趣味の鉄道模型

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。

2021年10月22日のピボット軸の比較では、

• 先端を尖らせたピボット:約0.4％で動き出し
• 先端がR0.1のピボット:約0.5％で動き出し

ました。

今回のデータでは、平均値では重量比で

• 先端を尖らせたピボット:0.51％
• 先端がR0.1のピボット:0.65%

となっています。

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、

• 洋白円錐踏面:1.47％
• 洋白円弧踏面:0.98％
• ステンレス円弧踏面:1.13％

でした。

今回の結果は、洋白円弧踏面で、

• R0.1ピボット:0.94％
• 尖らせたピボット:0.83％

でした。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

左が洋白製、右がステンレス製です。

材質以外は、図面上は全く同じですが、外注先の違いもあり、微妙に違っています。

洋白製のは踏面の外側の傾斜部分に切削痕が少しありますが、その他はピカピカに仕上がっています。

ステンレス製の方は少しつやの無い仕上がりです。

この2種類のタイヤを同じ図面で作製した輪軸に付けて客車の牽引負荷測定を行いたいと思っています。

はたして、どれ位の差が出るのでしょうか。

これで全部です。

200軸以上あります。

黒ニッケルめっきですが、黒の色味がなかなか揃いませんでした。

左手前側の車輪が絶縁側、

右手前の車輪が導通側です。

肉眼で見ると判別が難しいです。

最近の輪軸は軸のところで絶縁しているのが多いのですが、軸への圧入強度に不安があったので、タイヤ絶縁にしました。