所属クラブの運転会があり約2年ぶりに私の組み立て式レイアウトを出しました。
 | 運転会の様子です。 |
会員の方がModelsIMON製20系客車15輛編成を持ってこられていたので、色々な機関車に牽かせてみました。 試験した全ての機関車は平坦部では15輛を牽くことができました。 映像の手前側は机の高さが少し高くなっており、約1％の勾配が付いています。 非力な機関車はこの勾配部分でスリップしていました。 |
2021年10月31日
運転会
2021年10月28日
ピボット軸の比較4
ピボット先端がR0.1の球状になっている輪軸と、ピボット先端を尖らせた輪軸で牽引負荷を測定しました。
今回は、試験の都合上(3軸台車の輪軸取り替えに手間がかかる)、2軸客車のみ7輛で測定しています。
 | R732曲線、直線共にピボットの先端を尖らせた方が負荷が少なくなりました。 ピボット先端がR0.1のものと比べ約1割強小さくなっています。 直線に比べて曲線では差が少なくなっています。 横圧とかの永久があるのでしょうか。 |
 | R732曲線でのデータです。 移動平均でグラフを表示しています・ どちらも走らせ続けていると負荷が大きくなりますが、その差は変わりません。 |
 | 直線でのデータです。 都合により測定距離は約1.5mと短いためデータ量は少なめです。 線路を敷いている床面の勾配を考慮し行きと帰りで測定しています。 太い線は移動平均、細い線は、往復3回ずつ測定した6つの個々のデータの平均値を表示しています。
今回のデータでは、平均値では重量比で
データの小さい値のところでは約0.4％、約0.5％となっていますので、傾斜で転がす試験とほぼ同じ結果と考えられます。 |
 | このデータは前に出したものと元データは同じです。 このデータでは、先端がR0.1のピボットを使用しています。 重量比では、
今回の結果は、洋白円弧踏面で、
3軸台車の有無等条件違いもあり、若干誤差はありますが、洋白円弧踏面,先端R0.1ピボットの条件で前回とほぼ同じ結果が得られています。 この結果から、ピボット先端を尖らせ、円錐踏面から円弧踏面にすることによって、計算上は約1/1.7に負荷を減らせることになります。 |
2021年10月24日
ピボット先端の加工
ピボット先端を尖らせるのにヤトイを作って輪軸を固定し、ドリルレースのごとく鑢で削っています。
バイトではまともに加工できません。
撮影は左手にカメラを持ってモニタを見ながら加工をしているのでうまくできていません。 実際の加工時は、拡大鏡越しに現物を見ながら加工しています。 鑢での加工後、砥石で研磨しています。 | |
 | 使用している鑢です。 できるだけ加工面が荒れないようにバローベの一番細かい目のものを使用しています。 目のサイズは、G10と書かれています。 |
 | 使用した鑢の表面です。 下半分は鑢の元の表面の状態です。 上が削った跡が付いています。 一般的な鑢の目はなく、ランダムで非常に細かなな凹凸が付いています。 |
ピボット軸の比較
先日のコメントで、
「軸端が尖っていても、その先端のR0.1の部分で接しているのでは無く、もう少し太い部分で接触している可能性が有りそうですね。」
とありましたので、軸受の断面と先端を尖らせたピボットの組み合わせで写真を撮影してみました。
 | 台車に輪軸を入れると、横方向に0.1mm程度のがたがあります。 軸受先端から写真の程度の隙間があるものと思われます。 がたを完全に無くすと、輪軸が回らなくなりますので、実用上はこの程度のがたは必要と思います。 写真で見る限りでは、かなり先端の方の細い部分で軸受に接触していると思われます。 |
2021年10月22日
ピボット軸の比較
先端を尖らせたピボットと約R0.1の先端のピボットでの比較を再度行いました。
前回は、徐々に傾きを大きくして行きましたが、今回は、あらかじめ傾きを作ったところに車輛を置いて、動き始めるか確認しました。
