2021年03月08日

踏面接触位置

輪軸踏面に赤色の油性マーカを塗り、1時間ほどR732曲線で走らせて、踏面のどのあたりでレールと接触しているのか確認しました。
円弧踏面台車.jpg
円弧踏面の輪軸を付けた台車です。
進行方向は左です。
上が曲線の外側です。
アタック角が生じ、前側の輪軸は曲線の外側(写真上側)に寄って走ったため、上の車輪の踏面はフィレット付近、下の車輪は踏面の外側にレールの痕跡があります。
後ろ側(写真右側)の輪軸の中心はレールとレールの中心より若干曲線の内側(写真下側)に寄っているように見えます。

円錐踏面台車.jpg
円錐踏面の輪軸を付けた台車です。
進行方向は左です。
上が曲線の外側です。
アタック角が生じ、前側の輪軸は曲線の外側(写真上側)に寄って走ったため、上の車輪の踏面はフィレット付近、下の車輪は踏面の外側にレールの痕跡があります。
後ろ側(写真右側)の輪軸の中心はレールとレールのほぼ中心と一致しているように見えます。
円弧踏面.jpg
円弧踏面の曲線外側に寄っている車輪のレールの痕跡です。
ほぼフィレットのみに痕跡があるように見えますが、若干フランジの根元あたりまでレールが接触しているようにも見えます。
円錐踏面.jpg
円錐踏面の曲線外側に寄っている車輪のレールの痕跡です。
痕跡はフィレットと踏面のフィレット寄りにあるように見えます。
フランジの根元あたりまでレールが接触しているようにも見えます。
posted by よしひろ at 20:22| Comment(0) | TrackBack(0) | 輪軸

2021年03月07日

牽引試験9

円錐踏面(洋白タイヤ)の輪軸でも、同様の条件で測定してみました。
円弧踏面R732牽引負荷8V4.png
2時間かけて計測予定でしたが、機関車の速度のむらが大きくなってきたので、約1時間で切り上げました。
負荷のばらつきが徐々に大きくなっているのが分かります。
前回の円弧踏面(ステンレスタイヤ)のデータと比べてみると、平均的な負荷の増え方は今回の方が小さいようです。
試験後、レールの汚れを確認しましたが前回の試験後と比べて汚れはかなり少なくなっていました。(試験時間が違うので正確な比較にはなりませんが、かなり汚れ具合が違いました)
この試験結果が正しいとすれば、洋白のレールでは、洋白のタイヤを使用した方が、レールが汚れにくく、連続運転時の負荷の増大は緩和されると考えられます。
円錐踏面汚れ.jpg円弧踏面と同様、レールの接触面には筋が付いています。
旧輪軸フィレット.jpg
反対側の車輪は、フィレットとフランジの境界あたりがレールと接触しています。
(踏面の筋は、別の試験の際に付いたもの)
フランジにはレール当たっている痕跡はありませんが、フィレットからフランジにかけて表面が非常に荒れており。これが負荷のばらつきに影響しているのではないかと考えています。
新輪軸フィレット.jpg
こちらは円弧踏面です。
これも、フィレットとフランジの境界あたりがレールと接触しており、フランジにはレール当たっている痕跡はありません。
踏面とフィレットの境界あたりに黒い何かが付いています)
フィレットからフランジにかけて表面はそれほど荒くありません。
posted by よしひろ at 19:01| Comment(0) | TrackBack(0) | 輪軸

