＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊

13　ブレーキ装置（田中隆三の電気機関車読本　�Z）

　電気機関車のブレ−キ装置は動力又は機構によるものと電気作用によるものとの二つに分けられる。
　動力又は機構によるものとしては　
　�@　制輪子ブレーキ　
　�A　帯ブレーキ
　の2方法があり、電気作用によるものとしては
　�@　発電ブレーキ　
　�A　電力回生ブレーキ
　の2方法がある。
　制輪子プレ−キは動力の種類により蒸気ブレーキ・空気ブレーキ・手ブレーキ等に分けられるが、制輪子を車輪に押しつけその摩擦を利用したもので、構造が比較的簡単である上制動力が大きいので、現在の車両には最も広く用いられる。
　これらのうち、空気ブレーキと手プレーキが最も普及していることは周知の通りである。
　帯プレーキは車輪軸に制動ドラムを巻きつけて締めつけるもので、アブト式電気機関車の勾配上で長く停止させるような場合に用いられる。
　発電ブレ−キと電力回生ブレ−キは、ともに惰力運転中の主電動機の回転を利用し、逆に発電機として作用させて、発生した逆起電力を制動作用に利用するいわゆる電気ブレーキであって、両者の相違する点は、主電動機に発生した電流を主抵抗器に導いて熱として放散する（発電プレーキ）のに対し架線へ返送する（電力回生ブレーキ）点にある。
　しかし、一般にブレ−キ装置(注1）とは上記の制輪子ブレ−キに属する摩擦ブレ−キ装置のことを総称し、電気プレーキを含まない。
（注1）プレ−キとは単なる「制動」の訳語であるほか「制動」作用と「制動」装置の双方に用いられる原語であるが、これらの区別は前後の関係から判断する。

　摩擦ブレ−キは制動力の根源をなす動力発生装置と、この力を制輪子に伝える装置とに分けられる。
　前者を空気ブレーキといい、後者をとくに基礎プレ−キという。
　本章では基礎ブレーキと空気ブレーキについて概述する。

13.1 基礎ブレーキ top

　基礎ブレーキとは空気プレーキに対する語であって、制動筒（制動筒は空気プレ−キ）から制輪子にいたるまでの一連の機構を総称する。
　電気機関車の基礎プレ−キには抱合せ制輪子式のものと、片押し制輪子式のものとがある。
　両者にはそれぞれ一得一失があるが、要約すれば次のとおりである。
�@　抱合せ式の利点
　�@　制輪子の数が多いから軽量で大きい制動効果が得られる。
　�A　制動機構が軽くて取扱いに便利である。
　�B　制輪子の磨耗は少ない上故障は少なく保守はらくである。
�A　片押し式の利点
　�@　機構は簡単で製作費が廉い。
　�A　制輪子間隙の調整は容易である。、
　なお、両者の欠点はそれぞれの利点を置き換えたものとなる。
　よって、一般に在来の国鉄形機関車は抱合せ式が用いられたが、構造の簡易化と製作費の低下をはかるために、戦後は片押し式が用いられるようになった。

　そして以上の作用は制動筒1個ごとに行われるのであるから、1台車につき左右2個、1機関車につき4個の制動筒があるときは、制動力は4倍となって現われる。
　抱合せ制輪子が片押し制輪子よりも有利なことはこれによっても判る。
　いま、第92図についてブレーキのかかる様子を説明すると、制動筒（1）に圧力空気が入ると先ず押棒（2）を押し出す。
　押棒の力は制動軸（3）を中心として制動テコ（4）の上端に拡大してあらわれ、制動引棒（5）を引張る。
　引棒（5）は制動テコ（水平）（6）につながれているから再びこの力は拡大されて制動引棒（7）を引張る。
　引棒（7）には制動テコ（水平）（8）がつながれているが、このテコは両端とも自由端となっているから関係運動をするが、制動引棒（9）を左方に、鼓動リンク（11）を右方に引張る。
　先ず制動リンク（11）の移動によって制動テコ（12）は上端を右方に移動させて制輪子（制動筒の陰になって見えない）を車輪に押しつける。
　なおも制動テコ（12）上端は右方へ移動するので、この制動筒が支点となってテコの下端の左方へ移動し制動引棒（13）を左方へ引く。
　こうして制動テコ（14）に作用して第2番目の制輪子（15）を車輪に押しつける。
　一方制動引棒（9）に作用した引張力は、上記各作用によって制動リンク（11）の右端が固定するに及んで、両端自由な制動テコ（10）に作用して制動リンク（11）及び制動引棒（20）を引張る。
　先ず制動リンク（11）の移動によって制動テコ（12）は上端を左方に移動して制輪子（15）を車輪に押しつける。
　なおも制動テコ､（12）の上端は移動するのでこの制輪子が支点となって制動引棒（13）を右方に引張る。
　こうして前と同様にして制動テコ（14）に作用し制輪子（15）をも車輪に押しつける。
　制動引棒（20）に作用する引張力が、次の車輪に制輪子を押しつける様子は以上と全く同様である。
　以上の諸作用は説明をすると時間的階段があることになるが、実際には殆んど同時作用を行うものである。
　つぎに基礎ブレーキの各部分についてその構造を簡述しよう。

