趣味の鉄道模型

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。

機関車の牽引力や列車の牽引負荷を測定しているフォースゲージのセンサ部分の写真です。

前後に力がかかった時の金属部分の歪みを検出し、相当する力に換算しています。

左右に力がかかってもセンサ部分には歪みはほとんど発生しないので計測に影響は出ないはずです。

私の牽引力計測車の場合、写真下のねじ部に棒を取り付け、その先に連結器を固定しています。

そのため、曲線等で横向きの力がかかった場合は、捻れとなってセンサに影響を及ぼすと考えられます。

ただ、右に力がかかった場合と左に力がかかった場合とではねじれの方向が逆になり、センサの歪みも逆になり、力として検出される向きが逆になります。

なので、曲線線路での測定は、右回り、左回りの双方を計測して平均を取れば横向きの力の影響はほぼ相殺できると考えます。

機関車の牽引力とか付随車の負荷を測る測定器です。

びっくりマシンをフルグレックス製やレマコ製のポイントマシンの置き換えができるように回路を組んでみました。

手抜きで、回路図は作らず、立体配線です。

3Vのモータを12Vで動かすために、起動電流の制限抵抗を入れました。

モータの巻き線抵抗は10Ω弱(個体差が結構ある)ですので、起動時の電圧を4/1にするためには合計40Ωになれば良いことになります。

ということで、30Ωの抵抗を直列に入れています。

起動時は電圧が1/4(12V入力で3V)になりますが、動き出すと電流が減るため、もっと高い電圧がモータにかかります。

3V印加時よりも速く回りますが、モータを流れる電流は少ないので、焼けることはないはずです。

ダイオード4個でスイッチに合わせてモータには同極性の電圧がかかるようにしています。

びっくりマシン据置Ver.を組み立ててみました。

びっくりマシン据置Ver.というポイントマシンが発売されていましたので購入しました。

レーザカットされたステンレス板を中心に組み立てるのですが、説明書をよく読んで理解しておかないと失敗しそうです。

従来から使用しているLemacoのポイントマシンに代えて使用したいと考えています。

Lemacoのは12Vで±極性の切り替え、こちらは3Vでスイッチの切り替えとなっています。

Lemacoで使用していたコントロールボードそのままで、このマシンを使用するにはどうしたらよいのか思案中です。

ディスプレイの調子が悪くなっています。

鉄道模型実験室という本が出版されています。

たまたま、この本の著者のサイトを訪れて、出版されていることを知り、購入しました。

内容的には、このサイトに記載されている事項をまとめたものですが、私の興味と一致するところが多くあります。

私の場合、気が向いたときにあり合わせのもので実験したりしていますが、この方は、本格的に測定器を作って実験し、検証されています。

この本の出版社が「工学社」というのも珍しいと思います。

「工学社」は、主にマイコン関係の書籍を出版している会社で、鉄道模型関連の出版はこの方の著書のみと思います。

実は、私が初めて雑誌に投稿し載せてもらったのは、「工学社」の「月刊I/O」という雑誌なのです。

本格的な記事ではなく、読者の欄のようなところに、ワンボードマイコンの改造記事が載りました。

本屋で立ち読みしていて、似たようなことを書く人がいると思ったら、自分の文章でした。

残念ながら、立ち読みだけで購入しなかったので、記念すべき私の投稿第一号の本は持っていません。

10月16，17日は、村の秋祭りです。

地車が出ます。

たまたまyoutubeで、キヤノンのレンズを分解する映像を見ていたら摺動接点のブラシを取り外すところがありました。

そこで、手持ちのレンズをちょっと開けて写真を撮ってみました。

ブラシの先端は、二股になっています。

コアレスモータの金属ブラシも、先端が複数に分かれています。

私は、模型のブラシの先端を二枚か三枚に分けて作っているのですが、精密機器であるのカメラレンズでも同様なブラシ形状であることから、私のブラシの設計に確信を持てた次第です。

踏面の傾斜角による牽引力の影響を調べているものの、測定精度が悪くなかなか安定したデータが取れないこと、資材不足や、井門さんからは、ModelsIMONでは踏面傾斜角を0°にすることで、従来以上の牽引力が得られている実績の話があって、これまでの結論と真逆であることから、迷宮入りしかけています。

