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田中隆三の電気機関車百話――Y 運転
<第81話> 電気機関車運転の手引き@ top
”空ノッチで猛訓練”
電気機関車の運転はとりも直さず、主幹制御器とブレーキ弁の“ハンドル2本”の扱いにつきるといえばすこぶる単純であるが、ブレーキ弁ハンドルの取扱いは別に述べるとして、主幹制御器ハンドル(略して制御ハンドルという)が仲々の曲者で、名工のノミ1本(最もノミといえども多種多様であろうが)、書家の筆1本にも比すべき心技両面の修錬が必要である――といっても過言ではない。
制御ハンドルの操作は元より”習うより慣れよ”で、停止中の訓練によるのであるが、まず1ノッチ1ノッチの刻みが遅くも早くもどんな速さでも、またどんな振動や動揺を受けても、意のままに滑らかに動かせる域に達せねばならぬ。
初心者に犯され易い過ちはノッチ刻みを跳ばすことである。
ハンドルの固渋が加わると特にひどい。
これには、馴れると何でもないことだが、例えばあるノッチへラチェットを落したらハンドルを少し引いておくとよい、何故なら次のノッチヘ”ニギリ”を握るとツメが自然に刻みの上にのって待機してくれるからである。
制御ハンドルの硬さ・重さは機関車固有の癖は別として、ノッチ位置によって一定の変化がある。
元より接触指と接触片との切入の数が違うからである。
一度にセグメントに乗り上るフインガの数が多いと重いし、一つずつ増減してゆくときは軽い。
特にノッチ刻みの間延びしているところ(実は刻みはないが、制御円筒ではその長さに応じた変化がある)つまり“渡り”においては弧の長さに応じた”遅さ”で進める習慣もこの訓練のうちで身につける。
特に注意したいのはノッチ進めと同様の気の配り方をノッチ戻しのとき払って貰いたいことである。
ノッチ戻しは負荷電流が減るのであるからいくら速くともよいとの考えから、むしろ投げ出すような“速さ”でノッチ戻しを行うのは慎むべきである。
以上の練習は、電源を使って空ノッチが望ましいことはいうまでもない。
これは、各ノッチによる電気的特性を音によって判断するのに併せて役立つからである。
<第82話> 電気機関車運転の手引きA
top
<電気計器に見馴れよ>
電気は通電の有無はもちろんのこと、異常現象を感知することは、蒸気や水・油または空気などと較べて非常に困難である。
しかも主要機器の作用の適否や性能が規格どおり発揮されているかなどの重要判断をすることは必要欠くことができない。
そこで、電気計器の存在価値が現われてくるのである。
○電圧計
電気計器のうちで最も常時注視しなければならないのは電圧計である。
架線が生きているかどうかの判断をはじめとし、列車が所定運行で動いている場合の電圧分布に対し、どんな変化を示すかによってある程度の異状現象は推定できる。
著しい電圧降下に対してはこれに応じた運転方法が採らるべきであり、また停電の直後の又入には細心周到な注意が払わるべきであろう。
○電流計
加速ごとの電流計の指示にはいやでも応でも頼らざるをえないが、空転・滑走時の電流計もなくてはならぬ存在であり、最大負荷時の均衡電流はなおさらこの指示が重要となる。
また、電圧降下時には力行電流が加重されることは当然で、これに対処する制御法も電流計の指示値によって応じなければならない。
○ 以上の2計器は各別に指示状態を見ることになるが同時に両者はまた相関連しても指示状態の変化を観察する習慣を養うことと、異状の早期判断を下す熟練さが欲しいのである。
○ これには、何よりも計器の良好な保守を必要とするのであるが、異状を最も早く発見するのは乗務員であるから
@ 回路電流計と全回路電流計の指差
A 1エンドと2エンド電流計の指差
などはちょっとした心がけて発見できるものであり、自衛上もこの必要はあると思う。
なお、積算電力計も最近の機関車には全部ついているようであるが、ある特定列車についていえば、原則として使用電力量は区間別にしても総計にしてもほぼ同一であるべきであるから、これを詳細に記録しておくと、異常指示の出た場合は、走り装置の故障とか主電動機回路の故障を推定する材料ともなるものである。
<第83話> 電気機関車運転の手引きB
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”加速制御に微細な配慮”
電気機関車運転の真価は「加速制御の1分間」に決するといっても過言ではない。言い換えると、電気機関車運転の功拙も妙味もこの1分間にあるもので、その他は電カ遮断地点の選定もプレーキの取扱も、電機気関車独特のものでなく、一般操縦技術となんら変らぬ。
なお「加速の1分」が電機操縦にとって重要性をもつかは説明するまでもなく、
