KR100567185B1 - 하이브리드 복합재료 궤도 핀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 궤도차량의 궤도 링크 조립체를 구성하는 궤도 핀에 관한 것으로서, 본 발명의 하이브리드 복합재료 궤도 핀(340)은 다른 소재로 구성되는 내외측 복합재료 튜브(341, 342)와, 외측 복합재료 튜브(342)의 외측을 감싸면서 접합되는 2개의 강재 튜브(343, 344) 및, 내외측 복합재료 튜브(341, 342)의 양 단부를 각각 밀폐하는 강재 마개(345, 346)로 구성된다. 이렇게 구성된 본 발명의 하이브리드 복합재료 궤도 핀은 내부를 복합재료로 구성하여 경량화하고 외부를 강재 튜브로 구성하여 내환경성과 날카로운 물체에 대한 보호기능을 갖는 효과가 있다.

Description

하이브리드 복합재료 궤도 핀{Hybrid Composite Track Pin}

도 1은 전형적인 이중 핀 방식의 궤도 링크 조립체를 도시한 개략도이고,

도 2a는 종래기술에 따른 복합재료 궤도 핀과 궤도 몸체의 접속관계를 도시한 개략도이며,

도 2b는 도 2a에 도시된 복합재료 궤도 핀을 이중 핀 방식의 궤도 링크 조립체에 적용할 때에 나타내는 문제점을 나타낸 도면이고,

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 복합재료 궤도 핀의 구성관계를 도시한 단면도이며,

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 복합재료 궤도 핀의 구성관계를 도시한 단면도이고,

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 하이브리드 복합재료 궤도 핀의 구성관계를 도시한 단면도이며,

도 6은 통상적인 궤도 핀의 전단강성과 고무부싱의 전단변형율과의 관계를 나타낸 그래프이고,

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 하이브리드 복합재료 궤도 핀의 구성관계를 도시한 단면도이며,

도 8a는 본 발명의 제5 실시예에 따른 하이브리드 복합재료 궤도 핀의 구성 관계를 도시한 단면도이고,

도 8b는 통상적인 궤도 핀(종래기술)과 도 8a에 도시된 하이브리드 복합재료 궤도 핀(본 발명)이 궤도 몸체에 각각 결합된 상태에서 궤도장력과 비틀림이 동시에 가해질 경우의 작동관계를 각각 도시한 개략도이며,

도 8c는 도 8a에 도시된 하이브리드 복합재료 궤도 핀의 내구수명예측을 위해 실시한 강재 튜브와 복합재료 튜브 사이의 마모에 대한 시편시험 결과를 나타낸 그래프이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

340 : 복합재료 궤도 핀 341 : 내측 복합재료 튜브

342 : 외측 복합재료 튜브 343, 344 : 강재 튜브

343a, 344a : 홈 345, 346 : 강재 마개

본 발명은 궤도차량의 궤도 링크 조립체를 구성하는 궤도 핀에 관한 것이며, 특히, 금속재료와 복합재료로 구성한 하이브리드 복합재료 궤도 핀에 관한 것이다.

궤도차량의 궤도 링크 조립체는 보통 백 여 개 이상의 궤도 몸체가 서로 연결된 형태로 제조되는 것이 보통이다. 이러한 궤도 링크 조립체는 차량의 구동력을 지면에 전달하여 마찰력을 발생시킴으로써 궤도차량이 견인력을 얻도록 한다. 또한, 궤도 링크 조립체는 지면으로부터의 충격하중을 1차적으로 흡수한 후 궤도차 량으로 전달하는 역할을 수행한다. 따라서, 궤도 링크 조립체는 수 톤에서 수 십 톤 이상에 이르는 구동력을 궤도장력의 형태로 지탱할 수 있어야 하며, 지면 등으로부터 가해지는 다양한 작용 하중에도 견딜 수 있도록 설계되어야 한다.

