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鉄道模型工学 速度特性について

■ はじめに

 測定データからそれぞれの車両の特徴を表すために、データのまとめ方を工夫してみた。 ここでは機関車類を対象にして、その幾つかを提案する。 

 

■ 測定データ

 ここで使用した車両毎の測定データは、マイコレクションの中の各車両データにて掲載している。

 

■ 速度係数と最低電圧について

 まず、速度係数と最低電圧について考察する。 無負荷走行時の車速・電圧特性図上にプロットされた測定データは、§1.5で述べたように直線状に並び、その勾配は πD/iKe で表わされ、立ち上り点 Eo も式(25)で表わされる。  この勾配の大きさは、電圧の上げ具合と車速の上昇具合を示し、模型運転時に直感的に感ずる係数でもある。 そして、模型車両としては、主にモータ特性とギヤ比および車輪直径から決まる係数のため、その模型の特徴として表現しやすいと思われる。

 また、立ち上り点 Eo は、模型車両の内部摩擦を表わすものであり、機構上不可欠な部分もあるが、製造誤差や組付け具合によって、バラつく事が予想される。 小さな模型車両においては、この値の影響が大きく、スロー運転のしやすさなどを示すバロメータとなると思われる。

 速度係数は、車両毎の車速・電圧特性図上にプロットされた測定データより、直線近似された式をもとに、その係数を速度係数とした。 また、最低電圧Eo は、Y切片値を速度係数で割ってその値とした。

 その結果をグラフ上にプロットしたものを下に示す。 ここでは、蒸気機関車をまとめて、メーカー別に色分けし、車両番号を付記した。

 X軸の速度係数について、概ね3っつのグループに分類されと言っても良いだろう。 係数がおおよそ 30Km/h/Volt の一般的なSLグループ、 約 20 近辺の落ち着いたグループ、そしてKAWAIのグループである。 ギヤ比や車輪径を調べればより明確に分類されると思われるが、似たように設計になっている様である。 また、この速度係数が小さい方が、低速走行には適していると考える。

 一方Y軸の摩擦を要因とする特性では、大きくばらついている。 C6236号機やC50110号機は2Volt近くも摩擦で食われているのは、調整不良なのだろうか。 また、TOMIXのC57は、摩擦も少なく、スムーズな低速走行を保障しているのはさすがである。

 次に、電気機関車などをまとめてみた。 ミニレイアウトにて活躍している鉄コレ系やBトレ系についても参考として表示してみた。 

 鉄コレ系は、速度係数が大きく、別ゾーンを形成しているが、Bトレ系は一般的なゾーンに含まれる。 Y軸の摩擦を要因とする特性では、蒸気機関車と違ってロッド類が無いので、摩擦抵抗が少なくため最低電圧が低めに出るのではと予想していたが、予想外であった。 蒸気機関車と同じような傾向である。 

 

 

■ 3V・5V速度特性について

 車両の特徴を表すために速度係数と最低電圧値を表現してみました。 しかし、この車両のスピード特性は、この速度係数と最低電圧値ですと言われても、ピンと来ないはずです。 かと言って図11に示す直線で多くの車両を重ねて書き込んでも、線が重なって何が何だか分からなくなってしまいます。 そこで、「3V・5V速度特性」なる表示方法を検討してみました。 これは、単に3Volt 時と5Volt 時の車速をグラフ上にプロットしようとするものです。 X軸に3Volt 時の車速を、Y軸に5Volt 時の車速をプロットし、その車両の特徴としました。 

 まずは、下のグラフをご覧ください。 右上のC55 62号機は3Volt でも5Voltでもどんどん走ることを示しています。 そして、やや遅いもののすぐ近くに C11 155号機がいます。  この二つの機関車は速度が似通っている、 即ち重連し易いことが一目了然と分かります。 そして、C11 155号機の方が遅いので、後ろの連結すればよい事が判ります。

 このグラフは、重連する仲間を探す場合や、その連結順番を決める場合などに活用できます。

 次に電気機関車系も表示してみました。 鉄コレ系は、他の車両との重連は難しそうであることが良く分かります。

 

 なお、グラフにプロットした幾つかの値を下の表に示す。 このなかで、3Volt 時と5Volt 時の車速は、速度係数と最低電圧値をもとに計算しています。

車  両
特性系数
速度(Km/h)
種類
名称
速度系数
最低電圧
3V
5V
KATO
69659
18.7
1.32
31
69
29611
19.5
1.04
38
77
C50142
28.2
1.49
43
99
C5078
31.6
1.21
57
120
D51125
26.6
1.66
36
89
C5562
33.8
0.97
69
136
C57180
30.1
1.30
51
111
D5136
25.5
1.58
36
87
C6236
20.4
1.94
22
62
C11155
32.2
0.97
65
130
C11227
30.6
1.41
49
110
MICRO
39679
31.3
1.25
55
117
C50110
30.3
1.90
33
94
18688
29.8
1.58
42
102
C56125
26.6
1.1
50
103
C622
26.1
1.6
37
89
C56160
30.3
1.3
52
113
C12164
26.6
1.2
47
100
TOMIX
C57135
17.1
0.5
43
77
KAWAI
B6 2157
11.9
0.6
28
52
B6 2286
11.6
1.1
22
45
B6 2120
13.6
1.4
21
49