2021年03月06日

牽引試験8

これまでの試験で、ステンレスタイヤの踏面が汚れて牽引負荷が増加していると推測していましたが、ピボット軸受の潤滑の影響も否定できませんでした。
これまでは、ピボット軸受の潤滑には個体である黒鉛(鉛筆の芯)を使用していましたが、今回はピボット軸受に液体のルブロイドという潤滑剤(超極圧潤滑剤と称して販売されています)を塗布してから同じ試験を実施しました。
円弧踏面R732牽引負荷8V3.png
今回は約1時間20分走行後に客車が脱線してしまいました。
前回と比べると、比較的早い頃から機関車から滑るような音が聞こえ、たままた離席中に脱線転覆していました。
前回の試験後にタイヤ踏面を磨き、レール頭面も拭きましたが、充分でなかったのかもしれません。
タイヤやレールはそのままで復旧後再開したものの割と早く、また脱線しました。
数値的にはそれほど大きな負荷には見えませんが、機関車の速度にむらが見られましたので細かくデータを取ると時々非常に大きな負荷があったのかもしれません。
その後何度か試験を再開してみましたが、いずれも客車の2輛目の後ろ側の輪軸が脱線しました。
満足な試験にはなりませんでしたが、このデータから軸受の潤滑の影響はあまりないだろうと推測されます。
また、脱線転覆後に連結を切り離した際には負荷は0gfを示していましたので、フォースゲージで懸念される時間経過による測定値の変動はほぼ無かったと考えられます。


posted by よしひろ at 16:48| Comment(0) | TrackBack(0) | 輪軸

2021年03月05日

踏面汚れ3

次の測定のために踏面を綺麗にしようとしているのですが、レールの当たった筋がなかなか取れません。
今回の試験で、ステンレスタイヤでは洋白タイヤよりレールや踏面が汚れやすいことが分かりました。
この汚れが牽引負荷増大の主要因と推測していますが、軸受も負荷増大の要因となることも考えられます。
今回の試験では、ピボット軸受に黒鉛(鉛筆の芯)を塗っていますが、液体の潤滑剤を使用した場合でも試してみたいと思います・
踏面筋.jpg
#2000の布やすり(裏にスポンジが付いたもの)で磨きましたが、筋状のものが残っています。
かなり強固にくっついているようです。
posted by よしひろ at 10:55| Comment(0) | TrackBack(0) | 輪軸

踏面汚れ2

円弧踏面の輪軸での踏面汚れを確認するため、
  • レールの頭面を研磨し、めっきを剥がした後、リグロインで拭き取り
  • 車輪の踏面を#2000の布やすりで磨き、付着物を除去
を行った後に再度、2時間ほどR732曲線を走らせ状況を確認しました。
円弧踏面R732牽引負荷8V2.png
今回は、フォースゲージからのデータ取得を10回/秒の設定で行いました。
実際には、約0.66秒に1回のデータ取得になっています。
また、約1000回データを取得した時に無線機の電池が切れたので、一旦中断してからデータを再取得している関係で、1000回目前後で少々歪な形になってしまいました。
最後の方は負荷変動が大きく機関車の速度が変化しているのも分かりました。
いずれにせよ、走らせ続けていると負荷がどんどん大きくなっていきます。
踏面汚れ.jpg
試験後の踏面です。
前回と同じく、レールとの接触面に何か付着しています。
色が微妙に違うので、今回はレールの洋白が付着しているのではないかと思います。
試験後にレールの頭面を拭くと、かなり汚れていました。
円錐踏面の従来の輪軸ではそれほど汚れていなかったので、この輪軸の問題と考えられます。
違いとしては、
  • 踏面形状
  • 材質(ステンレス:SUS303)
がありますが、汚れている位置はほぼ円錐状になっている箇所なので、材質の問題なのではないかと考えています。
ということで、洋白のレールを使用する限りでは、付随車の輪軸のタイヤはステンレスよりも洋白の方が望ましいと思われます。
posted by よしひろ at 01:21| Comment(1) | TrackBack(0) | 輪軸

2021年02月19日

牽引試験4

曲線での牽引負荷測定で、横向きの力による測定値への影響が懸念されましたので、時計回りと反時計回りで測定してみました。
今回はR732曲線のエンドレスで測定しました。
回転方向.png
8Vで走らせた時の負荷の測定グラフです。
データのばらつきが多く、25gf以上の負荷も頻繁に出ているので、測定に検討の余地があります。
線形近似を見ると時計回りの方が若干負荷が小さいことが分かりますが、それほど大きな差は見られないので、横方向の負荷が測定器に与える影響は少ないものと考えられます。
移動平均を見ると、正弦波状に変化しています。
エンドレスをぐるぐる回して測定していますので、線路を設置した床が傾いているのか、エンドレスの位置により負荷が変わるようです。
posted by よしひろ at 00:25| Comment(3) | TrackBack(0) | 輪軸