13.1.1　制動軸（またはプレ−キ軸） top

　制動軸は制動テコが制動筒ピストンの力を最初に受ける支点となるものであるから、鋳鋼材又は硬鋼材等で極めて頑丈に作られる。

13.1.2　制動テコ（またはブレーキテコ） top

　制動テコは制動筒ビストンに受けた圧力を拡大して制輪子に力を伝えるためにもうけられるテコであって、（4）（6）（8）（10）（12）（14）のような各種の形のものがある。
　これらは取付ける場所と目的によってそれぞれ違った形とテコを有するもので、蒸気機関車や電車と比べてとくに数と種別が多いのを特徴とする。
　制動テコは主として鋳鋼製を使用し、ピン穴には着通炭素焼入又は高周波焼入を施したブッシュを用い、その摩耗を防いでいる。

13.1.3　制動引棒（またはプレーキ引棒） top

　制動引棒はテコにより拡大された引張力は圧縮力を水平に伝えるために用いた棒であって、使用場所によって平形と棒形を使用する。
　大別して中間にあって力を伝えるものと、制輪子に直接（制動テコを介し）伝えるものとがあるが、前者は単に両端がフォークエンドになっているのに対し、後者は長さを加減する装置がついている。
　加減ネジはほかのネジとは反対に右ネジを用いる。

13.1.4　制動リンク（またはプレーキリンク） top

　制動テコと制動テコとの連結や、制動テコの支点を台枠に支えるためには取外し取付けに便利なために重量の軽いリンクを用いる。
　リンクには使用場所と取付位置によって水平・垂直の2種類がある。
　ともに鋼材を用い、ピン穴には炭素焼入したブッシュを挿入することは他のテコと同様である。

13.1.5 製動梁（またはブレーキ梁）と横棒（またはプレーキ横棒） top

　左右の制輪子が正しく車輪に対して関係位置を保ち、且つ左右の車輪に均等に制動圧力を加えるために左右制動テコの先端を結びつけたものを、制動梁及び制動横棒という。
　制動梁は左右の制輪子厚さの相違によって生じた不均等な力に堪えるだけの丈夫な断面を有し、横棒は単に左右の関係位置を保持するために小さい断面を有する。

13.1.6 制輪子釣（またはプレーキ片釣） top

　制輪子を車輪に対して正しい位置にするために制輪子釣を用いるのを原則とするが、片押し式では制動テコでもってこれを兼ねる。
　制輪子釣は通常2枚の平板を抱き合せて両端をピンで連結したもので鋼材で作られ、ピン穴には炭素焼入を施したプッシュを圧入する。

