趣味の鉄道模型

久しぶりのblogですが、現在新京阪のP6電車を製作中です。

所属するクラブの競作課題が電車ということになったので、手持ちのキットで製作開始です。

キットはFABで企画されたものですが、公式には市販はされていないと思います。

牽引力測定車をKKC集会に持って行ったところ、いくつか指摘を受けました。

それをご紹介します。

・負荷測定用センサを取付けているアルミアングルの剛性が足りないのではないか。
市販のニュートンメータ(負荷測定器)の中にも本牽引力測定車と同じようなセンサが入っていますが、それを支える金具はずっと剛性のあるものが使用されています。
1/80クラスの車輛では、せいぜい牽引力は100gf程度なので、そこそこの剛性があれば良いという判断で加工性を優先し、厚さ1.5mmのアルミアングルを使用しています。

車体自体も木製ですので、さほど剛性は無いと思われます。
センサ自体は100gf測定用のものを使用しています。(信憑性はともかく、300gf程度までは計測できます)
もっと剛性を上げるべきなのか悩むところです。

・センサの出力の直線性に問題は無いのか。
センサは金属の歪みを検出し、力に換算しています。
今回のものは具体的には牽引力測定車を連結器を下にして負荷の無い時と50gの錘をぶら下げた時を測定して校正し、その間の値はセンサから伝わる電圧が直線的に変化するものとして計測しています。
牽引力測定車を水平に置いて、電源を入れると負荷0ということでゼロリセットするようにしてあります。
複数点で校正しているわけではありませんので、中間値のデータの信憑性は評価できていません。(デジタル秤に使用されるセンサですのである程度信用し、20gの錘で確認してもそれらしい値は取れているようですし、そこまでしていないと言うのが実情です)

・出発抵抗測定がうまく測定できない。

今回、KKC集会で16.5mmの牽引負荷を測定させていただく際に、急遽、列車の出発抵抗を測定したいと希望されました。

これまで、走り出してからの列車の負荷しか眼中になかったので、出発抵抗を測定したことはありませんでした。

単に列車を引っ張り出すと、連結器の隙間等のため、徐々に負荷が増えていくと思われ、出発時に負荷が大きくなるというのを捉えることは難しく、牽引している貨車を引っ張った状態で連結器の隙間が無くなるようにしてから機関車を出発させると出発抵抗らしきものが測定できたようでした。

ただ、出発後すぐに停止したりして、列車から押されるような形になり、負の負荷も計測されてしまったようです。

現地での慌ただしい中での想定外の計測は難しいものがあります。

ご指摘いただいたのは、今回のプログラムでは0.1秒に1回測定値をPCに送り、0.3秒に1回車輛のディスプレイ表示を更新していることで、測定周期が長く、出発抵抗測定を捉え切れていないのではないかということでした。
そこで、今回の回路で1秒間に320回測定できるのなら、1/320秒に1回計測し、マイコンのメモリに貯めておいて測定終了でデータを送ればどうかというご提案をいただきました。
センサの出力電圧は非常に小さくノイズの影響か、たまに変な値が出るので、今回のプログラムでは、20回データを取得して上位と下位それぞれ5個を破棄し、中間の10個のデータの平均値を測定データとしています。
データ取得後の後処理を楽にしたいためなのですが、そういったことは後処理でやれば良いとのご指摘でした。
今回のデータでも3000以上あるので、数十万個のデータとなるとPCの能力が向上しているとは言えちょっと気が引けます。

その他、この牽引力測定車は線路の勾配も測定できるのですが、加速度センサからの情報を計算しているせいか、走行中の傾きのデータは信頼性に乏しいという問題点も抱えています。