2021年02月14日

曲線での牽引負荷

この前の試験で、R732曲線での負荷は直線の約3倍という結果が出ました。
はたしてこれで正しいのか、ちょっと疑問が残ります。
というのは、連結部が直線ではなく、斜めになっているので、フォースゲージに対して横向きの力もかかっているはずだからです。
連結器の角度からある程度の推定はできるはずですが、信憑性のある結論が出るか疑問です。
フォースゲージの連結器を付けている部分を右に押したときと、左に押したときで検出される力がプラスマイナス逆になることを利用し、右回りと左回りに走らせてその時の結果に差があれば、その差(の半分)が負荷とは関係のない横向きの力と推定されます。
ということで、機会があればその試験をやってみたいと思っています。

posted by よしひろ at 17:53| Comment(0) | TrackBack(0) | 輪軸

2021年01月17日

踏面形状8

前の試験で、踏面が円弧踏面のものと円錐踏面のものを比較し、円弧踏面の輪軸を使用した客車の方が若干負荷が少なさそうでした。
※これまで「曲面踏面」と書いていましたが、実物では「円弧踏面」と表記されるため、合わせることにします。
円弧踏面の方が行路差によるレールでの滑りが少なく負荷が減ることが考えられるのですが、実際の回転負荷に対してどれくらいの影響があるのかはよく分かりません。(ほとんど影響が無いのかもしれません)
行路差で影響があるのなら、アタック角に差が出るのかもしれないということで確認してみました。
※アタック角については、むすこたかなし氏のblog(しょうなんでんしゃ のブログ)に詳しく書かれていますので説明は割愛します。
下記の通り、円弧踏面でも円錐踏面でもアタック角はほとんど変わりませんでした。
台車だけの実験なので、車体を乗せて重くなると多少変わるのかもしれませんが、ほとんど期待できないような気がします。
円弧踏面.jpg
円弧踏面の車輪です。
アタック角が大きくあります。
円錐踏面.jpg
円錐踏面の車輪です。
円弧踏面と同程度にアタック角があります。
posted by よしひろ at 13:01| Comment(1) | TrackBack(0) | 輪軸

2021年01月16日

踏面形状7

踏面形状違いの輪軸を使用して曲線通過を見てみました。
IMONシステムトラックを使用し288mm長2本の直線で12mm持ち上げ、約2%の勾配を作製し、客車を転がしてみました。
曲線半径は732mmです。
最初の3回が曲面踏面の輪軸で、後の3回が既存の輪軸を使用したものです。
客車、台車は同じものを使用し、輪軸を入れ替えただけです。
期待したほどの差はありませんでしたが、曲面踏面の方が負荷は少ないようです。
posted by よしひろ at 02:03| Comment(4) | TrackBack(0) | 輪軸

2021年01月14日

踏面形状6

前の試験で踏面角が大きいほど分岐器の曲線を通過しやすかった件でなぜなのかちょっと考えてみました。
以下に記したとおりです。
間違いやご指摘事項がありましたら、コメント等でご教示いただきますようお願いします。
※計算間違いをしていたようなので訂正しました。(まだ間違っているかも)
むすこたかなし氏のblogでも似たような話が書かれていて、あちらの方が図入りで解説しているので分かりやすいかもしれません。
※むすこたかなし様からのコメントで、式、計算値等を見直しました。ただ、ご指摘事項を完全には理解できていないので、まだ間違っているかもしれません。(ボロボロですね)

ーーーーー
曲線の半径700mmと仮定
ゲージは12mm
内側のレールの長さは(700ー6)×2×π≒43614386mm
外側のレールの長さは(700+-6)×2×π≒4436mm
内と外の差は1周で約7550mm
仮に10度曲がるとしたら約2.11.4mmのずれが発生
踏面角0度の場合、車輪の周長は左右で変わらないので曲線の外側は2.11.4mm遅れる
(実際はフィレットがあるのでそれほど差は出ないはず)
→輪軸が枕木と水平から傾いた状態になる
→フランジが引っかかる?
→止まる
ということが考えられる。

