부시 조립체 및 이를 구비하는 철도 차량용 연결기

부시 조립체 및 이를 구비하는 철도 차량용 연결기{Bush assembly and coupler for a railway vehicle having the same}

본 발명은 부시 조립체 및 이를 구비하는 철도 차량용 연결기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 샤프트의 상,하,좌,우로 일정각도 유동시의 내마모성을 향상시킨 부시 조립체 및 이를 구비하는 철도 차량 연결기에 관한 것이다.

일반적으로 철도 차량간의 연결을 위하여 사용되는 철도 차량용 연결기는 통상 병렬식 연결기와 밀착식 연결기의 2종류가 있으며, 전철이나 지하철 등의 전동차량에는 후술된 밀착식 연결기가 주로 사용되고 있다.

이러한 밀착식 연결기는 통상 상호 연결되는 2대의 철도 차량에 각각 결합되는 한 쌍의 연결기로 이루어지며, 상기 한 쌍의 연결기의 마주보는 선단에는 노즈와 상기 노즈가 삽입되는 개구부가 각각 형성되어 있어 상호 일치되면서 결합됨과 동시에 각각의 연결기에 내장된 반달형의 로크가 서로 맞물리면 한 쌍의 연결기는 체결되도록 구성된다.

이와 같은 철도 차량용 연결기에 관한 대표적인 예가 하기 문헌 1에 (이하, '종래기술'이라 한다)에 개시되어 있으며, 도 1을 참조하여 그 개략적인 구성에 관해서 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래기술에 따른 철도 차량용 연결기는, 밀착면(72)이 형성된 몸체(30)와, 철도 차량의 프레임에 고정되는 브라켓(38)과, 상기 브라켓(38)에 결합되는 센터플레이트(34)와, 상기 몸체(30)의 후부에 고정되어 상기 센터플레이트(34)에 관통설치되는 샤프트(40) 및 상기 샤프트(40)와 센터플레이트(38)에 형성된 관통공(45) 사이에 개재되는 볼 부시(42)로 구성된다.

이에 따라, 상기 샤프트(40), 볼 부시(42) 및 센터플레이트(38)의 결합구조에 의해 상기 몸체(30)를 포함한 연결기가 철도 차량에 장착된 후에 상·하, 좌·우로 일정각도로 유동가능하게 구성된다.

또한, 상기 밀착면(72)에는 나사가 형성된 소켓(64)과 끼움홈(70)이 형성되며, 상기 소켓(64)에는 대향측 연결기의 밀착면(72)에 형성된 끼움홈(70)에 합치되도록 소켓볼트(66)가 형성된 안내돌기(68)가 체결된다.

그리고, 상기 밀착면(72)의 각 모서리 부위에는 종래의 노즈와 로크에 의한 체결 대신에 고정볼트(60)와 너트(62)에 의해 체결되도록 체결공(63)이 형성된다.

한편, 상기 몸체(30)의 후부와 센터플레이트(34) 사이 및 상기 센터플레이트(34)의 후부의 샤프트(40)에는 도넛 형상의 완충부재(32)가 설치된다.

즉, 상기 한 쌍의 완충부재(32)의 사이에는 프레임에 고정되는 고정브라켓(38)이 체결된 센터플레이트(34)가 설치된다.

마지막으로, 상기 샤프트(40)의 후단에는 몸체(30) 및 샤프트(40)가 철도 차량에서 체결 후 이탈되는 것을 방지하도록 리어플레이트(36)가 끼워져 잠금너트(37)에 의해 조여지게 된다.

그러나, 종래기술의 철도 차량용 연결기는 연질인 청동재의 볼 부시가 사용됨에 따라 철도 차량의 운행 중에 발생하는 샤프트의 편위 횟수가 늘어날수록 샤프트와 접촉되는 볼 부시에서 마모 및 변형이 발생하여 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.

이에 따라, 볼 부시의 내경 외경 마모, 마모 잔유물 발생 및 마모 잔유물이샤프트에 흡착되었다.

이러한 볼 부시의 마모를 억제하기 위해 그리스를 도포할 수도 있으나 그리스가 고착되는 문제점이 있었다.

더욱이, 볼 부시의 마모로 샤프트에 피로가 누적되는 경우 철도 차량의 연결이 분리될 수도 있다.

마지막으로, 볼 부시의 마모로 주기적인 정비 및 볼 부시의 교체로 인해 유지보수의 비용이 크게 늘어나게 된다.