13.1.7 制輪子（またはブレーキ片） top

　制輪子は常に回転している車輪タイヤを圧着して回転を止めるものであるから、機関車部品としては最大の摩耗をするところである。
　しかも、タイヤ踏面を損傷することなく摩擦係数を大きくとる必要があるので、その形状及び材質には各種のものが用いられる。
　目下国鉄電気機関車に使用中のものは形状としては甲形乃び乙形の2種が用いられ、材質は鋳鉄が用いられる。
　甲形には3・5・6号があり、乙形には2・3・4号の各種があるが、一般には甲5号と乙3号が広く用いられる。
　甲形は制輪子取付部と摩耗部分が一体となっているので、その形状は大きく重量は重い（27.5kg）が、乙形は取付部分（制輪子頭）と摩耗部分が別個のものとなっているので、重量は軽い（15.0kg）。
　材質は普通鋳鉄を用いるが、摩耗のために甚だしく鉄材を消費し機関車消耗品中の最主要部を占めているために、目下鋳鋼制輪子の研究が行われているが、鋳鉄製と鋳鋼製とを抱合せて使用すると、摩耗は著しく減少することが判明した（注2）ので、実用される日も遠くはないものとみられる。
（注2）制輪子に鋳鋼製（Ａ）、鋳鋼製（Ｂ）の抱き合せとして使用した場合と、従来の鋳鉄製（Ｃ）のみ使用した場合について試験の結果、取替箇数比はＡ：Ｂ：Ｃ＝1：11.5：26である。

　制輪子の車輪中心に対する位置はできるだけこれと一致するのが理想である。
　これは制動を行うのに有効な制輪子圧力は車輪の中心方向のものでなければならない。
　即ち制輪子位置は下るに従いその有効分力は小さくなるからである。
　しかし、実際にはテコの構造と車輪との空隙の関係から中心よりいく分下る。
　また制輪子釣の角度は車輪に対してなるべく90度であることがのぞましい。言い換えれば車輪に接して取りつけられることが必要である。
　しかし、常時制輪子が車輪に接触することは走行抵抗を増すから実際には鈍角をなして取りつけられる。

13.2　基礎ブレーキの制動率と制動倍率 top

　基礎ブレーキの機能を言い表わすのに、制動率と制動倍率の二つの場合がある。
　制動率とは制輪子圧力と機関車の軸重との比を指すのであって、1より小さい値をもっている。
　軸重は一定であるが、制輪子圧力は制動筒圧力・制動筒直径・制動倍率（後述）及び機構に効率などによって変化するものである。
　しかし、軸重にも制輪子を有する車輪上の重量を用いた場合と全車輪上の重量を用いた場合との二つの種類がある。
　前の方を軸制動率と呼び、後の方を全車制動率とする。
　もちろん軸制動率は大きく、全車制動率は小さい。
　例えば、ある機関車の軸重が73.32tで、制輪子圧力が60,000kgであったとすると軸制動率は
　　(60,000/73,320)x100＝83％
であり、全重量が98.88tであったとすると
　　(60,000/98.88)x100＝60.5％
である。
　電気機関車の制動率は軸制動率で60〜85％、全車制動率で60％以上に設計されている。
　制動倍率とは制動筒ピストンの圧力が制輪子には何倍の力となって表われるかを言い表わす倍率を称する。
　これを左右するものは制動テコの比率、制輪子の数及び制動軸敷であって、電気機関車では普通6〜9倍となっている。
　例えば、制動テコ比が1.2で、抱合せ制輪子式の3軸機関車（1台車）であったとすると、制動倍率は1.2×2×3＝7.2である。

13.3　手ブレーキ top

　空気力や電気力を利用して車輪の回転を阻止するプレ−キに対して、手力をもって制輪子を作用させる装置のも

13.4 空気ブレーキ top

　鉄道車両が真空プレ−キから空気ブレーキに転換してから、相当の過渡的な時代もあったが、約20年の歳月を経ているので、初期のものからは質的にも量的にも非常な飛躍をとげた。
　しかし、その根本となるべき原理においては大きい変化はないと見てよい。
　空気ブレーキの構造と作用は可なり複雑であって、初心者には極めて入門し難いものとされているが、順を追って根気よく空気の通路をたどって行くならば、これほど合理的で精巧且つ興味深い構造は他に類を見ないほどである。
　本章ではできるだけ平易に解説して見たいと思う。
　先ず主要機器についての目的・構造・作用の概要を述べ、順次制動弁の操作による各部の作用に及ぼして行く。