도 1은 전형적인 이중 핀 방식의 궤도 링크 조립체를 도시한 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 궤도 링크 조립체(100)는 궤도 몸체(110), 중앙가이드(120), 선단연결기(130), 궤도 핀(140) 및 고무부싱(150) 등으로 구성된다. 이러한 궤도 링크 조립체(100)는 궤도 몸체(110)가 궤도 핀(140)과 선단연결기(130)에 의해 인접한 다른 궤도 몸체와 연결되어 형성된다. 따라서, 궤도 핀(140)에는 매우 큰 궤도 장력이 굽힘 모멘트 형태로 작용하게 된다. 그로 인해, 궤도 핀(140)은 이와 같이 큰 굽힘 모멘트에 견딜 수 있도록 단조 강과 같은 고강도 소재로 제작된다. 이렇게 대부분의 궤도 핀이 강 소재로 제작되기 때문에, 궤도 핀은 전체 궤도 링크 조립체의 무게에서 큰 비중을 차지하고 있는 실정이다.

상기와 같이 궤도 링크 조립체가 무거울수록 궤도차량의 주행저항이 커지기 때문에 기동성이 저하되고, 연료소모율이 높아지게 된다. 따라서, 종래에는 궤도 핀을 경량화시키기 위한 많은 시도가 있었다.

도 2a는 미국특허 제4,735,465호에 기술된 복합재료 궤도 핀과 궤도 몸체의 접속관계를 도시한 개략도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 복합재료 궤도 핀을 이중 핀 방식의 궤도 링크 조립체에 적용할 때에 나타내는 문제점을 나타낸 도면이다. 상기 미국특허 제4,735,465호에 기술된 복합재료 궤도 핀(240)은 도 2a와 같이 경량화를 위해 탄소섬유강화 에폭시(또는 폴리이미드)로 제작되는 것으로서, 고무부 싱(250) 및 금속부싱(260)과 조립된 후 궤도 몸체(210)에 장착된다. 그러나, 종래의 복합재료 궤도 핀(240)은 탄소섬유강화 에폭시 복합재료로 제작되기 때문에, 복합재료의 특성상 다습한 환경에 오래 노출되면 물성이 저하된다. 따라서, 상기 특허에서는 이러한 문제점을 방지하기 위해 증기증착법으로 금속박막(270)을 복합재료 궤도 핀(240)의 외부 노출 부위에 도포하여 구성하였다.

그러나, 이와 같은 복합재료 궤도 핀(240)을 실제 이중 핀 방식의 궤도 링크 조립체에 적용하려면 여러 가지 문제점이 발생한다. 그 중에서 대표적인 것이 기존의 궤도 핀과 같은 조립방식으로 궤도 링크 조립체를 형성할 수 없다는 것이다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 인접한 궤도 몸체(110)를 서로 연결하기 위해서는 궤도 핀(140)과 선단연결기(130)를 서로 연결하여야 하고, 이 때 선단연결기(130)가 궤도 핀(140)으로부터 이탈되지 않도록 조립하기 위한 홈(141)을 궤도 핀(140)에 마련하여야 한다.

그러나, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 복합재료 궤도 핀(240)에 홈(241)을 가공하는 경우에는, 홈(241)에 가해지는 전단력(T)을 지지해줄 수 있는 부위의 길이(L)가 10mm 내외로 매우 짧아 층간분리부(280)가 형성되고, 그로 인해 복합재료 궤도 핀(240)의 파손이 발생하게 된다.

또한, 상기 궤도 핀(240)은 분해 및 조립 작업시에 가해지는 외부 충격과, 실제 궤도의 운용환경에서 가해지는 암석과의 마찰에 취약하다는 다른 문제점이 있다. 즉, 증기증착법에 의해 도포되는 금속박막(270)은 외부 충격이나 암석의 날카로운 모서리와 마찰시 복합재료 궤도 핀(240)을 충분히 보호해주지 못한다. 따라 서, 상기 복합재료 궤도 핀(240)은 분해 및 조립 작업시에 가해지는 외부 충격과, 실제 운용환경에서 만족할만한 내구수명을 얻기 어려운 문제점이 있다.