牽引力の調査ではとりあえずフランジ部分の形状はあえて無視していましたが、今度はトレーラ側でできるだけ軽く回る輪軸を作ろうと踏面全体の形状を検討しています。

まず、フィレットの半径を決めるにはそれと対になるレールの形状を把握しておく必要がありますので、調べてみました。

図は、いくつかのレールの断面を写真に撮り、CADにて上部の曲線半径を求めたものです。

できるだけレール正面から撮影するため、2枚に分けて撮影したものを重ねてあります。

おおむね、R0.1〜R0.15位でした。(NMRAのRP-15.1では70番、55番は約R0.1、83番は約R0.13となっています。但しインチで表記されています)

PECOのレールは肩Ｒが大きいというイメージだったのですが、HOm用のものはそれほど大きくはないようです。(PECOのは、レールの番数毎でかなり違うようです)

右の2つのレールはsteel製で、左の3本は洋白ですが、写真でも色味の違いが分かります。

ModelsIMONのC11は動輪の踏面傾斜角が0°になっています。

作りかけのC11を分解した時、第2動輪のロッドピンが折れてしまって。動輪に残ったロッドピンのねじを取り外そうとしたら失敗して、動輪のねじ部を潰してしまいました。

ModelsIMON五反田工房に相談したところ、今回だけということで、補修用の第2動輪を販売していただけました。

元の第2動輪は、ロッドを繋ぐことはできませんが、単独でなら回すことが可能です。

そこで、元の第2動輪の踏面を削り、踏面傾斜角を付けました。

踏面が曲線的に変化する形状にしたため、傾斜角が何度というのははっきりしません。(計算上は10°前後になっているはずです)

C11の第2動輪を動輪を取り替えて牽引力を測定しました。

なお、第1、第3動輪はロッド連動させず、フリーとなっており、モータで回転するのは第2動輪のみです。

また、若干補重し、機関車の総重量は約300gですが、第2動輪にかかる荷重は1/3の100g程度と推定されます。

電圧を0Vから12.6Vへ徐々に上げています。(手で操作しているので、均一な電圧変化ではありません)

モータが強力なためか、1V以下でスリップし始めています。

グラフの通り、踏面傾斜角が0°よりも角度を付けた方の牽引力が大きいということが判ります。

電圧が上がるに従って牽引力が上がっているので、動輪の回転数が大きいほど牽引力が大きくなると言えるでしょう。

踏面傾斜角12°と9°のものを新規に作成したので再測定してみました。

なぜか数値の絶対値が以前よりも小さくなっています。(温度や湿度が関係するのでしょうか)

相対的な傾向としては、最初に作成した踏面傾斜角9°の輪軸(9°-1)は突出して大きな値になっていますが、今回作成した踏面傾斜角9°の輪軸(9°-2)は、他と変わらない値です。12°のものも値は特に大きくありません。