13.4.2　元空気瑠とＥ1安全弁 top

　元空気溜は空気圧縮機て圧縮された圧力空気を、冷却・蓄積して、この中に含まれている水分や油分を凝結・沈澱させて分離し、全空気ブレーキ装置の各部に清浄な乾燥した空気を一時に多量供給するために設けられたもので、容積はおのずからその機関車のプレーキ能力や空気圧縮機の容量によって訳定される。
　なお、空気圧縮機から元空気溜にいたる繰出管は、放熱管として蛇行状に配管し、凝結水は渦巻塵取で放出する。
　構造は普通厚さ5mmの軟鋼板を胴板とし、厚さ6mmの鏡板を鼓形に鋲締め又は熔接して作り、下部の2ヶ所に排水=コックを取付ける。

容積は機関車の形式別によって異なるが、右表に示すように、取付配管の関係で種々な外形寸法がある。 　使用状態では完全に水分や油分を分離することは困難であるから、取付位置は出来るだけ冷却し易い個所が望ましく、凝結水の排出は常に心掛ける必要がある。 　一部の機関車では、極力清浄空気を使用出来得るように元空気溜連結管を内部に延長したものもある。

各位置の作用を述べると、

弛め位置
　自動弁ハンドルが運転位置以外にある時機関車制動を弛める場合又は急激に機関車制動を弛める場合

運転位置
　単独制動弁を使用しない時又は単機運転の際かけた制動を弛める際用いる。

重り位置
　所要の制動をかけてそのまま保つ場合、弁座の各孔は塞がれる。
　緩制動位置機関車のみに緩かに制動をかける場合用いる。

急制動位置
　機関車のみに急激に制動をかける場合用い、最高圧力は減圧弁で調整された3kg/cm2 であるが、ＥＬ6Ａプレー-キ装置では給気弁調整圧力がかかるから取扱に注意を要する。
　なお弛め位置と急制動位置は、ハンドルから手を離すと戻しバネによって運転又は緩制動位置にハンドルが戻るようになっている。
　一般に圧力空気機器の重要なものに詰座がある。特に弁類に対しては気密を充分にするため革又はゴムで成形されたものが用いられる。
　制動弁においても単独制動弁には上詰座・下詰座、自動制動弁には上詰座・中詰座・下詰座、外に各々キー詰座によって漏気を厳重に保守されている。
　外形の似通ったものがあるから間違えて収付けると飛んだ機能障碍を生じるから、常に区別を厳密にすることが肝要である。
　その他弁類の油廻りが悪いと感度不良故障が生じ、特に制動弁ハンドルが重いとブレーキ扱いが思うようにならず、重量列車の燥縦に正確を期し得ないから、油栓・キーの部分から良質の油を差し、なお不具合の場合は分解して清浄・給油することが必要である。
　底箱中に納められている釣合ピストンについては次の釣合空気溜の項で述べる。

13.4.4 釣合空気溜 top

　釣合空気溜は自動制動弁管取付座横のＴ接手によって釣合ピストン上面に通じている。
　形状は一般空気筒と同様で外形容積は次の通りである。
　外径254mm、長さ370mm、容積15リットル
　自動制動弁で列車制動する場合制動管の減圧をするのであるが、列車の組成には大小種々あり、制動弁ハンドル扱いのみで所要の減圧をすることは技術上不可能に近いので、制動弁での減圧は一応一定容積の釣合空気筒の減圧を行い、釣合ピストン下面の制動管圧力によってピストンは上にあがると、吐出弁は開いて制動弁乃空気圧力は減圧され、ピストン上面圧力と同じになると、自重でさがって吐出弁は閉じて所期の減圧が間接的に円滑に行われる。
　従って釣合空気溜には常に制動管と同じ5kg/cm2の空気圧力が込められており、自動制動弁による最大有効減圧量1.4kg/cm2を減圧するに要する時間は10秒である。
　この時間が制動試験で余り短かくなる場合は通絡の狭小か容積の縮小である。
　Ｋ14Ａ制動弁脚台で減圧時間が6秒のものを調査したところ、釣合空気配間に凝結氷が約7リットル溜っていた事例がある。

13.4.5 Ｂ6給気弁・Ｃ6減圧弁 top

　元空気溜の空気圧力を空気ブレーキ装置の基本杓な圧力である5kg/cm2に降圧して制動管に円滑に大量の空気を供給するもので、これが不具合の場合列車ブレーキ装置を不能に陥入れる重要なものである。

