趣味の鉄道模型

2021年10月31日の運転会で列車の牽引負荷を測定しました。

クラブの運転会で走らせた超特急燕もどきの編成です。

二重屋根客車10輛編成で、ハニ+ハ+ハ+ハ+ハフ+シ+ロ+ロ+イネフ+イテ の構成です。

客車の台車には枕ばねを入れてあるのが効いているのか、ほとんど車体が揺れず、安定して走っています。

一方の機関車のC53は多少問題が発覚し、従台車が曲線から出る際にカントのねじれに追従できず、よく脱線していました。(その先の分岐器のところで復旧していました)

線路が短すぎて、惰行が終わるところまで確認できませんでした。

話し声が聞こえていたので、音はカットしてあります。

10輛編成ですが、1編成分は惰行しそうです。

円弧踏面の輪軸での計測です。

時計回りで計測しましたが、なんと、従来の円錐踏面の輪軸よりも負荷が大きい結果が出てしまいました。

まずは、既存輪軸で計測しています。

4V,6V,8V,10V,12V各電圧でエンドレスを約3分間走らせ、それぞれ2500回負荷データを取得しています。

それを3セット実施していますので5(電圧)×3(試験回数)×2(回転方向)=30回データを取得しています。

取得した総データ数は30×2500=75000となります。(実際にはテスト条件の確認等でもっとデータを取っています)

前回の反省から、テストの度にレールを拭いています。

前回の試験では、線路を設置した床が傾いているのか、1周毎に牽引負荷が正弦波状に上下していましたので、線路の設置場所を変えてみました。

コメントでヒストグラムのリクエストがありましたので、作ってみました。

あまり細かく分けると煩雑になるので、0.5gf単位で分類してあります。

今回の試験ですが、所定の印加電圧で急発進、急停止させて測定しています。

そのため、発進直後は急加速するためかなり大きな負荷抵抗になっています。

停止時は、客車側から押されるため、逆向きの値となります。

測定データとしては発進、停止直後のデータをカットし、安定したと思われる箇所を使用しています。

客車を牽引するのに必要な力を測定しました。

結果は以下の表のようになりました。

※既存輪軸は円錐踏面、新輪軸は円弧踏面です。

上記の結果から、今回測定した輪軸では、円弧踏面の方が曲線通過での負荷が少ないと言えると思います。

いずれにしても、曲線通過時は直線に比べてかなり負荷が大きくなるようです。

直線については円錐踏面の輪軸の方が負荷が少なかったのですが、この要因として2点考えられると思います。

1. 既存輪軸の方がピボットの性能が良い
2. 円弧踏面では踏面のレールに当たる角度が急なため、レールを外に押し広げる力が働き、負荷が大きくなる。

今回の試験では上記の原因は究明できませんが、円錐踏面より円弧踏面の方が曲線では有利と言えるのではないかと思います。

参考のため実際のデータの一例を示します。

このデータは既存輪軸を使用し、印加電圧4Vで走らせた時の測定データです。

フォースゲージからは1秒に10回データが送られてきます。

連結器のガタ、線路の状態、車輛の揺れ、牽引機関車の走行速度の不安定さ等の不確定要素が大きいため、その時々の値にはばらつきが出ます。

これらのばらつきをできるだけ解消するため、3回測定し平均した値で評価しています。

客車を牽引するのに必要な力を測定しています。

条件としては、

このような感じでデータを取得し、後でデータをまとめます。

使用しているフォースゲージは1997年頃購入したもので少々古く、校正は行っていませんが、100gの錘をつるすと98gf、50gの錘では59gfを示すため、2%程度の誤差に収まっていると思われます。

なお、錘の重量は、A&D社製HT-500(最大500gを0.1g単位で測定できる秤)にて測定しています。

曲線はエンドレスにしたいところですが、測定場所の都合で円の5/8で測定しています。

直線も場所の都合で、IMONの直線線路10本(2.88m)で計測しています。

本二重屋根客車の屋根板は車体本体に半田付けする設計になっているのですが、塗装等のため、取り外せるようにしようとしています。

燐青銅板にプレスで作ったピボット軸受の台車を組み立てたら、輪軸が割と軽く回ったので、どれくらい回り続けることができるのかテストしてみました。

初速度にもよりますが、40〜50秒程度回り続けることができるようです。

新しく三軸台車を作製したので、起動負荷を測定してみました。

測定方法は、スマートフォンのアプリの角度計を使用し、徐々に線路の傾きを大きくしていき、走り出す傾きを調べました。

線路は、なるべく直線性を確保するため、アルミの四角パイプの上に敷いてあります。

2014年01月18日のdda40x氏のblogにて過去に測定した私のデータが「かなり大きな値である。」とのご指摘があり、「0.006ほどを期待できる」とのことでした。

また、むすこたかなし氏のblogでは、16.5mmゲージの台車単体で0.3%で走り出すことが示されています。

今回の結果では、0.6〜0.8%程度で動き出しており、dda40x氏の示された数値に近づくことができました。

(過去のデータは、動き出すのに必要な牽引力を測定して勾配に換算しているので測定のやり方自体が異なります)

輪軸単体を線路に置いて、線路を傾けても1.2%位にしないと動き出しませんでしたし、IMONのプラ貨車(ワム90000)では1%前後でしたので、それほど悪い数値ではないと思います。

二重屋根客車の下屋根の左右を結ぶ板の幅が広く照明を入れた場合に邪魔になりそうなので、糸鋸で切って細くしています。

下屋根の板厚は0.4mm、糸鋸は6/0を使用しています。

レンズのピントを合わせる駆動音がうるさいですね。

三軸台車内枠のエッチングパターンを修正し、組み立ててみました。

あと少し修正が必要ですが、ほぼ問題なくできるようになりました。

三軸台車のプレス部品が無くなったので、エッチングで作っています。

客車を組んでいるのですが、ウィンドシル・ヘッダの取付が結構面倒です。

人によりやり方は様々だと思いますが、私の場合、シル・ヘッダの裏面に薄く半田を付け、表面から窓の開口部で半田を付け、仮止めしてから、裏面に熱を加えて半田付けしています。

半田ごてを使用している関係上、裏面に半田が付いてしまいます。窓枠を半田付けする際に、裏面の半田が邪魔になりますので、一旦きさげをして平らにしています。

表面に半田が薄く付いてしまっていますが、こちらの方は気にせず放置です。

5月1日に第50回HOJC運転会が京都で開催されました。

その時、今回作成した円弧状踏面の輪軸を装着したカニ37を持参し、脱線せずに、どれ位軽く走るかを確認しました。

走行の軽さは、映像の通りで、1/87のスケールとしては、かなり走ると思います。

ポイントも、ほとんど脱線せずに通過しましたので、ほぼ問題はないと思います。

それから、円弧状踏面の場合、レールの当たる部分の踏面角が大きくなるので蛇行懸念されましたが、特に問題はなさそうでした。

あとは、編成にして、問題なく軽く走ることができれば、まずまずだと思います。