그리고, 대한민국 공개특허공보 제2003-46044호에는 궤도 몸체와 궤도 핀의 제조방법에 대해 기술되어 있다. 상기 기술에는 고강도 탄소섬유 60%에 에폭시 수지 40%를 각각의 용적비로 혼합하고 TMC(Thick Molding Compound)를 이용하여, 압축성형공정으로 복합재료 궤도 핀을 제작하는 방법이 공지되어 있다. 그러나, 이 기술 또한 궤도 핀을 단지 복합재료만으로 구성하기 때문에 상기 미국특허 제4,735,465호와 동일한 문제점이 발생하여 실제로 궤도차량에 적용하기 어려운 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 내부를 복합재료로 구성하여 경량화하고 외부를 강재 튜브로 구성하여 내환경성과 날카로운 물체에 대한 보호기능을 갖는 하이브리드 복합재료 궤도 핀을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 내부를 복합재료로 구성하고 외부 노출부위만을 강재 튜브로 구성하되 고무부싱과 접촉하는 부위를 복합재료로 구성하여 길이방향과 전단방향에 대한 강성을 선택적으로 조절하여 고무부싱의 수명을 향상시키는 하이브리드 복합재료 궤도 핀을 제공하는 데 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 특징에 따르면, 궤도차량의 궤도 몸체를 서로 연결할 수 있도록 그 외면 대부분에 고무부싱이 접합되는 궤도 핀에 있어서, 복합재료로 제작되는 복합재료 튜브와, 상기 복합재료 튜브의 외측을 감싸는 형태로 접합되는 강재 튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 궤도차량의 궤도 몸체를 서로 연결할 수 있도록 그 외면 대부분에 고무부싱이 접합되는 궤도 핀에 있어서, 복합재료로 제작되는 복합재료 튜브와, 상기 복합재료 튜브의 외측을 감싸면서 접합되는 강재 튜브 및, 상기 복합재료 튜브와 상기 강재 튜브의 양 단부에 각각 밀착되어 결합되는 강재 엔드캡을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 특징에 따르면, 궤도차량의 궤도 몸체를 서로 연결할 수 있도록 그 외면 대부분에 고무부싱이 접합되는 궤도 핀에 있어서, 강재로 제작되는 강재 튜브와, 상기 고무부싱이 접합되는 부위에 위치하도록 상기 강재 튜브의 둘레에 위치하는 외측 복합재료 튜브와, 상기 강재 튜브와 상기 외측 복합재료 튜브의 양 단부에 각각 밀착되어 결합되는 강재 엔드캡 및, 상기 강재 튜브와 상기 강재 엔드캡의 하단에 접합되는 내측 복합재료 튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아래에서, 본 발명에 따른 하이브리드 복합재료 궤도 핀의 양호한 실시예들을 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

<제1 실시예>

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 복합재료 궤도 핀의 구성관계를 도시한 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하이브리드 복합재료 궤도 핀(340)은 다른 소재로 구성되는 내외측 복합재료 튜브(341, 342)와, 외측 복합재료 튜브(342)의 외측을 감싸면서 접합되는 2개의 강재 튜브(343, 344) 및, 내외측 복합재료 튜브(341, 342)의 양 단부를 각각 밀폐하는 강재 마개(345, 346)로 구성된다.

상기 외측 복합재료 튜브(342)는 탄소섬유강화 페놀수지 복합재료, 탄소섬유강화 에폭시 복합재료 등으로 제작하고, 내측 복합재료 튜브(341)는 탄소섬유강화 복합재료보다 가격이 저렴하고 내충격 특성이 우수한 유리섬유강화 복합재료로 제작하는 것이 바람직하다. 이 때, 본 발명의 복합재료 궤도 핀(340)을 구성함에 있어서 강재 튜브(343, 344)와 외측 복합재료 튜브(342)만으로 작용하중을 견딜 수 있는 경우에는, 경량화 효과를 더욱 향상시키기 위하여 내측 복합재료 튜브(341) 대신에 외측 복합재료 튜브(342)의 내부에 폼재를 충진시켜 구성하여도 무방하다. 그러나, 본 발명의 복합재료 궤도 핀(340)을 구성함에 있어 내외측 복합재료 튜브(341, 342)를 모두 적용하여 구성할 경우에는 내외측 복합재료 튜브(341, 342)를 동시경화시켜 접합하거나 각각 경화시킨 후 접착제를 이용하여 접착시키면 된다.

