유 프리폼(122)을 적층하여 스킨(120)을 형성하게 된다. In addition, the filling material 110 manufactured by integrating the rib 112, the core 114, and the foam material 116 with an adhesive, as shown in FIG. 8, has a reinforcing fiber preform on the outer surface of the filling material 110. 122 is laminated to form a skin 120.

이때, 상기 스킨(120)은 채움재(110) 주위를 기계적 강성 및 강도조건을 만족하는 두께만큼 강화섬유 프리폼(122)을 적어도 한번 이상 감거나 한 층씩 쌓아서 반가공 상태의 종축지지대(100)를 형성한다. In this case, the skin 120 is wound around the filler 110 to form a longitudinal support 100 in a semi-processed state by winding the reinforcing fiber preform 122 at least once or by stacking one layer by a thickness satisfying the conditions of mechanical rigidity and strength. do.

상기 스킨(120)을 일정 두께만큼 쌓은 다음, 도 9에 도시된 바와 같이 사전 제작된 몰드(200)에 삽입하게 된다. The skin 120 is stacked to a predetermined thickness, and then inserted into the pre-fabricated mold 200 as shown in FIG. 9.

이때, 상기 몰드(200)는 상부몰드(202) 및 하부몰드(204)로 분할제작되며, 수지이송법으로 유연구조를 가지는 섬유강화 복합소재로 이루어지는 종축지지대(100)를 제작하는데 사용된다. 이와 같은 몰드(200)는 금속을 CNC가공을 통해 제작하거나 유리섬유 강화복합소재에 금속재 보강재를 적용한 형태로 제작하는 공지의 방법으로 제작된다.At this time, the mold 200 is divided into the upper mold 202 and the lower mold 204, and is used to manufacture a longitudinal support 100 made of a fiber-reinforced composite material having a flexible structure by the resin transfer method. Such a mold 200 is produced by a known method of manufacturing the metal through CNC processing or in the form of applying a metal reinforcement to the glass fiber reinforced composite material.

이와 같은 몰드(200)는 수지이송법을 이용하여 종축지지대(100)를 제작하는 경우 1기압 이상의 압력으로 수지를 이송시키기 때문에 몰드(200)는 이러한 기압하에서 변형이 발생하지 않아야 한다.Since the mold 200 transfers the resin at a pressure of 1 atm or more when the longitudinal support 100 is manufactured using the resin transfer method, the mold 200 should not be deformed under such a pressure.

이상의 조건을 갖춘 몰드(200)내에 채움재(110)의 외부면에 스킨(120)을 형성한 상태의 복합소재 종축지지대(100)는 도 10에 도시된 바와 같이 설치한다. 좀 더 상세하게는 하부몰드(204)의 내측에 채움재(110)의 외부면에 스킨(120)을 형성한 상태의 복합소재 종축지지대(100)를 삽입하고 상부몰드(202)를 덮고 볼트 등의 체결수단으로 결합하여 내부공기가 밖으로 세어나오지 않도록 일체로 고정하게 된다. The composite longitudinal supporter 100 having the skin 120 formed on the outer surface of the filler 110 in the mold 200 having the above conditions is installed as shown in FIG. 10. More specifically, the composite longitudinal axis support 100 of the state in which the skin 120 is formed on the outer surface of the filler 110 inside the lower mold 204 is inserted and covers the upper mold 202 and the like bolts and the like. Combining with the fastening means is fixed integrally so that the internal air does not count out.

이때, 복합소재 종축지지대(100)를 몰드(200)에 설치하기 전에 몰드(200)의 내부면에 최종성형되는 종축지지대(100)를 몰드(200)로부터 용이하게 분리할 수 있도록 하기 위한 약품처리 및 물질을 도포함이 바람직하다.At this time, before the composite longitudinal axis support 100 is installed in the mold 200, chemical treatment for easily separating the longitudinal axis support 100, which is finally formed on the inner surface of the mold 200, from the mold 200. And the inclusion of a substance are preferred.

이와 같은 상태에서 도 11에 도시된 바와 같이 몰드(200)의 내부에 복합소재 종축지지대(100)를 삽입하고 일체로 고정한 상태에서 몰드의 일측에 형성되는 유입구(210)를 통해 에폭시, 폴리에스터, 페놀 등의 순수수지(220)에 경화를 촉진시켜 주기 위한 경화재(222)를 혼합하여 복합소재 종축지지대(100)에 주입하여 몰드(200) 내에서 유동하게 하고 이를 퇴출구(212)를 통해 빠져나가게 한다.In such a state, as shown in FIG. 11, epoxy, polyester, and the like through the inlet 210 formed on one side of the mold in a state in which the composite longitudinal supporter 100 is inserted into the mold 200 and integrally fixed thereto. The hardening material 222 for promoting hardening is mixed with the pure resin 220 such as phenol and injected into the composite longitudinal support 100 to allow the fluid to flow in the mold 200 and exit through the exit port 212. To get out.