　給気弁管内の空気圧力が漸次上昇して5kg/cm2になると、膜板を圧して加減バネに打勝ち右方に動かすと加減弁は弁バネによって閉じられる。従って供給ピストンからの圧力空気はＡ室に蓄積されて、元空気溜圧力と等しくなり、供給ピストン素面は釣合うから、ピストンバネによって右方に押戻されピストン周は閉じ、供給弁も供給口を閉じ、元空気溜管と給気弁管は完全に遮断される。
　給気弁管のＥ室の圧力が5kg/cm2 より少しでも降ると、加減パネ圧力は膜板を左に動かして加減弁を開き、上述の作用を繰返して常に給気弁管内圧力を5kg/cm2に保持する。
　調整圧力は加減バネを加減収輪で揚わして任意に調整することが出来る。
　圧力空気が絞られたり、速く流動した場合その部分は相当冷却するので、乾燥した圧力空気であっても凝結水が付着して油気を洗い、又は空気管内の錆鋳砂が付着して、弁類の作用を阻害することが多い。
　特に給気弁のように多量の空気を流通するものは汚れが甚だしいから、供給部・加減部の清掃給油は交番検査ごとに施行されている。
　減圧弁は元空気溜圧力を3kg/cm2に減圧して単独制動弁による操作に用いられるもので、構造作用は給気弁と同様であるが、加減取輪の代りに加減ネジに蓋ナットで締付けられている。

緩供給位置

　作用筒に圧力空気が込められ作用ピストンを押すと右方に動き、先ず吐出弁を閉じ、次に作用弁の供給を開いて元溜圧力を制動筒に供給する。この場合作用弁の供給口を開こうとする位置が、ちようど度合捧が突きあたる時であるから、従って作用弁を開くには度合パネを圧縮しなければならない。
　よってこの位置では供給口は半開状態である。
　作用筒が開かれて元溜圧力が制動筒に供給されると同時に、その圧力空気は作用ピストンの背面にも働き、作用ピストンに働く圧力と釣合うまで制動筒に供給が続けられる。
　この場合作用弁からの圧力空気は、高圧の元溜空気圧力であるから、制動筒に所要の空気圧力が生じない前に、作用ピストン背面はそれ以上の圧力が働いて、作用ピストンを押し戻して作用弁を閉じ供給を断つ。
　即ち間歇的な供給現象が生ずるので、供給圧力が直接に作用ピストン背面に働かないように、とくに作用ビストンの内側に小面積のダッシュピストンを設けて図に示すように、制動筒に供給される圧力空気が別の通路を経て作用ピストン背面に働くようにしてある。

13.4.8 制動弁の操作による空気ブレーキの作用 top

　この説明ではブレーキ作用を重点とするため、切換コック・切換弁その他の部分品については省略する。
　列車を運転する場合、車両を牽引し貫通制動機の場合、自動制動弁を主として単独制動弁は補助的に使用し機関車のみの制動をかける場合は、単独制動弁を用いる。
　第103図の制動弁と分配弁の関係配管図と第7表の制動弁ハンドルの操作による分配弁各部状態表とを参考として説明する。

自動制動弁−運転位置
　列車制動は全部緩解状態に至って各部の作用状熊は次の通りである。
�@　制動管及び釣合空気溜には給気弁で調圧された5kg/cm2の空気圧力が込められる。
�A　自動弁釣合ピストンの上下面圧力は釣合っているのでビストンの自重で吐出部は閉じられている。
�B　分配弁釣合部は制動管圧力を受けて弛め位置をとり、空気室に込められている。
�C　分配弁作用部は吐出位置をとり、作用筒は弛め管を経て自動弁の排気口に通じる。