그리고, 강재 튜브(343, 344)의 양단부 부위에는 도 1에 도시된 선단연결기(130)가 궤도 핀(140)으로부터 이탈되지 않도록 조립하기 위한 홈(343a, 344a)이 각각 형성되어 있다. 이러한 강재 튜브(343, 344)는 접착제를 이용한 접착에 의해 서로 접합되는 것으로서, 본 발명에서 2개의 강재 튜브(343, 344)를 이용하는 것은 제작상의 편리성을 위해서다. 즉, 먼저 내외측 복합재료 튜브(341, 342)를 서로 접합하여 일체화한 후, 각각의 강재 튜브(343, 344)를 내외측 복합재료 튜브(341, 342)의 바깥쪽에 안쪽으로 삽입하여 중간부위에서 서로 접합함으로써 제작을 편리하게 하기 위함이다.

그리고, 본 발명은 2개의 강재 튜브(343, 344)를 서로 접합할 경우 내외측 복합재료 튜브(341, 342)의 길이보다 길게 구성하는 것이 바람직하다. 이렇게 형성함으로써, 강재 마개(345, 346)가 삽입 고정될 수 있는 공간이 형성되고, 이러한 공간에 강재 마개(345, 346)를 각각 억지끼움 맞춤 또는 접착조인방식으로 고정하되 그 단부가 외부로 돌출되지 않도록 고정하는 것이다. 상기 강재 마개(345, 346)를 억지끼움 맞춤으로 고정할 경우, 압입 고정 전에 강재 마개(345, 346)의 외부에 접착제를 도포하여 압입하면 더욱 견고하게 고정된다. 그리고, 본 발명은 강재 튜브(343, 344)의 일단부를 폐쇄하는 형태로 일체로 구성하여 강재 마개(345, 346)의 기능을 하도록 구성하여도 무방하다.

또한, 본 발명은 2개의 강재 튜브(343, 344)를 서로 접합할 경우 내외측 복합재료 튜브(341, 342)의 길이와 동일하게 구성하고 강재 마개로 양 단부를 폐쇄할 수도 있으나, 굳이 강재 마개로 양 단부를 폐쇄하지 않은 형태로 구성하여도 무방하다.

<제2 실시예>

본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 복합재료 궤도 핀(440)은 더욱 경량화시키기 위해 강재 마개(445, 446)의 부피를 축소하고, 중앙부위의 강도를 강화시키기 위해 강재 튜브(443, 444)의 형태를 일부 변경한 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일하다. 따라서, 동일 구성요소들에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 복합재료 궤도 핀의 구성관계를 도시한 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하이브리드 복합재료 궤도 핀(440)은 더욱 경량화시키기 위해 강재 마개(445, 446)를 계단형으로 구성하고, 이에 대응하여 외측 복합재료 튜브(442) 또한 계단형으로 구성하는 것이다. 또한, 본 발명은 중앙부위의 강도를 강화시키기 위해 강재 튜브(443, 444)가 서로 맞물려 접합되도록 그 접합부위를 계단형으로 구성하는 것이다.

<제3 실시예>

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 하이브리드 복합재료 궤도 핀의 구성관계를 도시한 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하이브리드 복합재료 궤도 핀(540)은 다른 소재로 구성되는 내외측 복합재료 튜브(541, 542)와, 외측 복합재료 튜브(542)의 외측을 감싸면서 접합되는 강재 튜브(543) 및, 강재 튜브(543)와 외측 복합재료 튜브(542)의 양 단부를 각각 밀착하고 내측 복합재료 튜브(541)의 상단에 위치하는 강재 엔드캡(545, 546)으로 구성된다.