線路の傾きは線路の端下に丸棒を置いて実現しています。 線路は1m(1000mm)あり、直径2.0の棒を入れると約0.2%の傾きのはずですが、測定すると0.3％と表示されます。 線路の下には四角のアルミパイプが付いていますが、若干たわむようです。 線路の傾きはiPhnoeで測定していますが、はたして水平に近い傾きでセンサーの精度がどれほどなのか疑問でもあります。 できれば、0.25%以下の分解能のある傾斜計が欲しいところです。(数千円のデジタル傾斜計ですと精度は±0.2°(傾きで0.3％位)とかで、もっと精度の良いものですと20万円以上します) 車輛が乗ると0.1％傾きの表示が大きくなることもありました。 先端を尖らせたピボットでは0.3％では動き出さす、0.4％で動き出しました。 約R0.1の先端のピボットでは0.4％ほんのわずかに動くもののすぐに止まります。 0.5〜0.6％になると動き出します。 やはり、先端を尖らせた方が回転負荷は少ないようです。 |
輪軸の転がり
ピボットの先端を尖らせても、R0.1ほどの曲面があっても車輛が動き出す勾配は殆ど変わりませんでした。
ならば、輪軸単体ならどの程度の勾配で転がり出すのか確認しました。
なかなかうまくいきませんでした。 車輪とレールが水平になっていないのか、動き始める勾配が1%を超えることも多くありました。 この試験では、0.5％程度が最も小さな勾配で動き始めました。 前回の試験でも台車に取り付けた状態で0.5%程度が最も小さな勾配でしたので、ピボット先端の回転負荷は全体から見るとほぼ0に近い状態になっているのではないかと推定します。 もっと小さな勾配で動き出すためには、輪軸・車輪自体の精度とレール上面の平滑性をもっと上げる必要があるのではないかと思いました。 |
ピボット軸の比較
2021年10月10日のこのblogで曲線を走らせた時、先端の尖ったピボットの方が牽引負荷が大きそうだということになっていました。
本当はどうなのかを確認するために、先端を尖らせてみました。
 | 左が先端が約R0.1のピボット、 右が先端を尖らせたピボットです。 ピボットの先端形状以外は全く同一仕様の輪軸です。 |
線路を傾けて動き始める傾きを調べてみました。 どちらも0.5％〜0.7％動き始めます。 直線においては殆ど差は無いようです。 |
2021年10月17日
機関車の重量バランス
C53のウェイトの位置を変えて重量バランスが変わると牽引力はどうなるか確認しました。
 | 設計では動輪の3点支持の重心あたりが機関車の重心になるように設計しています。 ウェイトを前方に1cm移動した場合との牽引力の比較を行いました。 ウェイトを移動しても動輪の3点支持の内側に重心があるので車輛が前に傾くことはありません。 8Vでスリップした状態での牽引力を交互に各5回測定し、各データを平均したものをグラフにしています。 結果としては、全く変化無しでした。 機関車の重心が多少ずれたところで牽引力は変わらないということになります。 むしろ、今回の牽引力の測定値が90gf強でしたが、前回の測定値に比べると約2割少なくなっています。 前回の測定とは使用した線路が異なりますし、前回の牽引力測定実施後、牽引負荷測定のためにかなり走っており、動輪踏面の状態も変わっていると思われます。 動輪踏面やレールの状態の方が牽引力への影響が大きいようです。 |
2021年10月16日
輪軸摩擦負荷試験
牽引負荷試験(輪軸違い)での輪軸を使用して、輪軸を回転させずに牽引した際の負荷を測定してみました。
レールと車輪踏面との形状違い、材質違いによる摩擦の比較です。
 | 以前に踏面角と牽引力の試験で使用したアルミの角パイプにフレキシブル線路を敷いた線路にて試験を行いました。 1mの短い線路ですので、少ししか走らせることができません。 牽引される客車には100gの錘を乗せ、合計203gとなっています。 レールの頭は、試験前に5000番のサンドペーパで磨いてピカピカにし、その後拭き掃除を行いました。 |
 | 各輪軸で3回測定し、各データの平均値をグラフ化してあります。 結果として、踏面の円錐/円弧の違い、踏面の洋白/ステンレスの違いにかかわらずほぼ同じデータとなりました。 ここでも、一般に言われているステンレスの摩擦係数は小さいということは測定結果から見いだすことはできませんでした。 |
2021年10月12日
パワーパック
いつもは市販の可変電源キットを組み立てて、適当な箱に詰めたものをパワーパックとして使用しています。
