観光列車から! 日々利用の乗り物まで

日記代わりに始めました。
まずは先日の小旅行での観光列車から出張利用の乗り物まで。

新幹線車輪 (0系、100系、200系、E1系、E4系)

2017-02-11 11:11:01 | 乗り物(鉄道:船:飛行機:バスなどなど)

0系、100系、200系、E1系、E4系の車輪径910mmです。
その他の新幹線車両は860mmになりました。車輪内側には、脱線防止のための出っ張り(フランジ)が設けられています。


車輪は、車両を支えて、レール上を移動する役割を持っている。鉄製であることが特徴で、長所としては、ゴムタイヤと比較して、より重たい車重を支えることができる点、鉄製レールとの組み合わせにより回転抵抗が小さい点などが挙げられる。短所としては、レールと車輪がお互い鉄製であるため摩擦係数が小さく、滑りやすく空転を起こしやすい点などがある。このため急な坂を走行することができない。日本国内では箱根登山鉄道の勾配80‰が最大となっている。また、車輪がレールの上を安全かつ円滑に案内されて走行するためには、レールと接触する車輪の輪郭(タイヤコンタ)が重要になり、必要な条件として次のことが挙げられる。
脱線に対する安全性が高い。
走行の安全性が優れている。
内側と外側のレールの長さの異なる曲線(半径が軌間差だけ異なる)を円滑に通過できる。
レールとの接触応力が小さく、レールと車輪の損傷が少ない。
レールとの走行抵抗が少なく、車輪を削正するまでの期間が長く削正時のムダが少ない。

レールはフランジと踏面との間で接触しており、走行中では、垂直方向からの輪重Pと水平方向からの横圧Qが掛かっている。フランジの踏面側と水平線との角度をフランジ角度と言い、タイヤコンタでのフランジ角度の基本的な角度は59度である。脱線に対する安全性を高めるため、フランジ角度を大きくした場合、横圧が大きくても脱線が難くなるが、車輪の磨耗時に削正する場合において削正量が多くなり、レールとの接触圧力を小さくために接触面積を大きくすると、車輪の磨耗量が増えてしまう。そのため、理想的なタイヤコンタを見つけることは困難であり、特に横圧が大きくなると、フランジがレールを乗り越えてしまい、滑り上がり脱線や乗り上がり脱線が起きる。また、新幹線では高速走行時での脱線防止を優先するため、フランジ角度を大きくしている。貨車では、脱線防止を優先しながら、蛇行動対策や摩耗防止などを考慮して、フランジ角度を大きくし、フランジ高さを可能なかぎり高くしたN踏面コンタが採用されている。
車輪の走行による摩耗においては、フランジ部と踏面の内側が主に摩耗する。特にフランジ部は、曲線レールと接触するため摩耗が多く、摩耗を減らすために、フランジ部に焼き入れを行って硬度を高めたり、電気機関車の最前位や最後位の車輪には、走行に応じて自動的に油が塗布されるフランジ自動塗油器が装備されている。また、摩耗によりタイヤコンタが、当初の基本形状から変形して円滑な走行を阻害するため、磨耗量に応じて専用の機械により削正されて基本形状に戻している。また、車輪自体の減耗は、走行による摩耗による減耗よりも、削正による減耗が量の方に多く、フランジ角度が大きいほど多くなる。

円錐踏面
レールと接する主な部分が直線(円錐)となる形状。国内では、在来線は10分の1から20分の1の傾斜の円錐形状が広く使用されているが、新幹線は40分の1の傾斜の円錐形状を使用して直進安定性を向上させており、新幹線0系と新幹線200系で使用されていた。

円弧踏面
レールと接する主な部分が円弧となっている形状。円弧形にすることで、フランジに近い部分の車輪径を大きく、フランジから離れた部分の車輪径を小さくして、曲線通過性能と蛇行動の防止を両立できるようにしている。円錐踏面と比べて磨耗が少なく、国内では、在来線は踏面半径500mmの円弧形状が使用されているが、新幹線は踏面半径1000mmの円弧形状を使用しており、新幹線100系以降の新幹線電車に使用されている。


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