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15　電気機関車の運転（田中隆三の電気機関車読本　�\）

15　電気機関車の運転

　電気機関車を運転することは、操作する面から見ると蒸気機関車の操縦に比べてやさしい。
　しかし、その本質において果して差異のあるものであろうか。
　いま電気機関車運転上の特質を次に羅列してみよう。
ア　人為的な出力の調節範囲が極めて狭いこと
　ディーゼル機関・ガソリン機関または蓄電池等を動力源とする特種の機関車を除いては、電力を他から仰いでいる関係上、原則として一定の線電圧を受ける。
　定電圧からは一定の出力しか出し得ない。
　電動機に加わる電圧に幅をもたせるためには、後に述べるように、あえて抵抗制御を用いなければならないという不便・不利がある。
イ　運転の経済価値は殆んど加速方法によってきまること
　もちろん制動方法にも少なからぬ影響を持っているが、少なくとも発車後1分前後の起動時においてその区間の運転価値が決まってしまうという加速方法の巧拙が、全局に至大な関係があることは他に類似がない。
　従って、これの取扱いには細心周密な注意力と熟練を要する(多くの電車にはこれを要しない)。
ウ　各機器の作用をはじめ運転の理論は実際と合致すること
　電気は正直であって、これを基礎とする各機器の作用をはじめ、牽引力の要素である電動機の出力には仮定は存在していないから、運転に必要な理論は走行抵抗の一部を除いては極めて実際に近いものである。
　よってこれを講究する余地と必要性は非常に多い。
　以上は電気機関車が蒸気機関車と較べてむしろ複雑にして常に研究と熟練を要する諸条件となるが、また一方において、単純であって努力を要しない次の点も見逃せない。
エ　機関助士の労働力を必要としない単純作業であること
　故障に濃遇した場合には蒸気機関車と比ぶべくもない協同作業を必要とするが、平常作業において比較すると、殆んど操縦上では機関士の単独作業に近いといってよい。
オ　操縦に必要な取扱機器数は少なく、簡単であること
　加減弁・シリンダコック・脇路コック・運転機・タイヤ水撒き器と機関士の取扱うものだけでも数は多くて複雑であり且つ努力を要する。
　しかし、以上述べたところによって一般に広く行われている電気機関車の運転は簡単であるとの認定は誤っていると指摘したい。
　以下電気機関車運転の基本理論と実際について少しく述べて見よう。

15.1　電気機関車運転の基礎理論 top

　電気機関車の運転を会得するには、電気機関車の牽引特性と電気列車（電気機関車で牽引する列車、以下単にこういう）の列車抵抗とを知って、さらに電気列車の運転曲線を研究する必要がある。
　電気機関車の特性は列車を引張る力、すなわち、牽引力（または引張力ともいう）であり、電気列車の列車抵抗とは電気機関車を含む列車が走行するために生ずる抵抗力のことである。

15.1.1　電気機関車の牽引特性 top

　電気機関車の牽引力は、蒸気機関車における機関助士の腕力で焚べる石炭の燃焼のように、著しい幅のある変数を基礎にして割り出されたものではなく、出来上った電動機に実際に荷重をかけて測定した実測位から計算した資料を基にして作った「電気機関車特性曲線」から読みとることができる。
　そして電気機関車の牽引力は機関士の操縦方法の巧拙や、天候・気温によって右左されるものてないことはもちろん、電気機関車そのものの出来栄えや、新製後の経過年数にも影響のない、言わば信頼のおける数字であるといってよい。
　従って、電気機関車の牽引力は難しい公式や面倒な計算を行う必要もないが、ただ「特性曲線」を自由自在に読みとる練習を積むことが必要である。

　実際問題として、電気機関車の粘着重量は蒸気機関車よりも割合からいうと大きいにもかかわらず、次の理由によって極大まで用いられていない。
　ア　個々の動輪が連結されていないこと
　イ　個々の電動機の間に特性差が避けられないこと
　ウ　動輪に加わる牽引力の相違による空転現象の発見が困難な場合があること
　エ　上記の場合電動機に与える損害が大きいこと

15.1.2　電気列車の走行抵抗 top

　電気機関車が列車を牽引して線路上を走行する時には、他の一般車両と同様各種の抵抗を受ける。
　ア　発車の際に起る出発抵抗
　イ　平坦にして直線路を一定の速度で運転する時に起る走行抵抗
　ウ　勾配を運転するために起る勾配抵抗
　エ　曲線路を運転するために起る曲線抵抗
　オ　列車を加速するために起る加速抵抗などはこれである。
　いま、これらを詳述することは本稿の趣旨ではないから、ここでは単に電気機関車特有の抵抗とその応用の仕方について述ぺよう。