따라서, 전술한 문제점을 개선한 부시 조립체 및 이를 구비하는 철도 차량용 연결기의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 철도 차량의 운행 중에 발생하는 샤프트의 편위 횟수가 늘어나도 마모 발생을 억제하여 내구성이 향상되는 부시 조립체 및 이를 구비하는 철도 차량용 연결기를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 부시 조립체는, 수용홈이 형성되는 한 쌍의 슬리브; 및 상기 수용홈에 삽입되는 부시;로 구성되되, 상기 슬리브에는 제1테이퍼가 형성되고, 상기 부시에는 제2테이퍼가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부시를 종단면에서 바라볼 때, 상기 제2테이퍼는 부시 폭의 정중앙을 가로지르는 수직선에서 꼭짓점을 이루도록 부시의 양측에 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1테이퍼는 수용홈 방향으로 갈수록 내경이 좁아지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2테이퍼는 제1테이퍼와 단차지게 형성되어 상기 제2테이퍼는 제1테이퍼보다 내주면 방향으로 돌출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1테이퍼는 슬리브의 수용홈이 형성되지 않은 바깥 측 벽면을 기준으로 73°로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2테이퍼는 부시의 바깥 측 벽면을 기준으로 71°로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬리브에는 지그 삽입홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬리브는 황동으로 형성되며, 상기 부시는 엔지니어링 플라스틱으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬리브의 외주면에는 숫나사가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 철도 차량용 연결기는, 몸체; 철도 차량의 프레임에 고정되는 브라켓; 상기 브라켓에 결합되는 센터플레이트; 상기 몸체에 고정되어 상기 센터플레이트에 관통설치되는 샤프트; 및 상기 샤프트와 센터플레이트 사이에 개재되는 전술한 부시 조립체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬리브의 외주면에는 숫나사가 형성되며, 상기 센터플레이트에는 상기 숫나사에 대응되는 암나사가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 부시 조립체 및 이를 구비하는 철도 차량용 연결기에 따르면, 한 쌍의 슬리브와 상기 한 쌍의 슬리브에 설치된 부시에 의해 철도 차량의 운행 중에 발생하는 샤프트의 편위 횟수가 늘어나도 마모 발생을 억제하여 내구성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 부시가 엔지니어링 플락스틱으로 형성되어 마모 잔유물이 발생하지 않으므로 종래기술과 같이 샤프트에 마모 잔유물이 흡착되는 문제점을 개선하게 된다.

또한, 부시 조립체의 내구성이 향상됨에 따라 샤프트에 피로가 누적되는 것을 억제하여 철도 차량의 안전성을 향상시키게 된다.

마지막으로, 내구성이 향상된 부시 조립체에 의해 유지보수 비용이 크게 절감된다.

도 1은 종래기술에 따른 철도 차량용 연결기를 분해 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 철도 차량용 연결기를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 부시 조립체를 확대 도시한 단면도이다.
도 4a는 도 3의 부시 조립체를 분해 도시한 사시도이다.
도 4b는 도 4a의 부시 조립체를 조립 상태를 도시한 사시도이다.
도 5a, 5b는 부시 조립체의 곡선 레일 주행시의 상태를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 철도 차량용 연결기를 도시한 평면도이고, 도 3은 도 2의 부시 조립체를 확대 도시한 단면도이며, 도 4a는 도 3의 부시 조립체를 분해 도시한 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 부시 조립체를 조립 상태를 도시한 사시도이며, 도 5a, 5b는 부시 조립체의 곡선 레일 주행시의 상태를 도시한 도면이다.

본 발명의 주요특징인 부시 조립체(500)를 설명하기에 앞서, 먼저 본 발명에 대한 이해에 도움이 될 수 있도록 철도 차량용 연결기(C)를 설명하고자 한다.

도 2 내지 도 5b에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 철도 차량용 연결기(C)는, 밀착면(110)이 형성된 몸체(100)와, 철도 차량의 프레임에 고정되는 브라켓(200)과, 상기 브라켓(200)에 결합되는 센터플레이트(300)와, 상기 몸체(100)의 후부에 고정되어 상기 센터플레이트(300)에 관통설치되는 샤프트(400) 및 상기 샤프트(400)와 센터플레이트(300)에 형성된 관통공 사이에 개재되는 부시 조립체(500)로 구성된다.

이에 따라, 상기 샤프트(400), 부시 조립체(500) 및 센터플레이트(300)의 결합구조에 의해 상기 몸체(100)를 포함한 연결기가 철도 차량에 장착된 후에 상·하, 좌·우로 일정각도로 유동가능하게 된다.

또한, 상기 밀착면(110)에는 안내돌기(111)와 끼움홈(112)가 형성되어 있어 상호 체결이 이루어져야 하는 상대 철도 차량의 연결기의 끼움홈과 안내돌기에 합치된다.