自動制動弁−常用制動位置
�@　回転弁の一部で釣合空気溜と排気ロに通じて釣合空気溜の空気圧力を減圧する（常用制動の有効の減圧量は0.4〜1.4kg/cm2である）
�A　釣合ピストンの上面圧力（釣合空気溜圧力）と下面圧力（制動管圧力）に圧力差を生じピストンは上方に動いて吐出口を開き、制動管の空気圧力を上面圧力と釣合うまで減圧さめる。
�B　回転弁の他部は元溜圧力を分配弁作用筒管へ通じて補充空気を込める（Ｋ14Ａのみ）
�C　制動管圧力は減圧されるので分配弁釣合部は込め溝を閉じて常用制動位置をとり、圧力空気は作用空気室・作用筒に通じる。
�D　分配弁作用部は緩供給位置をとる。この場合作用筒に働く空気圧力は、制動管減圧量の2.5倍で、制動筒に働く空気圧力も同様である。
�E　本位置で注意することは分配弁圧力空気室に充分圧力が込められていないと所定の制動筒圧力は得られない。

自動制動弁常用制動後の重り位置
�@　回転弁の空気孔は全部閉じられるから釣合空気溜の減圧も作用筒への補充空気も止る。
�A　釣合ピストンは吐出口を閉じ制動管の減圧は止る。
�B　分配弁釣合部は度合部だけ左動して圧力空気室は作用筒と作用空気室とを遮断する。
�C　分配弁作用部は重り位置をとり制動弁はそのままの圧力が保持される。

自動制動弁−常用制動後の保ち位置
�@　回転弁によって給気弁管−制動管−釣合空気溜は通じる。
�A　分配弁釣合部は弛め位置をとり作用筒及び作用筒管は弛め管に通じる。、
�B　弛め管は排気口に通じないから、作用筒の圧力はそのままで分配弁作用部は重り位置をとり、機関車制動はかかったままである。

自動制動弁−非常制動位置
�@　回転弁によって制動管及び釣合空気溜は排気に通じ、全空気圧力を急激に排除する。
�A　分配弁釣合部は非常制動位置をとり、圧力空気室は直接作用筒に4.5kg/cm2の圧力となって働き、安全弁にも通じる。
�B　分配弁作用部は全供給位置をとる。
�C　回転弁の他部は元溜から作用筒管に通じ作用筒の漏洩に対して補充圧力が常に供給されるから、もし分配弁圧力空気室に蓄積圧力がない場合でも容易に制動がかかり得る。
�D　安全弁は4.5kg/cm2に調整されてあるから、それ以上になると噴出する。

自動制動弁−非常制動後の弛め位置
�@　回転弁によって元溜管は制動管と釣合空気溜に通じ、元溜圧力が直接弛められる。
�A　込め過ぎを注意するように、回転弁によって警告口から、給気弁管の圧力の一部を噴出させる。
�B　分配弁釣合部は弛め位置をとり、圧力空気室に元溜圧力が込められる。
�C　弛め管は回転弁によって排気に通じないから、分配弁作用筒の圧力は排気されないが、釣合部が弛め位置をとるために、作用空気室に通じて容積が付加するから、作用圧力は約3.5kg/cm2に減じて、作用部は重り位置をとり制動筒の圧力空気はそのまま保持される。

単独制動弁−運転位置
�@　回転弁によって分配弁弛め管を自動弁排気口に通じるのみである。

単独制動弁−緩制動位置
�@　回転弁によって減圧弁よりの3.0kg/cm2に調整された空気圧力を作用筒管に通じる。
�A　分配弁作用部は緩供給位置分とって制動弁に圧力空気が供給される。

単独制動弁−急制動位置
�@　回転弁によって減圧弁からの空気圧力を作用筒管に通じるが、空気孔の口径が大きくなっていて急速に作用する。
�A　分配弁作用部は全供給位置をとる。

単独制動弁−重り位置
�@　回転弁によって弁座の各空気孔は閉じられているから、重り直前の作用位置を保持する。

単独制動弁−弛め位置
�@　回転弁によって自動弁に関係なく作用筒管を排気に通じる。
�A　分配弁作用部は吐出位置をとり制動筒の空気圧力は吐出される。
�B　分配弁釣合部に関係がないから、自動制動弁の作用によって釣合部がどんな位置にあっても機関車の制動は緩解する。
�C　回転弁の一部では減圧弁管圧力を警告孔に急いで排気し、必要外にこの位置にハンドルをおくことを禁止している。 top

top
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