まだまだ不完全ではありますが、徐々に改善しながら色々な条件でデータの取得を積み重ねていきたいと思います。

11月13日にKKCの集会があり、翌14日にModelsIMONのレンタルレイアウトをお借りしてHOJCの会員等が集まり運転会を行いました。

ModelsIMONのレンタルレイアウトには2%の勾配がありますので牽引力負荷試験を行いました。

C53で客車を牽引させたかったのですが、カーブの途中でショートしてしまい、一周できませんでしたので、C11に交代しました。

ModelsIMONのレンタルレイアウトは高架部分で止まってしまうと外からでは手が届かないので、復旧にかなり手間取ります。

以前にも書きましたが、私の持っているPWM制御のコントローラでは、私の機関車はうまく制御できません。

理由は、PWMの制御が出力段のトランジスタのONとOFFで行われているためです。

トランジスタのONの期間は最高電圧が与えられていますが、OFFの期間ではモータの逆起電圧が発生し、結果的に本来0Vであるべきところからかけ離れた電圧となってしまっているためです。

モータの回転数は、入力の電圧に比例するため、0Vであるべきところが高い電圧になっていると平均電圧が上昇し、それに比例して回転数が上がります。

但し、モータのトルクは、入力の電流に比例するので、OFF期間での電流は0Aですのでトルクは発生しません。負荷が重い場合は出力トルク0の期間で回転数は落ちると考えられます。

PWMを少しONにしただけでモータが高速回転する現象は、コアレスモータで顕著に発生します。

コア付のモータではOFF期間での逆起電圧が低く、影響少ないため、多くの鉄道模型ではこれで充分制御できていることが多いと思われます。

私の場合、コアレスモータを使っていることが多いのでPWM制御のコントローラは使えませんでした。

しかしながら、PWMでもONｰOFF-ONの制御では無く、ONｰショート(0V)-ONの制御であればコアレスモータでも問題なく回転数を制御できるはずです。

このような制御を行えるDCモータドライバが市販されていますので、これを用いてPWM制御のコントローラを作ってみました。

2022年の関東合同運転会にて湘南鉄道模型クラブのH5氏の13mmゲージレイアウトにて貨車の牽引負荷を測定させていただきました。

合同運転会参加クラブのレイアウトに勾配のあるものは少ないのですが、H5氏の組み立て式レイアウトは非常に正確に勾配が作られています。

2022年大阪の合同運転会において列車の負荷測定を行いました。

2022年大阪合同運転会の2日目に列車を走らせた映像です。

標準軌線路では南満州鉄道の特急列車が、

狭軌線路では、作りかけのC53の牽く超特急燕(東山付近のC11補機を想定)とD51の牽く二軸貨車34輛編成

が走っています。

3年ぶりに大阪の合同運転会が開催されました。

井門義博氏のblogを見ているとへクスロープの穴が付いたというロッドピンが発売されるそうです。

私が2014年に流線型のC5343を作った時に使用したロッドピンが左の写真のものです。

従来のマイナス穴は目立つし、六角ボルトも日本の制式機とは違うし、できるだけ小さな穴で、ねじ回しで回せるのはないかということで、トルクス(ヘクスローブ)T1を使うことにしました。

ロッドピンの頭にトルクス(ヘクスローブ)T1の凹みを付けて、トルクスT1ドライバーで回せるようにしてあります。

このロッドピンはステンレス(SUS303)製です。

ModelIMONのがどのような仕様になるのかは分かりませんが、真鍮にめっきを施したものらしいので、耐久性はどうなのでしょうか。

専用のねじ回しが販売されるとこのとなので、トルクスT1とはまた違った形状なのでしょうか。

さすがに、IMON製だけあって、私のと比べて星形の穴は綺麗ですね。

TRAINOのDCCチェッカーで走行中の速度を測定できるようにしました。

「DCCチェッカー」は本来はDCCコマンドを見るためのツールですが、リアルタイムの速度計測もできるため、アナログで使用しています。

但し、電源は走行電源では電圧が低い時に稼働しないため、牽引力測定車の電源から供給するようにしてあります。

将来的には、速度データを牽引力測定車に取り込んで、無線で送れるようにしたいと思っています。