前回も今回も同じバイトで、同じように削っているのですが、結果の違いは何なのか分かりません。

ただ、削る角度を測定するのにプロトラクタを使用しているのですが、目盛りが2°単位なので、1°未満の誤差はかなりあるかもしれません。

9°前後に特異点があるのか、もっと詳細にいくつもの踏面傾斜角のものを作成し、測定したいところですが、輪軸の在庫が尽きてしまいました。

タイヤが洋白で、踏面傾斜角0°の輪軸も作成し、摩擦負荷の測定結果を前回のグラフに追加しました。

おおむね、鋼のタイヤの場合と同程度のようです。

ということで、洋白のレールを使用する限りにおいては、わざわざ鋼のタイヤを作る必要は無さそうです。

これまで輪軸のタイヤは真鍮製のもので摩擦負荷を測定していましたが、タイヤを鋼にしたものを作成し、摩擦負荷を比較してみました。

どちらも踏面傾斜角は0°です。真鍮の方も改めてデータを取り直しています。

鋼のタイヤの方がわずかですが摩擦負荷が高いようです。

レールは洋白製ですので、洋白タイヤでも測定しておくべきかもしれません。

材質違いの写真です。

右が真鍮、中央が鋼、左が洋白です。

洋白は、鋼と比べると白っぽいのが判りますでしょうか。

左のは、踏面形状がちょっと変な形をしていますが、現在検討中のものです。

ぼぼ一定の速度で、ある程度の距離を引っ張って負荷を測定できるようになったので、再度、踏面角の違う輪軸を使って測定してみました。

結果は、踏面角9°が突出して負荷が大きく、それ以外はほぼ同じという結果が出ました。

手で押した感触でも9°は負荷が大きいことが分かりました。

踏面角9°だけが負荷が大きい理由がよくわかりません。

たまたま、9°のがうまく削れたのか、良い条件が揃ったのかを確かめる必要があります。

もう1セット、9°の輪軸を作成するのと、さらに踏面角の大きい12°を作ってみて再試験することを検討中です。

あるいは、輪軸固定で引っ張り負荷を測定するのではなく、早く動力車と動輪を確保し、牽引力として測定すべきなのかもしれません。

静的摩擦係数の測定で測定値のばらつきが大きくて一旦あきらめたのですが、気を取り直してもう一度測定してみました。

傾きは、iPhone5sに角度測定の無料ソフトを入れて計測しています。

測定値(傾き%=静的摩擦係数)は、23,25.2,29.4,30.1,29.5,31.6,30.5,29.5,29.1,32.5,26.4,27.9,322.2,30.0,30.9 (平均で29.2)でした。

最初の2回測定後、レールを磨きました。レールを磨いてピカピカにすると摩擦係数が向上するようです。

また、約30%という値は驚きでした。昨日のレールをピカピカにして引っ張った時の(動的)摩擦係数も約28％でした。

これまで、機関車の牽引力を測定した時の摩擦係数が18〜20％でしたから、レールの状態も大きく影響するようです。

摩擦について解説されたものを読むと、静的摩擦＞動的摩擦 と書かれています。

しかし、静的摩擦係数の測定でも、動き始めてもすぐ止まりますし、機関車の牽引力測定でも、電圧を上げていって空転しだした瞬間に牽引力が落ちるかというと、そうでもありませんので、洋白のレールで、洋白ないしは真鍮のタイヤでは、静的摩擦≒動的摩擦のように思えます。

IMONの組線路では、線路の曲がり等の精度が疑問だったため、フレキシブル線路を購入し。アルミ平角管に固定しました。

また、測定は手で動かしていため、動かすスピードが一定にならなかったので、モータで引っ張るようにしました。

購入したまま(レール上面はティッシュペーパーのようなもので拭いています)のフレキシブル線路で測定した後、レール上面をできるだけピカピカに磨いて測定しました。

この結果では、レール上面はピカピカにした方が摩擦負荷が高いということになります。

負荷のうねりのようなものは減少しましたが、まだ若干残っているようです。

また、静的摩擦係数を測定するため、線路を傾けて、車輛が滑り出す傾きを求めようとしたのですが、動き出してもすぐに止まったり、動き始める傾きが、測定の度に値がかなり異なったりして安定した値を得ることができなかったため、取りやめとしました。

レール上面が黒めっきになっている方が摩擦負荷が大きいというデータが出たのが納得できず、何度もデータの取り直しを行いました。

どうやら、線路の微妙な設置状態によって、負荷が変わってくるようです。

#2000の耐水ペーパで磨いたものと、黒めっきのレールでできるだけ線路がねじれなく、真っ直ぐに、水平に設置できるように心がけて測定し直した結果です。

これまでのグラフは何度も往復させた結果を示していましたが、見にくいので、引っ張った時一回だけのグラフとしました。

微妙な負荷のうねりがあり、何度測定してもこのうねりはとれないので、線路の微妙なねじれ等によるものと思われます。

結果としては、黒めっきの状態よりも、レール正面をピカピカに磨いた方が摩擦負荷が大きいという事になりました。

前回の、踏面を変えた場合の摩擦負荷についても、レールの状態を調整した上でデータを取得し直したいと思います。

踏面角の違いによる摩擦負荷の違いを測定しましたが、削らない元のタイヤのまま(踏面はニッケル?黒めっき)の測定をしていなかったので、別途測定をしたところ、これまでのデータと大きな差が出ました。

測定に使用したIMONの線路を確認したところ、購入時ほぼそのままのレール上面がニッケル?黒めっきそのままのものでした。

それとは別にレール上面を磨いたものがありました。(前回測定時には気にしていませんでしたが、おそらくレール上面を磨いたものを使用したと思います)

レール上面の黒めっきの有無で摩擦負荷がどれほど違うのか測定してみました。

黒めっきの有無による違いが大きく出たので、意外でした。