이를 위해 에폭시, 폴리에스터, 페놀 등과 같은 순수수지(220)와 경화재(222)를 펌프(230)로 강제 흡입 이송하여 믹서(232)로 보내 혼합시킨다.To this end, pure resin 220 and the hardening material 222 such as epoxy, polyester, phenol, and the like are forced into the pump 230 and transported to the mixer 232 for mixing.

이와 같이 경화제가 혼합된 상태의 수지는 믹서(232)에서 몰드(200)의 일측에 형성되는 유입구(210)로 안내되는데, 이때, 다수의 유입구(210)로 경화제가 혼합된 상태의 수지를 균일하게 투입하기 위해 분배기(234)를 더 구비한다. 좀더 상 세하게는 몰드(200)에 설치되는 주입구(210)와 퇴출구(212)의 수와 위치는 종축지지대(100)의 형상 및 수지 유동을 고려하여 1개 이상으로 설치하게 된다.In this way, the resin in a state in which the curing agent is mixed is guided to the inlet 210 formed at one side of the mold 200 in the mixer 232. In this case, the resin in the state in which the curing agent is mixed to the plurality of inlets 210 is uniform. Dispenser 234 is further provided to make the injection. More specifically, the number and positions of the inlet 210 and the outlet 212 installed in the mold 200 may be installed in one or more in consideration of the shape of the longitudinal support 100 and the resin flow.

따라서, 상기 몰드(200)에서 경화제가 혼합된 상태의 수지는 분배기(234)를 거쳐 분배되어 다수의 주입구(210)를 통해 몰드(200)의 내부로 주입된다. 이렇게 주입된 경화제가 혼합된 상태의 수지는 복합소재 종축지지대(100)의 스킨(120)을 통해 유동하여 퇴출구(212)를 통해 빠져나가게 된다. 이때 경화제가 혼합된 상태의 수지의 주입압력은 1기압 이상으로 주입한다. Therefore, the resin in a state in which the curing agent is mixed in the mold 200 is distributed through the distributor 234 and injected into the mold 200 through the plurality of injection holes 210. The resin in the state in which the injected curing agent is mixed flows through the skin 120 of the composite longitudinal support 100 and exits through the exit port 212. At this time, the injection pressure of the resin in the state in which the curing agent is mixed is injected at 1 atmosphere or more.

이와 같은 과정 중에 일정시간이 경과하여 복합소재 종축지지대(100)의 스킨(120) 전체에 골고루 수지가 스며들면 수지주입과 퇴출을 중단하고 수지를 경화시키게 된다. 수지를 경화시키는 방법은 상온에서 경화하는 방법과, 히터(heater)를 통해 상하몰드를 가열하여 경화하는 방법 등이 있다. If a predetermined time passes during this process, the resin is evenly infiltrated into the entire skin 120 of the longitudinal longitudinal support 100 of the composite material. The method of curing the resin includes a method of curing at room temperature, a method of heating and curing the upper and lower molds through a heater.

이하, 본 발명에 따른 철도차량 대차프레임용 종축지지대의 제조방법을 정리한다.Hereinafter, the manufacturing method of the longitudinal support for the railroad vehicle bogie frame according to the present invention.

섬유강화 복합소재로 이루어지는 다수의 리브(112)와 상기 리브(112)사이의 공간을 메우는 가볍고 변형이 쉬운 포상물질(116)로 이루어지는 채움재(110)를 제작하는 제1단계와, 상기 채움재(110)의 외부면에 강화섬유 프리폼을 적층하여 스킨(120)을 형성하는 제2단계와, 몰드(200)내에 채움재(110)의 외부면에 스킨(120)을 형성한 상태로 설치하는 제3단계와, 상기 몰드(200)의 일측에 형성되는 유입구(210)를 통해 에폭시, 폴리에스터, 페놀 등의 순수수지에 경화를 촉진시켜 주기 위한 경화재를 혼합하여 몰드(200) 내에 투입 및 유동시킨 후 퇴출구(212)를 통해 배출시키는 제4단계와, 상기 스킨(120)에 스며든 수지를 경화시키는 제5단계로 구성된다.A first step of manufacturing a filler 110 made of a light and easy to deform the foam material 116 to fill the space between the plurality of ribs 112 and the ribs 112 made of a fiber-reinforced composite material, and the filler material 110 The second step of forming the skin 120 by laminating the reinforcing fiber preform on the outer surface of the) and the third step of installing the skin 120 on the outer surface of the filler 110 in the mold 200 And, through the inlet 210 formed on one side of the mold 200 mixed with a hardening material for promoting the curing to the pure resin, such as epoxy, polyester, phenol, and put into the mold 200 and flowed out The fourth step of discharging through the sphere 212, and the fifth step of curing the resin impregnated in the skin 120.