そのような怪しげなものではなく、まともなものが欲しくて、電気機器の開発会社のパワーパックが販売されていましたので購入してみました。
 | 外観です。 左が今回購入したもの、右が私の作製した怪しげなパワーパックです。 市販のは外部電源としてUSB5Vが使える以外は、私の使用用途としては機能的な差はありません。 仕様として疑問に思ったのは、ショートのLEDが電圧を上げていくと点灯し、ショートの際に消灯することです。 最初、何も繋いでいないのにショートLEDが点灯したのでちょっと驚きました。 放熱用のファンが付いていて大変うるさいです。 小数点以下2桁の電流計が付いていますが、C53を15V全速力で走らせたら、電流表示は0.00Aでした。 テスタで測定すると約15mAでした。 15Vで動輪の回転を止めると0.35Aと表示されました。 こっちの方はテスタでの測定でも約0.35Aなので、電流値が高いとそれなりの表示のようです。 |
 | 中を開けてみました。 主たる回路は、amazonで売られているこれと同じもののようです。 ファンは無くても大きな放熱器を付けてやれば問題なさそうな気はします。 |
 | 電源端子が合わないと困るので、とりあえず純正品を購入しました。 電源を日本国内で流通させるにはPSEの認証が必要なので、面倒なのですが、秋月電子のが入っていたのはちょっと驚きでした。 秋月電子での通販の3.2倍の価格でした。 |
軸受形状
牽引負荷測定に使用している台車の軸受形状を確認してみました。
軸受は、t0.4の燐青銅板にプレスで作製しています。模型車輛製作等で使用されるリベット打出しと同じ要領です。
リベット打出しと比べると、押し出す深さや直径が大きいことが異なります。
写真でも分かるように、軸受の先端は板厚が非常に薄くなっています。
最初は、ポンチの先端をできるだけ尖らせたのですが、どうしても貫通してしまいました。
現在使用しているポンチは、先端を丸めてあります。
写真の通り、軸受側の先端の丸みと車軸側の先端の丸みがほぼ同じ径になっています。
軸受の穴をドリルやカッター等で加工し、軸受先端を尖らせて好結果をえられている例もあります。
軸受の先はもっと尖っているのが良いのか、それとももっと緩いRで良いのか、現状は判断できません。
どなたか、ご存知の方はコメントをいただけないでしょうか。
2021年10月11日
ピボット軸
3月の牽引負荷データとの比較で、同じ車輪でも3月に測定した輪軸の方が牽引負荷が小さかったので、車軸のピボットが優れていると推定しました。
そこで、ピボット先端の形状を比較してみました。
 | 左(黒い方)が3月に測定した輪軸の軸端、右が10月に測定した輪軸の軸端です。 これを見る限り、さほど差は無さそうですが、左の方が先端の球の半径がわずかに大きいようにも見えます。 単なる測定誤差でしょうか。 それとも、材質の違い(左:鋼、右:ステンレス)の影響でしょうか。 難しいですね。 |
 | こちらは、左が最も牽引負荷の大きかった輪軸の軸端、 右が右が10月に測定した輪軸の軸端です。 左のピボット軸端が最も尖っていますが、負荷は少なくなっていません。 あまり尖らすのも良くないのでしょうか。 ピボット先端はある程度丸くしてある方が負荷は少ないのでしょうか。 |
2021年10月10日
牽引負荷比較
本年3月に実施した牽引試験のデータとも比較してみました。
牽引負荷の先頭から1000番目のデータまでの平均値で比較しています。
3月のデータ取得時は客車6輛、今回は10輛で計測していますので、1輛あたりの牽引負荷としてグラフを作成しました。なお、1輛毎の重量が異なるため、3月のデータには、重量分の補正をしてあります。
輪軸1、輪軸2、輪軸3は今回の測定、旧輪軸、新輪軸は3月の測定です。
輪軸1と、旧輪軸の車輪は同じで、車軸が異なります。
この結果から、旧輪軸のピボット軸の方が優れていると推定されます。
新輪軸は、ステンレス円弧踏面ですが、今回の円弧踏面とは微妙に形状が異なりますが、どうもピボット軸の出来が良くなさそうな感じです。
牽引負荷を減少させるには、踏面形状と共にピボット軸の形状も検討が必要かもしれません。