상기 외측 복합재료 튜브(542)는 탄소섬유강화 페놀수지 복합재료, 탄소섬유강화 에폭시 복합재료 등으로 제작하고, 내측 복합재료 튜브(541)는 탄소섬유강화 복합재료보다 가격이 저렴하고 내충격 특성이 우수한 유리섬유강화 복합재료로 제작하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 강재 엔드캡(545, 546)은 그 일측이 계단형으로 구성되고, 양 단부 부위에 도 1에 도시된 선단연결기(130)가 궤도 핀(140)으로부터 이탈 되지 않도록 조립하기 위한 홈(545a, 546a)이 각각 형성되어 있다. 본 발명은 이러한 강재 엔드캡(545, 546)의 계단형성부위에 강재 튜브(543)가 위치하고, 그 하단에 외측 복합재료 튜브(542)가 위치하며, 이러한 외측 복합재료 튜브(542)와 강재 엔드캡(545, 546)의 하단에 내측 복합재료 튜브(541)가 위치하도록 배열된다. 이 때, 내측 복합재료 튜브(541)의 양 단부와 강재 엔드캡(545, 546)의 단부가 동일선상에 위치하도록 배열하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 복합재료 궤도 핀(540)을 구성함에 있어서 강재 튜브(543), 외측 복합재료 튜브(542) 및 강재 엔드캡(545, 546)만으로 작용하중을 견딜 수 있는 경우에는, 경량화 효과를 더욱 향상시키기 위하여 내측 복합재료 튜브(541) 대신에 그 내부에 폼재를 충진시켜 구성하여도 무방하다.

또한, 본 발명은 별도의 강재 마개를 이용하여 내측 복합재료 튜브(541)의 양 단부를 각각 폐쇄하거나 강재 엔드캡(545, 546)의 형태를 변형하여 내측 복합재료 튜브(541)의 양 단부를 각각 폐쇄하도록 구성하여도 무방하다.

<제4 실시예>

도 6은 통상적인 궤도 핀의 전단강성과 고무부싱의 전단변형율과의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 6은 본 발명의 과정에서 수행된 해석 및 시험 결과에 의해 얻어진 그래프로서, 도 6에서 실선은 일정 크기의 비틀림이 궤도 링크 조립체에 가해질 때, 기존 강재 궤도 핀에 접착된 고무부싱의 위치별 전단변형율을 나타내고, 점선은 복합재료 궤도 핀에 접착된 고무부싱의 위치별 전단변형율을 나타낸 것이 다. 도 6에서 알 수 있듯이, 복합재료 궤도 핀의 전단강성을 낮추면 고무부싱의 전단변형율이 크게 감소하는 것을 알 수 있다.

예를 들어, 강의 전단강성인 80GPa 보다 작은 전단강성(4~6 GPa)을 갖는 복합재료, 즉 일방향 탄소섬유 복합재료 또는 유리섬유 복합재료로 복합재료 궤도 핀을 구성하는 복합재료 튜브를 구성할 경우, 고무부싱의 전단변형율이 양단에서는 26%, 중앙부위에서는 53% 가량 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

상기와 같이 복합재료는 섬유방향에 따라 궤도 핀 재료로 요구받는 굽힘강성을 만족시키면서도 다양한 전단강성을 갖도록 설계할 수 있으므로, 도 6과 같이 다양한 전단강성에 따른 고무부싱의 전단변형률 결과를 얻을 수 있는 것이다. 그리고, 고무 부싱의 내구수명은 압축변형보다는 비틀림 변형의 크기가 더 지배적인 인자이므로, 복합재료 궤도 핀의 전단강성을 낮추어 비틀림 변형을 감소시킴으로써 고무부싱의 내구수명을 크게 향상시킬 수 있는 것이다.