여기서, 상기 제4단계는 상기 순수수지와 경화재를 펌프(230)로 강제 흡입 이송하여 믹서(232)로 보내 혼합시킨 후, 상기 몰드(200)의 유입구(210)로 투입하는 것이다.Here, the fourth step is to force the suction and transfer the pure resin and the hardener to the pump 230 to send to the mixer 232 to mix, and then to the inlet 210 of the mold 200.

그리고, 상기 제4단계의 경화제가 혼합된 상태의 수지 주입압력은 1기압 이상이고, 상기 제5단계는 상온에서 경화하거나 또는 히터(heater)를 통해 몰드(200)를 가열하여 경화하게 된다.In addition, the resin injection pressure in a state in which the curing agent of the fourth step is mixed is 1 atm or more, and the fifth step is curing at room temperature or by heating the mold 200 through a heater.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the scope of the present invention is not limited thereto, and the scope of the present invention extends to the scope of the present invention to be substantially equivalent to the embodiment of the present invention. Various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

도 1 내지 도 3은 종래의 복합소재로 이루어지는 대차프레임들을 도시한 도면이다.1 to 3 are diagrams showing bogie frames made of a conventional composite material.

도 4는 본 발명에 따른 종축지지대가 적용된 철도차량용 복합소재 대차프레임을 도시한 사시도이다.Figure 4 is a perspective view showing a composite material bogie frame for a railway vehicle applied longitudinal support in accordance with the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 종축지지대를 구성하는 채움재를 도시한 결합 사시도이다.5 is a perspective view showing a coupling material constituting the longitudinal support in accordance with the present invention.

도 6은 도 5의 채움재를 도시한 분해 사시도이다.FIG. 6 is an exploded perspective view illustrating the filler of FIG. 5.

도 7은 본 발명에 따른 종축지지대를 구성하는 채움재의 다양한 변형 예를 도시한 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing various modifications of the filling material constituting the longitudinal support in accordance with the present invention.

도 8은 본 발명의 종축지지대에 스킨을 형성하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.8 is a view illustrating a process of forming a skin on the longitudinal support of the present invention.

도 9는 본 발명의 종축지지대를 제작하기 위한 몰드를 도시한 도면이다.9 is a view showing a mold for producing a longitudinal support of the present invention.

도 10은 몰드의 내부에 스킨이 형성된 반가공상태의 종축지지대를 설치한 상태를 도시한 도면이다.10 is a view illustrating a state in which a longitudinal support in a semi-processed state in which a skin is formed in the mold is installed.

도 11은 본 발명에 따른 종축지지대를 수지이송법으로 성형하는 과정을 도시한 도면이다.11 is a view showing a process of molding the longitudinal support in accordance with the present invention by the resin transfer method.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***

100: 종축지지대 110: 채움재100: longitudinal support 110: filler

112: 리브 114: 코어112: rib 114: core

116: 포상물질 120: 스킨116: reward material 120: skin

122: 프리폼 200: 몰드122: preform 200: mold

210: 유입구 212: 퇴출구210: inlet 212: exit

220: 순수수지 222: 경화재220: pure resin 222: hardening material

230: 펌프 232: 믹서230: pump 232: mixer

234: 분배기 234: distributor

Claims (10)