그리고, 상기 밀착면(110)의 각 모서리 부위에는 종래의 노즈와 로크에 의한 체결 대신에 고정볼트와 너트에 의해 체결되도록 체결공(113)이 형성된다.

한편, 상기 몸체(100)의 후부와 센터플레이트(300) 사이의 샤프트(400) 외주면 및 상기 센터플레이트(300)의 후부의 샤프트(400) 외주면에는 도넛 형상의 완충부재(600)가 설치된다.

즉, 상기 한 쌍의 완충부재(600)의 사이에는 프레임에 고정되는 브라켓(200)이 설치된 센터플레이트(300)가 개재된다.

이에 따라, 상기 센터플레이트(300)의 전,후면에 완충부재(600)가 각각 설치되어 상기 샤프트(400)에 끼워지므로 차량간 압축력 및 인장력이 작용할 경우에 상기 완충부재(600)가 납작하게 수축변형되면서 압축력과 인장력을 흡수할 수 있게 된다.

더욱이, 상기 완충부재(600)는 금속과 금속이 연결되는 부분 즉, 상기 몸체(100)와 센터플레이트(300)가 직접적인 접촉이 발생하지 않도록 개재되어 있어 슬랙(slack)이 발생하지 않으므로 인해 금속 간의 마찰음이 발생하지 않게 된다.

이에 따라 차량주행시 발생하게 되는 소음으로 인한 불쾌감을 해소하여 승차감향상을 도모할 수 있게 된다.

마지막으로, 상기 샤프트(400)의 후단에는 몸체(100) 및 샤프트(400)가 철도 차량에서 체결 후 이탈되는 것을 방지하도록 리어플레이트(700)가 끼워져 잠금너트(710)에 의해 조여지게 된다.

한편, 상기 센터플레이트(300)에는 암나사(310)가 형성되고, 상기 암나사(310)에는 상기 부시 조립체(500)가 나사 결합된다.

이하, 본 발명에 따른 부시 조립체(500)를 설명한다.

도 3 내지 도 5b에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 부시 조립체(500)는, 수용홈(511)이 형성되는 한 쌍의 슬리브(510) 및 상기 수용홈(511)에 삽입되는 부시(520)로 구성된다.

또한, 상기 슬리브(510)에는 제1테이퍼(512)가 형성되고, 상기 부시(520)에는 제2테이퍼(521)가 형성되며, 상기 제1,2테이퍼(512,521)의 중공으로 샤프트(400)가 관통된다. 상기 제1,2테이퍼(512,521)의 내경은 샤프트(400)의 외경보다 크게 형성된다.

이때, 상기 제1테이퍼(512)는 수용홈(511) 방향으로 갈수록 내경이 좁아지도록 형성된다.

더욱이, 도 3과 같이 상기 부시(520)를 종단면에서 바라볼 때, 상기 제2테이퍼는(521) 부시(520) 폭의 정중앙을 가로지르는 수직선(a)에서 꼭짓점을 이루도록 부시(520)의 내주면 양측에 형성된다.

그리고, 상기 제2테이퍼(521)는 제1테이퍼(512)와 단차지게 형성되어 상기 제2테이퍼(521)는 상기 제1테이퍼(512)보다 내주면 방향으로 돌출되어 있어 상기 샤프트(400)와 슬리브(510)의 접촉이 발생하지 않게 되어 종래기술의 볼 부시와는 다르게 하중을 직접 받지 않는 구조로 형성된다.

한편, 상기 샤프트(400)와 슬리브(510)가 불가항력 이유로 접촉이 발생할 경우, 상기 스틸 소재의 샤프트(400)를 보호하기 위해 상기 슬리브(510)는 연질인 황동 소재로 형성되어 상기 샤프트(400)를 보호하게 된다.

또한, 상기 제1테이퍼(512)는 슬리브(510)의 수용홈(511)이 형성되지 않은 바깥 측 벽면을 기준으로 73°로 형성되며, 상기 제2테이퍼(521)는 부시(520)의 바깥 측 벽면을 기준으로 71°로 형성되어 상기 제1테이퍼(512)는 샤프트(400)의 축 방향을 기준으로 17°를 유지하며 제2테이퍼(521)는 19°를 유지하게 된다. 즉, 상기 샤프트(400)는 최대 17°까지 변위가 발생 된다.

그리고, 상기 부시(520)는 자가 윤활 기능을 가지는 엔지니어링 플라스틱 계열의 TP610이 적용된다.

한편, 상기 슬리브(510)의 외주면에는 숫나사(513)이 형성되어 있어 상기 센터플레이트(300)의 암나사(310)에 고정된다.