Φ9.8の車輪の周長は約30.8mmある。
片側で1.4mm増やすと周長は約32.2mmにする必要があるので、約10.25mmの直径が必要になる。(約0.45mm直径が増える)
レールの長さは外周と内周で1.731.14%の差があるので、内外周で0.170.11mmの直径差が必要である。
12mmゲージの線路上で輪軸が左右に0.25mm横移動が許されると仮定するならば、
車輪のレールに接触する位置から双方の車輪が0.25mmずれるので、踏面では0.25×2=0.5mmすれた位置の直径差が0.170.110.45mmあれば良いことになる。
直径差0.170.110.45mmなので半径では0.0850.0550.225mmである。
その角度を求めるとatan(0.0850.0550.225/0.5)≒9.66.324度ということになってしまう。
実際にはフィレット部分にも乗り上げて踏面角以上に左右の車輪の周長差があるものと推定される。
※実際には、9度でも怪しかったので、まだ計算が間違っているのかもしれません。

曲面踏面のフィレット直前の角度は、設計上約20度しかないけど、フィレット部分まで乗り上げて周長差を確保していると思われる。

台車に輪軸を取り付けた場合、軸受で輪軸の進行と垂直方向の回転は抑止される。
台車の回転と、レールの曲線半径を考慮したフランジ形状にしておけば、フランジがレールに当たって大きな負荷がかかる可能性は低い。(フランジ形状をどうやって設計すれば良いのか?)
ただ、レール上を踏面が滑ることのなるので輪軸の回転には負荷が発生する(実用上無視できる程度なのか否かは不明)
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posted by よしひろ at 18:27| Comment(5) | TrackBack(0) | 輪軸

フランジ形状

現行の輪軸のフランジで曲線通過時の様子を描いてみました。
フランジ検討.png赤い線は通常の直線で輪軸を乗せた時のレール面で車輪を切断した形状です。(ほぼフランジ形状)
緑色の曲線は、外側レールR600の曲線にスラック0.3mmを付けたレールの内側を表しています。
台車のホイールベースはTR23の約1/87に合わせて28mmにしてあります。
進行方向は下側で、上側の輪軸は線路の向きとほぼ平行、下側の輪軸はカーブの分、線路の向きと約3度の角度が付いていて、フィレットとフランジの境界ぎりぎりまでレールが近づいていると想定しています。
この図のフランジ形状は設計図上のものなので、実際のものと違っている可能性はありますが、下右側のフランジは、レールに接触するかどうか微妙な感じです。

この図で合っているのかどうかよく分かりませんが、正しいとすれば、もう少しレールから離れるようにフランジを輪軸内側に寄せた方が良いのかと思います。
posted by よしひろ at 15:50| Comment(1) | TrackBack(0) | 輪軸

踏面形状5

踏面の角度違いにより分岐器の曲線通過がどうなるか確認しました。
踏面角が大きいと分岐器の曲線を通過できるようになります。
曲面踏面ではさらにスムーズに分岐器の曲線を通過しました。
試験は2セット輪軸を用意し、
踏面角0度→踏面角3度→踏面角6度→踏面角9度→踏面角12度→曲面踏面
の順に2回実施しています。
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タグ:台車 輪軸
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2021年01月13日

