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12　走り装置（田中隆三の電気機関車読本　�Y）

12　走り装置

　車両の走行部分を總精して走り装置というが、電気機関車では、主電動機の大歯車から車輪までの間の部分を走り装置と称し、歯車装置・歯車箱・車輪・軸箱などを指していう。

　大歯車は普通70〜90枚の歯数を有Ｌ、特殊鍛鋼で作られた歯車輪(2)と鋳鋼製の歯車箱(3)とで出来上っていて、歯車輪は歯車の周囲に軽くはめられるが、これらの間には16組の板バネ(4)が止金(6)を挾んで挿入されているから、歯先に受けた回転力は一旦板バネの撓みでその衝撃を吸収して、撓みが一定の値になるとき、はじめて歯車軸に伝えるしくみになっている。
　従来は小歯車はもちろん、大歯車においてもバネを使用しないものがあったが、近時電気機関車は、漸次強力・高速度のものが製作されるに及び、歯車輪と心とが一体となったものでは衝撃のため歯先が折損したりかみ合い時の騒音はげしく且つ磨耗も多いので、最近において再びバネ入大歯車を使用するようになった。
　またバネ入小歯車についても研究が進められている。
　板バネは初圧が高くてその作用が確実でないので、最近は蔓巻バネを6組円周方向に挿入したものが用いられる。
　このバネはバネ棒の直径22mm、バネの平均直径80mmや、6巻のものを用いる。

旅客用に変える場合、あるいは単に歯数比を変えて性能を変える場合には両歯車の中心距離、すなわち半径の合計、言い換えれば歯数の合計を一定にせねばならない。
　上の例において、各形式とも歯数の総計はいずれも103枚であるのはこの故である。
　歯数比の大きいことは、大歯車の回転数すなわち動輪の回転数を滅らすことであるから、速度性能の低い機関車になるが、一方において電動機の出力は一定の電流値に対しては不変であるから、牽引力は速度の滅っただけ増加する。言い換えると、速度は総数比に逆比例するが、牽引力は比例して増減する。
　よって歯数比の小さい機関車は牽引力は小さいが速度の高い性能を有し旅客用に適するし、またこれと反対に歯数比の大きい機関車は速度は低いが、牽引力の大きい性能を有し貨物用機関車に適する。
　第3表によっても旅客用機関車は歯数比は小さく、貨物用機関車は歯数比が大きいことが分る。

　検査蓋は上にあるが、別に下部に油栓をもうけて、油量の点検に便ずるとともに注油を行う。
　油量は箱底から30mm以上を常に保つようにせねばならない。
　歯車箱の合せ目は前後で締め合わされ、これを取付けるには上下2箇所で電動機に支えられる。

12.2　車輪 top

　蒸気機関車のように前進・後進がはっきりしている車両と違って、普通一般の電気機関車は何れの方向へも無条件で運転するから,車輪は先輪と動輪の2種類だけで足りる(注3)。
（注3）厳格にいうと、流線形のように前後進の区別あるものでは、名称上は先輪と従輪とに区分できるが、構造は全く同様である。

　タイヤの断面取付方法等は一般車両と同様であるが、前後に台車を有して復心装置の自由が利かないので、事実上固定される軸距離が長いため、フランジの磨耗は一般に多い欠点がある。
　このために6軸機関車では中位のフランジを最初から薄く削正して、機関車の曲線通過を容易ならしめているが、なお、第1･3･4･5動輪のフランジ磨耗防止には保守上特殊の手当が必要とされている。

12.2.1　タイヤ top

タイヤはリムの外周にはめた外輪であって、非常に大きい引張・圧縮力を受けるので抗張力の大きい（75kg/平方cm以上）炭素鋼（ＳＴＹ80）で作られ、軸心リムの外周に焼嵌め（注4）される。
（注4）　タイヤを輪心に取付けるには、タイヤの内側径を軸心の外径よりも直径の1/1000だけ小さく削っておいて、タイヤを電気炉等で300度内外に加熱膨脹してはめこみ、タイヤが冷却するときの収縮力で軸心に締めつけさせる。

　タイヤはレールを正面から踏みつける踏面と常に内側に車輪を誘導するフランジの2部分から成っていて、踏面には1/l0及び1/20の勾配をつけて直径の内外に差をもうけ、曲線節で左右の車輪がちがった直径で回転することにより、その通過を滑らかにしていることは一般車輪と同様である。
　タイヤフランジの磨耗防止について有効とされている方法をあげるとおよそ次の通りである。
�@　中間復心作用を弱めること（中間連結器復心バネの一部撤去を行う）
�A　先台車復元力を増加すること（バネ装置調整その他により先台車上の重量を増す）
�B　レール又はタイヤ水マキを行うこと
�C　機関車プレーキの取扱時間をできるだけ軽減すること
�D　フランジ給油器の適切な利用をはかること
�E　タイヤの溝つき削りを行うこと
�F　タイヤの焼入を行うこと
以上のうち、�@〜�Dは機関区において実施できる事項である。