본 발명의 제4 실시예는 도 6과 같은 시험 결과에 근거한 것으로서, 본 발명의 제4 실시예에 따른 하이브리드 복합재료 궤도 핀(740)은 고무부싱과 접합되는 부위에 복합재료가 위치할 수 있도록 강재 엔드캡(745, 746)의 형태를 일부 변경하고 복합재료 튜브의 배치관계를 변경한 것을 제외하고는 제3 실시예와 동일하다. 따라서, 동일 구성요소들에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 하이브리드 복합재료 궤도 핀의 구성관계를 도시한 단면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하이브리드 복합재료 궤도 핀(740)은 강재로 제작되는 강재 튜브(743)와, 고무부싱이 접합되는 부위 에 위치하도록 강재 튜브(743)의 둘레에 접합되는 외측 복합재료 튜브(742)와, 강재 튜브(743)와 외측 복합재료 튜브(742)의 양 단부에 각각 밀착되어 결합되는 강재 엔드캡(745, 746) 및, 강재 튜브(743)와 강재 엔드캡(745, 746)의 하단에 접합되는 내측 복합재료 튜브(741)로 구성된다.

본 발명은 고무부싱이 접합되는 부위에 외측 복합재료 튜브(742)를 배치하여 서로 접합함으로써, 열전도성이 우수한 외측 복합재료 튜브(742)가 반복적인 압축과 비틀림으로 인해 점탄성 재료인 고무부싱에서 발생하는 열을 기존 강재 핀에 비해 더 신속하게 발산시켜 줌으로써 고무부싱의 내구수명을 향상시키는 것이다.

<제5 실시예>

본 발명의 제5 실시예에 따른 하이브리드 복합재료 궤도 핀(840)은 고무부싱과 접합되는 외측 복합재료 튜브(842)가 강재 튜브(843)에 접합되지 않고 자유롭게 미끄러질 수 있도록 구성된 것을 제외하고는 제4 실시예와 동일하다. 따라서, 동일 구성요소들에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.

도 8a는 본 발명의 제5 실시예에 따른 하이브리드 복합재료 궤도 핀의 구성관계를 도시한 단면도이다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하이브리드 복합재료 궤도 핀(840)은 외측 복합재료 튜브(842)를 강재 튜브(843)에 접합하지 않은 상태로 구성한 것이다. 따라서, 궤도 링크 조립체에서 궤도 핀에 비틀림이 발생하면, 기존 궤도에서는 고무부싱에 비틀림 변형이 발생하였으나, 본 발명에서는 외측 복합재료 튜브(842)와 강재 튜브(843) 사이의 접촉면(847)에서 미끄러짐이 발생하게 된다. 도 8a의 미설명부호 841은 내측 복합재료 튜브, 845, 846은 엔드캡을 각각 의미한다.

본 발명의 외측 복합재료 튜브(842)는 탄소섬유강화 페놀수지 복합재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 탄소섬유강화 페놀수지 복합재료는 우수한 무급유 윤활특성을 갖춘 저널 베어링 재료로서, 외측 복합재료 튜브(842)와 강재 튜브(843) 사이의 미끄러짐 속도가 수 m/min 이내이고 최대 면압이 10MPa 이내인 조건을 충분히 충족할 수 있는 조건을 갖춘 재료이다. 따라서, 본 발명의 외측 복합재료 튜브(842)의 마모수명은 궤도 핀의 내구수명 요구조건을 충분히 만족시킬 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 복합재료 궤도 핀(840)을 궤도 링크 조립체에 적용할 경우, 고무부싱에는 비틀림 변형이 발생하지 않고 압축변형만 발생함으로, 그 내구수명이 획기적으로 향상될 수 있다. 왜냐하면, 고무부싱의 내구수명은 압축변형보다는 비틀림 변형의 크기가 더 지배적인 인자이므로, 본 발명에서와 같이 비틀림 변형을 제거할 수 있다면 고무부싱의 내구수명이 획기적으로 향상될 수 있다.