踏面形状4

何とか1軸分だけ踏面の切削ができました。(何軸も無駄にしました)
フィレットの近くまで削れましたが、若干元の踏面が残っていますが、とりあえずこれで試験をしました。
踏面を曲面に切削→曲面踏面→通常踏面→踏面を曲面に切削→曲面踏面→通常踏面の順に走らせています。
踏面が曲面になった輪軸は、分岐器を走りきりますが、通常踏面の輪軸は、曲線で若干斜めになり途中で止まってしまいました。
踏面を曲面に切削した輪軸と通常の輪軸との違いは、ほぼ踏面形状のみと考えられます。
そのことから曲面踏面の輪軸の方が曲線通過の負荷が少ないと言えるでしょう。
もしかしたら、レールに乗っている部分の踏面角の影響という可能性もあります。
(以前にも踏面角で摩擦が変わるかの試験を行いましたが、踏面角変更の試験をするには何十軸かの輪軸を試験用に作らないといけないので二の足を踏みます)
それから、無論、車輛に組み込んだ際の影響についてはここでは考慮できていません。
踏面形状.jpg
 写真の左が既存の輪軸、右が踏面を切削した輪軸です。
フィレットの端まで削りたかったのですが、若干元の踏面部分が残っています。
フィレット、フランジはそのままです。
その他違いは、既存のは黒ニッケルめっきが施されていますが、切削した踏面は洋白そのままです。
細かく見れば、踏面の面荒さも異なると思いますが、そこまで条件を合わせることはできていません。
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踏面形状3

2種類の輪軸では条件が違いすぎるので、既製の輪軸の踏面を削って曲面の踏面形状を作ろうとしています。
これで、うまく走るようになれば、踏面を曲面にすることによって効果があることが確認できます。
車輪切削.jpg総型バイトを使用して削ろうとしているのですが、いくつか問題が発生しました。
・切削中に車輪が空転する
圧入強度が弱いのだと思いますが、切削負荷に負けてしまいます。
絶縁側は、車輪が手で抜けてしまいます。
・元のフィレットを残したいが、うまくいかない
この総型バイトはフィレット込みで作ってあるため、フィレットまで削れてしまいます。
うまく走る要因を確認するためにはフィレットは元のままにしておきたいのですが、うまくいきません。
・踏面ががたつく
切削中に車輪が空転するせいか、剛性が足りないせいか、踏面が綺麗に切削できません。
できれば輪軸の状態で踏面を削りたかったのですが、車輪を抜き、ヤトイを作って、それに固定して削るしかないのかもしれません。
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2021年01月12日

踏面形状

曲面の踏面形状は、2016-04-23の当blogにある通り、5年ほど前に作ったものなのですが、正当な評価ができないままに年月が経ってしまいました。
今回、分岐器の曲線の通過において従来の輪軸よりも良好な結果だったのですが、たまたまなのか、本当に以前に設計した踏面形状が良いのか、車輛に組み込んだときに良好な結果が得られるのかには疑問があります。
具体的に、どう検証すれば適切な評価ができるのか、私は分かっていません。

あと、踏面形状は良いとして、フランジ形状がこれで良いのかという課題もあります。
フランジとしては、
・車輪の回転をじゃまをしない
・競り上がり脱線が起こりにくい
・レールの左右ずれに強い
・脱線を引き起こしにくい車輪裏側のフランジ形状
といったことでどういった形状が適切で、どう検証して良いのか分かりません。

どなたかご教示していただけないでしょうか。

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2021年01月11日

踏面形状

踏面形状を見るために写真を撮ってみました。
踏面形状.jpgなかなか綺麗に撮影できないのですが、
左が分岐器での試験において途中で止まった輪軸
右が、途中で止まることなく通過していった輪軸です。
この写真でも分かるとおり、右のは踏面の途中から曲線状になっていてフィレットへ続いています。
設計上は左はフィレット径R0.25、フランジ角83度、踏面角3度
右は、フィレット径R0.3、フィレットの手前がR1.0、フランジ角70度
ですが、左のは設計値とは結構違っているように見えます。
タグ:台車 輪軸
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曲面踏面

輪軸の踏面形状の違いで線路上での回転が異なるのか確認してみました。
輪軸は2個使用し、分岐器に傾斜を付け、
曲面踏面(1)→通常踏面(1)→曲面踏面(2)→通常踏面(2)→曲面踏面(1)の順に走らせています。
曲面踏面の輪軸は、分岐器を走りきりますが、通常踏面の輪軸は、曲線で若干斜めになり途中で止まってしまいました。
このことから、曲面踏面の輪軸の方が曲線通過が軽くなると言えるでしょう。
タグ:台車 輪軸
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