ア　出発抵抗
　車両が停止中は、軸受と受金との間に存在する油膜が破れて雨金扇は麿接接胸するために、この間に起る摩擦抵抗は増大する。よって鰐止している車両を始動せんとする時は、比較的大きい抵抗を受けるものである。
　そしてこの抵抗は車両が走行中に受ける抵抗とは違って速度の係徴が介入せず、且つ車両を始動しようとする瞬間に起る特種の現象であるために、走行中の抵抗とは区別して出発抵抗と称する。
　このように、出発抵抗は大部分が軸受部に起る抵抗と見なされるから、車両が起動してある速度に達すると、以上の特異現象は消減して次に述べる走行抵抗に移行する。
　そして、この速度はおよそ10km/時程度とされている。
　よって出発抵抗を適用する範囲は速度0から10km/時までとしている。
　但しある速度をもった車両が次第に減速して10km/時以内となっても出発抵抗の適用を受けるものでないことに注意せねばならない。
　よって出発抵抗は軸受の構造によって大いに異なり、コロ軸受は平滑軸受に比べて著しく小さい。
　電気機関車の出発抵抗は軸径の太さと軸重の関係から電車や客車よりも幾分大きく、平滑軸受で重量1トン当り10kg(注3)、コロ軸受では公式のものではないが約8kgである(注4)。
　従って、出発抵抗に対しては他の抵抗のように公式を用いない。

（注3）平滑軸受　客・電車の出発抵抗　8kg/t
　　　 コロ軸受　客・電車の出発抵抗　5kg/t
（注4）電気機関車のコロ軸受は動軸のみをコロ軸化にしたものの数値

イ　走行抵抗
　列車が走行するために受ける抵抗中、平坦腺・直線路を一定の速度で運転する場合の抵抗を他の抵抗と区別して走行抵抗という。
　走行抵抗は非常に複雑な要素をたくさん持っていて、列車抵抗中最も重要なものである。
　すなわち、走行抵抗に含まれる要素は大体次の5項から成り立っている。

エ 　 曲線抵抗
　列車が曲綬を通過する時には、直線部を運転する時よりも､電動機の負荷電流は増加する。
　これは曲線部に起因する抵抗が存在する証拠である。この抗抵を曲線抵抗という。
　曲線抵抗は、曲線における内側レールは外側レールよりも短かいから、車輪のタイヤは円錐形をしてはいるものの左右が同径であるためにその何れかは滑走をするためとフランジとレールの内面との間に起る滑り摩擦に起因するものとみられる。
　従って、曲線抵抗は貨車に対しては小さい。現在国鉄では下記各式を用いている。
　電気機関車に対し　Ｒc＝1050/ｒ
　客貨車に対し　Ｒc＝525/r
　全列車に対し　Ｒc＝610/r
　式中、Ｒc＝曲線抵抗（kg/t）、r＝曲線半径（m）
　但し、電気機関車の曲線抵抗は蒸気機関車とは区別していない。
　各種の曲線半径に対する曲線抵抗を図示すると第117図のようになる。

オ　加速度抵抗
　これまで述べてきた各腫の列車抵抗は、列車が一定の速度で走行しているときに起るものであったが、列車の速度を増加したり、または減少したりする時には、機関車の牽引力（制動力）はその場合の列車抵抗よりも増加しなけれぱならない。
　このときの牽引力（または制動力）を加（減）速度抵抗といい、これを算出するには、加速度に関する一般公式を用いる。

　但し、一般に車両には回転部分の慣性の影響があることは前にも述べた通りであるから、上記の値はこれよりも幾分大きくなる。
　すなわち、電気機関車では約8％、客貨車では5％、これを平均して列車としてみるときは6％とするのを普通とするから、この値を加算すると上式は次の通りとなる。
　F＝28.34αＷ×1.06＝30αＷ…………………………(6)
　加速度抵抗は上記のように、Ｒを用いないでＦを用いるのは、任意の加(減)速度を与える加(減)速力に相当するからで、実際においても任意の加（減)速度を与えた場合の加(減)速力を算出するか、任意の加(減）速力を与えた場合の加(減)速度を算出する場合に用いられることが多い。

15.1.4　電気機関車の運転曲線 top

　以上で電気機関車の牽引特性と電気列車の走行抵抗とを大略述べたが、これら二つを総合して出来上ったものを運転曲線といい、運転上の各種特性を調査研究するために極めて重要な役目を持っている。
　運転曲線（ランカーブ）は大別して、距離を基線として速度と時間とを表わした速度・距離曲線と時間・距離曲線を
を一組としたものと、時間を基線として速度と距離とを表わした速度・時間と、時間・距離曲線と、又は距離を基線として速度と電力量とを表わした速度･電力量などに分けられる。
　これらのうち、速度・時間曲線はある特定の区間の速度特性を求める場合に使って便利であるが、長距離にわたる運転時間を求めたり、運転性能をしらべたりするには速度・距離曲線による方が都合がよい。