도 8b는 통상적인 궤도 핀(종래기술)과 도 8a에 도시된 하이브리드 복합재료 궤도 핀(본 발명)이 궤도 몸체에 각각 결합된 상태에서 궤도장력과 비틀림이 동시에 가해질 경우의 작동관계를 각각 도시한 개략도이다. 도 8b의 (종래기술)에 도시된 바와 같이, 궤도장력(P)과 비틀림이 동시에 가해질 경우, 고무부싱(150)이 압축됨과 동시에 궤도 몸체(110)와 궤도 핀(140) 사이의 상대적 회전각(α)만큼 비틀 림 변형이 발생하는 것을 알 수 있다. 그러나, 도 8b의 (본 발명)에 도시된 바와 같이, 궤도장력(P)과 비틀림이 동시에 가해질 경우, (종래기술)과 달리 궤도 몸체(810)와 궤도 핀(840) 사이의 상대적 회전각(β)이 고무부싱(850)의 비틀림 변형에 의해서가 아니라 대부분의 회전량이 본 발명의 하이브리드 복합재료 궤도 핀(840)을 구성하는 강재 튜브(843)와 외측 복합재료 튜브(842) 사이의 미끄러짐으로 발생하는 것을 알 수 있다.

도 8a와 같은 본 발명의 하이브리드 복합재료 궤도 핀(840)은 도 8b의 (본 발명)에서와 같이 고무부싱(850)에서 압축만 발생하고 비틀림 변형이 발생하지 않기 때문에 궤도차량의 주행저항을 크게 감소시킬 수 있다. 즉, 본 발명은 비틀림에 의한 고무부싱(850)의 변형에너지의 발생을 제거하여, 그 만큼 궤도차량의 동력 소모요소를 제거할 수 있으므로, 궤도차량의 연료소모를 크게 감소시킬 수 있다.

도 8c는 도 8a에 도시된 하이브리드 복합재료 궤도 핀의 내구수명예측을 위해 실시한 강재 튜브와 복합재료 튜브 사이의 마모에 대한 시편시험 결과를 나타낸 그래프이다. 도 8c는 도 8a에 도시된 하이브리드 복합재료 궤도 핀 설계의 타당성을 검증하기 위하여 탄소섬유강화 페놀수지 복합재료로 제작한 외측 복합재료 튜브(842)의 마모시험을 실시한 것이다. 도 8c의 마모시험 조건은 통상적으로 시험하는 면압 x 속도의 크기에 최대 2.5배가 되는 조건에서 시험하였다. 그 시험결과 궤도 핀의 수명요구(약 120,000 싸이클)조건 만큼 마모시험을 수행하여도 그 마모량이 0.3mm 정도로, 외측 복합재료 튜브(842)의 두께(통상 3mm)의 1/10 에 지나지 않음을 확인할 수 있었다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 하이브리드 복합재료 궤도 핀은 내부를 복합재료로 구성하여 경량화하고 외부를 강재 튜브로 구성하여 내환경성과 날카로운 물체에 대한 보호기능을 갖는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 내부를 복합재료로 구성하고 외부 노출부위만을 강재 튜브로 구성하되 고무부싱과 접촉하는 부위를 복합재료로 구성하여 길이방향과 전단방향에 대한 강성을 선택적으로 조절하여 고무부싱의 수명을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 종래의 강재 궤도 핀과 동일한 외형을 갖도록 설계함으로써 기존의 선단연결기 등 궤도 링크 연결 부품을 그대로 사용할 수 있는 등 호환이 가능하다.

또한, 본 발명은 양 단부에 강재로 구성된 강재 마개 또는 엔드캡이 설치되어 있으므로 분해 및 조립 작업시 강재에 외부 충격이 가해짐으로 복합재료가 손상될 우려가 없다.