ただ、図面上はもっと先を尖らしているのですが、軸を作ってもらう工場からは、作れないとか、運搬等で先が曲がってしまうとかで制限がかかってしまい思うようなものが作れていないのが実情です。
2021年10月09日
試験用輪軸踏面
試験で使用した輪軸の踏面を撮影してみました。
輪軸は、試験の度に取り外し、次に取り付ける時は元の台車ではなく、ランダムに取り付けています。
曲線を走る台車はアタック角により、輪軸は一方向に押えられますが、できるだけ双方の方向でレールの上を走る機会があるようにしました。
左から輪軸1(洋白円錐踏面)、輪軸2(洋白円弧踏面)、輪軸3(ステンレス円弧踏面)です。輪軸1は踏面全体にフィレットの近くまで走行痕があり、よく見ると上下に2つ走行痕があります。
輪軸2と輪軸3は輪軸1に比べると走行痕が細くなっています。
輪軸3の方が輪軸2よりも若干走行痕は細いようです。
走行痕が細い方がレールと接触する振れ幅が小さいと考えられますので、走行時の輪軸の左右動が少なく安定して走るのではないかと推察されます。
また、輪軸2と輪軸3の走行痕はフィレットの位置よりも少し外側であるため、フランジがレールに接触する確率も小さくなるのではないかと思われます。
こういった点でも、円錐踏面より円弧踏面の方が走行に有利ではないかと考えられます。
2021年10月06日
牽引負荷試験(輪軸違い)2
3種類の輪軸で牽引負荷がどうなるのか測定してみました。
この測定データが正しければ、
- 従来の円錐踏面よりも円弧踏面の方が牽引負荷は少なくなる
- ステンレスタイヤは必ずしも洋白タイヤよりも牽引負荷が少なくなるとは言えない
 | 各輪軸での牽引負荷測定データを開始からデータ1000個分(約10分)の平均をグラフにしてみたものです。 輪軸1(洋白円錐踏面)の負荷が最も大きく、次いで輪軸2(ステンレス円弧踏面)、輪軸3(洋白円弧踏面)の順となりました。 できるだけ同条件となるように整備した上で試験を行っているつもりですが、測定データのばらつきが結構あります。 できれば同時に数多く測定したいところですが、1軸分の測定に1時間、輪軸の取り替えや整備等準備に1時間半程度かかり、1日で3種類を1回だけ測定するのがやっとです。 (試験中に計測器の電池切れになり、最初の準備からやり直しというのも何度かありました) そのため、各軸の測定を行った日は違っており、時刻、温度や湿度等試験環境も異なっています。 輪軸は測定が終わると、台車から取り外し→パーツクリーナで洗浄→踏面の拭き掃除を行い、試験前にはレールの拭き掃除を行っています。 ただ、最初の測定では踏面を拭いておらず、そのために負荷が大きかったのではないかと推定しています。(ステンレスタイヤだけは一度も線路に乗せたことの無い、完全な新品でした) |
 | 素のデータをそのままグラフ化すると見づらいので、牽引負荷試験の後ろ3回の各データ毎の平均をとって、その移動平均をグラフにしています。 各輪軸での牽引負荷および時間経過が分かると思います。 以前の試験では、ステンレス円弧踏面のタイヤで、長時間走行時の負荷増加が大きくなっていました。 今回の結果では、タイヤの材質によらず、円弧踏面の方が円錐踏面よりも長時間走行時の負荷増加が大きいという結果になりました。 なお、以前の試験と同様、何れの輪軸もフランジがレールに当たっている痕跡はありませんでした。 |
2021年10月02日
牽引負荷試験(輪軸違い)
既に客車に輪軸2を取り付けてあったので、それを用いて負荷試験を実施しました。
前回の試験と同様に、試験時間が経過するにつれ、レールが汚れることで負荷が増えるようでしたので、機関車の次にレールクリーニングカーを連結して再度試験を行ってみました。
1回につき1時間弱走行させ計測しています。
 | 連続して同じところを走らせていると牽引負荷が大きくなっていきます。 レールクリーニングカーでレールの汚れを走行中に拭き取ると効果はあるようです。 レールクリーニングカーにはリグロインを入れてレールを拭いています。 データの3000回目以降で急に負荷が下がっている理由は不明です。 |
| 試験の様子です。 通常の牽引負荷測定映像に続き、レールクリーニングカーを連結した映像があります。 |