15.2　電気列車運転の実際 top

　電気機関車を実際に運転するに当っては、その機関車の構造と作用を会得すると共に、その機関車の有する電気回路のつなぎを一通り飲み込んでいることが是非とも必要であるが、これらは一応完全に自己の知識として身につけたものと考えて、ここでは実際に操縦するについて必要な具体的方法を述べることにする。
　すべて動力車の操縦はそうであるが、電気機関車の運転は次の3大原則を同時に備えていなければならない。
　すなわち、
ア　定められた運転時間を保つこと
イ　電力が最小消費量ですむこと
ウ　列車衝動がなく、機関車各部に損傷を与えないこと
　通常、電気機関車の経済速度制御と称するのはこの故である。
　よって以上の3大原則に基づいた電気機関車の運転について述べる。
　電気機関車の運転を大別すると、加速・力行・制動の3方法に分けることができる。

15.2.1　加速方法 top

　一般に列車の加速方法と言えば、列車の速度を増大することを指すが、電気機関車の加速方法とは停止状態にある列車を次第に速度を増してゆくために、主幹制御器を切から全ノッチまて引上げる過程を指すと考えてよい。
　電気列車の運転で最も重要な要素を占めるものが加速期であって、加速期の制御方法がすなわち加速方法である。
　加速期の制御方法は時間的には全運転区間の小部分に過ぎず、1分前後のものであるが、この区間で制御がうまく行くかどうかは、実にこの加速時間の制御法如何にかかると言っても過言でない。
　よって以下少し詳しく述べて見よう。

ア　起動ノッチはできるだけ低ノッチで引出し引出し後はできるだけノッチ進めを早くする。
　列車全体が動き出すまではできるだけ低ノッチによること。
　実測によると1両の自連引張バネの遊び行程は約10cmであるから、最悪の場合現車15両の旅客列車では約1.5m、現車50両の貨物列車では約5mまでは、ノッチ進めを行うことは避けた方がよい。
　しかし、一旦列車全体が引張力におかれたならば、できるだけノッチ進めを早くすることが必要である。
　この際線路状態に応じて機関車の粘着係徴を最大に利用すること、特に空転を起したとき早朝に発見して空転を助長しないように最善の手段を講じなければならない。
　多くの場合の起動ノッチは3〜5ノッチを限度とし、平均加速電流（注7）は1時間定格電流の120〜130％くらいが適当である。
　但し旅客用機関車は一般に高く130％くらい、貨物用機関車は低くて11O〜120％くらいである。

15.2.2　カ行方法 top

　電気列車の力行方法とは加速期（抵抗制御）を過ぎてから電流遮断（ノッチオフ）にいたるまでの制御方法を指す。
　故に力行方法は力行（パワリング）の技術ではなくて、電流遮断位置の測定方如何ということになるが、なお、参考までに一・二の注意事項を示すと

ア　ノッチ戻しの方法
　ノッチ進めの場合は低速度の場合に行うことが多いので、いきおい、電流の変化に細心の注意を払うのを常とするが、ノッチ戻しの場合は概ね速度変化のない高速度の場合に行われるので、租雑となり易く事故や故障を招くことも稀でない。
　すなわち加速制御と同様成るべく速かに抵抗ノッチを通過して切ることが必要であるが、その速さは時間的に差のある主接触器が同時作用を行わせるような結果となる扱いは慎まねばならない。

イ　電流遮断地点の選定 　ノッチオフ地動は、同一列車であっても、天候・気温・風向・列車重量・機関車形式・番号などによって弾力を持たせねばならない。 　いまこれらの関係の目安を示せば右の表のようになる。 　表中（＋）は力行地点を延ばすもの、（−）は短くするものを示す。 　そしてこれらの加減はその量・程度によることはもちろんである。

15.2.3　制御方法 top

　電気列車の制動方法が他列車に比べて特に異なるところはない。
　強い区別をつけるならば、分配弁位置が制御弁位置から離れているため分配弁感度に極小のおくれがある（第1端と第2端とを比べるとＦ形で前者の方が1.4m長い）ことや、制動倍率・制動率に少差があることがあげられる。
　しかし、実際における取扱いには特別の注意を要するほどでない。
　制動方法は加速方法と全く同様の性質を持っていて、割合の大きいほど電力消費量を減少する現在ブレーキ装置で求め得る制動減速度の常用値は1.5〜2.0km時/秒であるが、さらに取扱いと制動機構の改良を得るならば、約7.5km/時/秒まで引上げることができることだけは記憶せねばならない。

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