이때, 편평한 소재의 슬리브(510)를 회전시키기 위해선 전용 지그가 사용되며, 전용 지그의 삽입을 위해 상기 슬리브(510)에는 복수의 지그 삽입홈(514)이 형성된다.

이에 따라, 제1테이퍼(512)가 형성된 한 쌍의 슬리브(510)와 상기 한 쌍의 슬리브(510)에 설치되며 제2테이퍼(521)가 형성된 부시(520)에 의해 철도 차량의 운행 중에 발생하는 샤프트(400)의 편위 횟수가 늘어나도 마모 발생을 억제하여 내구성이 향상된다.

구체적으로, 철도 차량의 곡선 주행중 최대 횡 방향 변위는 도 5a와 같이 대략 13°이고, 본 발명은 도 5b와 같이 17°까지 변위를 수용할 수 있으므로 본 발명의 부시 조립체(500)와 샤프트(400)는 실제 접촉하지 않게 된다.

다만, 상기 샤프트(400)의 길이 전후 방향으로 변위가 수반될 경우, 도 5b와 같이 상기 샤프트(400)는 돌출된 부시(520)의 제2테이퍼(521)와 접촉하여 상기 샤프트(400)와 슬리브(510)에는 손상을 주지않게 된다.

만약, 상기 제2테이퍼(521)가 만나는 꼭짓점이 변형될 경우 한 쌍의 슬리브(510) 중 하나만 분리하여 쉽게 교체할 수 있게 되어 유지보수가 편리하다. 특히 종래기술의 볼 부시는 센터플레이트에 압입되어 있어 분리가 어렵운 반면 본 발명은 분리가 용이하다.

한편, 상기 샤프트(400)는 발명의 부시 조립체(500)의 중심에 위치해야 하며, 이는 샤프트(400)를 부시 조립체(500)에 삽입시에 부시 조립체(500)의 전방과 후방에 위치한 플렉시블한 연질의 완충부재(600)가 상기 부시 조립체(500)와 샤프트(400)의 틈새로 압축 압입되면서 상기 샤프트(400)가 자동으로 센터링이 이루어진다.

다만, 상기 샤프트(400)가 꼭 부시 조립체(500)의 중심과 일치되지 않아도 동작에 큰 이상은 발생하지 않음을 밝혀둔다.

이하, 종래기술의 볼 부시와 본 발명의 부시 조립체의 내마모성에 대한 신뢰성 검증실험을 하기 참고도 1의 신뢰성 시험기로 실시한다.

[참고도 1]

먼저, 시험조건은 다음과 같다.

1) 수평(17 °) 및 수직(6 °) 상태에의 최대 편위 각도 상태

2) 볼 부시 또는 부시 조립체가 연결기 샤프트와 접촉하고 있는 상태

3) 볼 부시 또는 부시 조립체의 두께를 고려한 시험 행정거리 100mm 부여

4) 행정거리 왕복 1 사이클 소요시간 2초

5) 중간 상태 점검 횟수 : 약 46,000회 (마모가 진행되는 시점 확인)

6) 시험 종료 횟수 : 약 200,000회

이와 같은 실험조건으로 실험을 한 결과 종래기술과 본 발명의 외관 상태는 하기 표 1과 같다.

즉, 표 1과 같이 종래기술의 볼 부시는 시험횟수가 늘어날수록 마모량이 증가하고 마모 잔유물이 발생하지만, 본 발명의 부시 조립체는 마모가 없음을 알 수 있다.

마지막으로 종래기술과 본 발명의 마모 상태의 측정값은 하기 표 2와 같다.

즉, 표 2와 같이 종래기술의 볼 부시는 내경이 점차 커지고 있는 반면, 본 발명의 부시 조립체는 후면만 일부 마모가 발생할 뿐이고, 이러한 본 발명의 마보량 수치는 마모량 측정 안전기준(0.25mm이하)을 만족한다.

따라서, 본 시험 결과 본 발명의 부시 조립체가 종래기술의 볼 부시와 비교할 경우 내마모성이 우수함을 확인할 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

예를 들어, 본 발명의 부시 조립체는 전술한 철도 차량용 연결기에 적용하였으나, 반드시 전술한 철도 차량용 연결기에 한정하지 않고 다양한 형식의 철도 차량용 연결기에 모두 적용될 수도 있음을 밝혀둔다.

C - 철도 차량용 연결기 100 - 몸체
200 - 브라켓 300 - 센터플레이트
400 - 샤프트 500 - 부시 조립체
510 - 슬리브 520 - 부시
600 - 완충부재 700 - 리어플레이트