섬유강화 복합소재로 이루어지는 다수의 리브와 상기 리브사이의 공간을 메우는 가볍고 변형이 쉬운 포상물질로 이루어지는 채움재와; Filler made of a plurality of ribs made of a fiber-reinforced composite material and a lightweight, easy-to-deform foam material filling the space between the ribs; 상기 채움재의 외부면에 구조적인 강성을 확보하기 위해 강화섬유로 이루어지는 프리폼을 이용해 일체로 형성되는 스킨;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도차량 대차프레임용 종축지지대.Longitudinal support for railway vehicle bogie frame, characterized in that consisting of; skin formed integrally using a preform made of reinforcing fibers to ensure structural rigidity on the outer surface of the filler. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스킨의 외부면에 경화재가 혼합된 수지를 도포 및 경화시킨 것을 특징으로 하는 철도차량 대차프레임용 종축지지대.Longitudinal support for railway vehicle bogie frame, characterized in that the coating and curing the resin mixed with the curing material on the outer surface of the skin. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 리브의 가장자리에는 코어를 더 구비하여, 상기 리브와 코어 사이의 공간을 상기 포상물질로 메운 것을 특징으로 하는 철도차량 대차프레임용 종축지지대.The edge of the rib further comprises a core, the longitudinal support for the railroad vehicle bogie frame, characterized in that filling the space between the rib and the core with the foam material. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 리브와 코어는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 철도차량 대차프레임용 종축지지대.Longitudinal support for railway vehicle bogie frame, characterized in that the rib and the core is formed integrally. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 리브 및 코어는 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 혼합재 등의 강화섬유에 에폭시, 폴리에스터 및 페놀 등의 기지재료를 함침하여 반경화시킨 프리프레그(prepreg)를 적층하여 경화시키거나 강화섬유 프리폼에 수지를 주입하여 경화시킨 복합소재인 것을 특징으로 하는 철도차량 대차프레임용 종축지지대.The ribs and cores are cured or reinforced by laminating a prepreg impregnated with reinforcing fibers such as carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, and mixtures thereof and impregnated with a base material such as epoxy, polyester, and phenol. Longitudinal support for railway vehicle bogie frame, characterized in that the composite material cured by injecting a resin into the fiber preform. 섬유강화 복합소재로 이루어지는 다수의 리브와 상기 리브사이의 공간을 메우는 가볍고 변형이 쉬운 포상물질로 이루어지는 채움재를 제작하는 제1단계;A first step of manufacturing a filling material comprising a plurality of ribs made of a fiber-reinforced composite material and a lightweight and easily deformable foam material filling the space between the ribs; 상기 채움재의 외부면에 강화섬유 프리폼을 적층하여 스킨을 형성하는 제2단계;A second step of forming a skin by laminating a reinforcing fiber preform on an outer surface of the filler; 몰드내에 채움재의 외부면에 스킨을 형성한 상태로 설치하는 제3단계;A third step of installing the skin on the outer surface of the filling material in the mold; 상기 몰드의 일측에 형성되는 유입구를 통해 에폭시, 폴리에스터, 페놀 등의 순수수지에 경화를 촉진시켜 주기 위한 경화재를 혼합하여 몰드 내에 투입 및 유동시킨 후 퇴출구를 통해 배출시키는 제4단계;A fourth step of mixing a hardening material for promoting hardening with pure resins such as epoxy, polyester, and phenol through an inlet formed at one side of the mold, injecting and flowing into the mold, and then discharging it through the outlet; 상기 스킨에 스며든 수지를 경화시키는 제5단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 철도차량 대차프레임용 종축지지대의 제조방법.And a fifth step of curing the resin impregnated in the skin. The manufacturing method of a longitudinal support for a railway vehicle bogie frame, comprising: a. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제4단계는 상기 순수수지와 경화재를 펌프로 강제 흡입 이송하여 믹서로 보내 혼합시킨 후, 상기 몰드의 유입구로 투입하는 것을 특징으로 하는 철도차량 대차프레임용 종축지지대의 제조방법.In the fourth step, the pure resin and the hardened material are forcibly sucked and transported by a pump, mixed and sent to a mixer, and then injected into the inlet of the mold. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 유입구는 상기 몰드에 다수개가 구비되고, 상기 믹서에서 혼합된 수지는 분배기를 거쳐 다수의 주입구로 투입되는 것을 특징으로 하는 철도차량 대차프레임용 종축지지대의 제조방법.The inlet is provided with a plurality in the mold, the resin mixed in the mixer is a manufacturing method of the longitudinal support for the railcar bogie frame, characterized in that the input to a plurality of inlet via a distributor. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제4단계의 경화제가 혼합된 상태의 수지 주입압력은 1기압 이상인 것을 특징으로 하는 철도차량 대차프레임용 종축지지대의 제조방법.The resin injection pressure in the state that the curing agent of the fourth step is mixed is at least 1 atm. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제5단계는 상온에서 경화하거나 또는 히터(heater)를 통해 몰드를 가열하여 경화하는 것을 특징으로 하는 철도차량 대차프레임용 종축지지대의 제조방법.The fifth step is a method for manufacturing a longitudinal support for a railway vehicle bogie frame, characterized in that curing at room temperature or by heating the mold through a heater (heater).
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