12.2.2　車軸 top

　車軸も動輪軸と先軸とでは構造も太さも著しく違う。
　動輪軸は電動機の回転力を片側（大歯車）のみで受けて動輪とともに回転するものであるから、充分な強度を与えることが必要である。
　これに対し先輪軸は負担重量は軽くも、直径が小さいために回転数は多くなり、ことに内側軸受式のものにあっては、油受の構造（後述）が小さくなり、発熱の機会を作るので、軸受面を増す必要がある。
　電気機関車の動輪軸は外側軸受式であって、特殊のものを除いては鍔はない。

　車軸を軸心に嵌入するには車軸輪座の外径を軸心の内径よりも大きくとり（注5）、車軸に白ペイントを塗って水圧で押し込むのであるが、この場合の嵌入圧力は輪心の材質と直径の大きさによって違い、普通動軸で10t、先輪軸では7.5t位である。
（注5）　鋳鋼輪心の場合は車軸輪座の外径を輪心の内径よりも直径の1/1000〜1.5/1000位大きくとる。

　先輪軸は、従来内側軸受式のものが専ら用いられたが、油受の容量が小さく焼損多く保守に手数がかかるので、最近の2軸台車は外側軸受式となりつつあるほか、その構造は一般客貨車輪軸と変りはない。
　電気機関車動輪の直径は一般に蒸気機関車のものよりも小さく、1250mmを標準としている。
　動輪の直径は速度と牽引カとに大きな関係があるが、電気機関車では歯数比によってこの調整はできるから、タイヤ・輪心などの互換性を与えるために標準化したのである。
　先輪の直径は960mmを標準としているが、これは一般客貨車・電車と共通である。

12.3　軸箱 top

　軸箱は機関車の重量を直接受ける軸受金を内蔵する長方形の箱であって、運転中の衝撃を受ける関係上丈夫な鋳鋼材で作られ、且つ給油装置となるために蓋を密閉して漏油を防いだ構造となっている。
　電気機関車の軸箱には動輪用と先輪用とがあるが、動輪用は主として外側式を、先輪用は内・外側両用があることは車軸の項で述べた通りである。
　軸箱には平滑軸受（プレンペアリング）用とコロ軸受（ロ−ラベアリング）用とがある。
平滑軸受用とは平滑面を有する受金を介して重量を伝えるものをいい、コロ軸受用とはコロを介するものをいう。
　そして、台枠へのはまり込みや輪心への接触方法は同様であるから、両者の相違は受金とコロとの相違であって、他はほとんど同様である。

　以上のうち、出発抵抗及び走行抵抗の減少は球軸受またはコロ軸受の最大の特徴ともいうべきものであって、その原理はおよそ次の通りである。
　球軸受またはコロ軸受は滑り摩擦を転がり摩擦に入れ換えるために考案されたものであって、その推進力(注6)は加えられる圧力と、転がり摩擦に比例し、円筒の半径に反比例する。
（注6） 半径ｒの円筒を平面上に横たえ、圧力ｐを加えつつ滑ることなく転がす場合の抵抗モーメントをＭとすれば
　　　Ｍ＝f・pであるが、もしこれに垂直に且つ平面に平行して推進力Ｔを与えるものとするとＴ＝f・p/rである。
　　　この場合 ｆ を転がり摩擦係数という。

　転がり摩擦係数は滑り摩擦係数(0.01〜0.15)よりも非常に小さく、球軸受は0.002〜0.003、コロ軸受は0.005〜0.008であって前者は約1/50後者は約1/20である。
　球軸受は点接触であるが、コロ軸受は線接触で圧力を受ける面積が大きい。
　従ってコロ軸受は同一寸法の球軸受に比べて負荷重・衝撃及び一時的過負荷に耐える性質をもっている。
　また、球軸受は起動の摩擦係数と運動の摩擦係数とに差異がないが、コロ軸受は両端に推力(注7)がかかる関係上速度が大となると摩擦係数は小さくなる。
（注7） 軸方向に押す力を推力という。

　以上のような理由で、車軸にはコロ軸受を、補助回転機軸には球軸受が用いられるのである。

　しかし、コロ軸受についてはコロの両端に推圧を受けるので潤滑剤を用いる必要がある。
　グリースは軽質の純鉱物性油が適当であって、現在車軸用としては極圧グリースが指定されている。
　グリースを過量につめこむことはコロの転動を阻止するから適量を用いるように注意せねばならない。

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