이상에서 본 발명의 하이브리드 복합재료 궤도 핀에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구의 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (16)

1. 삭제
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3. 궤도차량의 궤도 몸체를 서로 연결할 수 있도록 그 외면에 고무부싱이 접합되는 궤도 핀에 있어서,

   복합재료로 제작되는 복합재료 튜브와,

   상기 복합재료 튜브의 외측을 감싸는 형태로 접합되는 강재 튜브를 포함하며,

   상기 복합재료 튜브는 탄소섬유강화 페놀수지 복합재료 또는 탄소섬유강화 에폭시 복합재료로 제작된 외측 복합재료 튜브와, 유리섬유강화 복합재료로 제작된 내측 복합재료 튜브로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 복합재료 궤도 핀.
4. 삭제
5. 궤도차량의 궤도 몸체를 서로 연결할 수 있도록 그 외면에 고무부싱이 접합되는 궤도 핀에 있어서,

   복합재료로 제작되는 복합재료 튜브와,

   상기 복합재료 튜브의 외측을 감싸는 형태로 접합되는 강재 튜브를 포함하며,

   상기 강재 튜브는 2개로 구성되어 상기 복합재료 튜브의 바깥쪽에서 안쪽으로 각각 삽입되어 중간부위에서 서로 접합되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 복합재료 궤도 핀.
6. 제5항에 있어서, 상기 강재 튜브의 양단부 부위에는 선단연결기가 이탈되지 않도록 하는 홈이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 복합재료 궤도 핀.
7. 제6항에 있어서, 상기 강재 튜브는 서로 맞물려 접합되는 부위가 계단형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 복합재료 궤도 핀.
8. 궤도차량의 궤도 몸체를 서로 연결할 수 있도록 그 외면에 고무부싱이 접합되는 궤도 핀에 있어서,

   복합재료로 제작되는 복합재료 튜브와,

   상기 복합재료 튜브의 외측을 감싸는 형태로 접합되는 강재 튜브, 및

   상기 복합재료 튜브의 양 단부를 각각 밀폐하는 강재 마개를 포함하며,

   상기 강재 마개는 경량화를 위해 계단형으로 구성되고, 이에 대응하여 상기 복합재료 튜브 또한 계단형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 복합재료 궤도 핀.
9. 삭제
10. 궤도차량의 궤도 몸체를 서로 연결할 수 있도록 그 외면에 고무부싱이 접합되는 궤도 핀에 있어서,

    복합재료로 제작되는 복합재료 튜브와,

    상기 복합재료 튜브의 외측을 감싸면서 접합되는 강재 튜브, 및

    상기 복합재료 튜브와 상기 강재 튜브의 양 단부에 각각 밀착되어 결합되는 강재 엔드캡을 포함하며,

    상기 강재 엔드캡의 양단부 부위에는 선단연결기가 이탈되지 않도록 하는 홈이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 복합재료 궤도 핀.
11. 제10항에 있어서, 상기 복합재료 튜브와 상기 강재 엔드캡의 하단에는 다른 복합재료 튜브가 더 접합되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 복합재료 궤도 핀.
12. 삭제
13. 궤도차량의 궤도 몸체를 서로 연결할 수 있도록 그 외면에 고무부싱이 접합되는 궤도 핀에 있어서,

    강재로 제작되는 강재 튜브와, 상기 고무부싱이 접합되는 부위에 위치하도록 상기 강재 튜브의 둘레에 위치하는 외측 복합재료 튜브와, 상기 강재 튜브와 상기 외측 복합재료 튜브의 양 단부에 각각 밀착되어 결합되는 강재 엔드캡 및, 상기 강재 튜브와 상기 강재 엔드캡의 하단에 접합되는 내측 복합재료 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 복합재료 궤도 핀.
14. 제13항에 있어서, 상기 외측 복합재료 튜브가 상기 강재 튜브에 접합되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 복합재료 궤도 핀.
15. 제13항에 있어서, 상기 외측 복합재료 튜브가 상기 강재 튜브에 접합되지 않아 미끄러짐이 가능한 것을 특징으로 하는 하이브리드 복합재료 궤도 핀.
16. 제15항에 있어서, 상기 외측 복합재료 튜브는 무급유 윤활특성을 갖는 탄소섬유강화 페놀수지 복합재료로 제작되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 복합재료 궤도 핀.

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