@ 加速電流は高いほどあらゆる点て経済的に有利になる。
A しかし、余り高くとると空転を起して却って不経済となるばかりでなく、主電動機故障の要因をつくる。
B 列車種別・機関車形式・天候・線路状態などで千変万化の要素を含んでいる
など当然のことをあげるほかはない。
つまり加速制御を要約すると、経済的価値をあげるには不可欠の要件となっているが、これを満足に得るには技術上非常に難しいものてあるということになる。
加速制御が技術的に難しいことは、野球やゴルフのテクニックの難しさと同様であるが、これと違うところはある程度テクニックを覚えれば、あとは”勘”と習練で補えるもので天才的要素を必要としない。
特にここで強調したいのは加速制御には細かい心配りと機に臨んで変に応ずるの用意がいつも備わっていないと真の値打を発揮できないということである。
(注) 加速制御については第86話を参照されたい。
<第84話> 電気機車関運転の手引きC
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”異音・異臭・発煙に敏感なれ”
これは電気機関車の異常運転の場合であるが、蒸気機関車の運転がすこぶる“動的”であるのと違って電気機関車は”静的”であるから、そこに発生したほんの少しの音も匂いも、また煙にも神経質になることが必要である。
定常状態から云えば、力行中はモーターの唸りと車輪のきしむ音以外は聞えないはずであり、惰行中は車輪のきしむ音だけで、むしろ窓の建てつけが気になるくらいであろう。
それだけに、少しでも変った音はすぐにも気がつくものであり、匂いも絶縁物の焼ける一種独特の異臭だけは余程ぼんやりでもしてない限り直ちにそれと判るものである。
しかし、煙となると室内から出るものは比較的早期発見も容易であるが、足回り、下回りからのものは感知が容易でないばかりでなく、どうかすると運転中などは走行中の風のあおりで打ち消されるためにパンクするまで判らないことさえある。
しかも、煙となって出る場合は音・匂いの段階を経て最終的に現われるものが多いだけに、これに敏感となる訓練は必要となる。
異音・異臭・発煙に敏感になれということは、言い換えれば、定常状態をしっかりと認識しておくことである。
電軸から発煙しているという申告によって電動機をあげてみたら軸受に不純物が混入していたものと判り、歯車の噛み合せの音が高いというのでギヤーケースを卸して見たら、グリースが不足していたなどという例もある。
このほか”変色”という異現象も勘定に入れることも必要である。
異音も異臭もあるいは発煙も時開か経過すれば”異色”となって現われる場合が珍らしくないからだ。
最近はケミカルペイントの発達で、温度上昇を色によって判断する塗料も完成して、一部には試用されているが、要はあらゆる現象にもその異常を見逃さないことである。
<第85話> 電気機関車運転の手引きD
top
”治を居て乱を忘れず”
電気機関車の運転が蒸気機関車のそれと比べて、操作機器の数からいっても、その内容の複雑さからいっても、一見主幹制御器の速度制御ハンドル1本ですむという点において”単純”であるといえる。
さらに機関助士の作業については到底比較にならぬほど“作業らしいもの”もないとは誰も疑わない。
従って機関助士との協同作業についても操縦に関する面では殆どないといってよい。
しかし、電気機関車は蒸気機関車の主機であるボイラやシリンダ・弁装置などの存在が単純・強固であるのに対し、その主機はその量においても多いばかりでなく、質においても精密で微妙で複雑であることから、故障発生の機会ははるかに多く、いきおい故障に際しての処置も、乗務員自らが手をかけることが断然多いのである。
このことは、電気機関車乗務員が平素から常にある程度の機関車検査技術もしくは修繕技術を身につけておく必要性を要求していることになるもので、いわば何事も起らない平常運転ては一見遊んでいるようでも、一朝有事に際して潜在能力を発揮して難を切り抜けることができる“自信”あっての余裕さでなければならぬということになる。
昔の言葉を借りて言えば”治に居て乱を忘れず”であり、またこれを裏返して言えば”備えあれば憂いなし”という境地がぜひとも必要となってくる。
創業当時と違って近頃の電気機関車は形式の統一化と共に部品の改良・進歩も着々行われているので、故障件数も減っていることから、なおさら”治に居て乱を忘れない”の心得の必要を痛感するものである。
<第86話> 電気機関車の経済運転とは@
top
”加速度はできるだけ大きく”
一般的に経済運転とは、その機械の能力を無駄なく無理なく性能一杯働かせる状態をいうので、もちろん消粍品を最少にとどめるような運転方法を指していうのである。
電気機関車の経済運転も同様で、電力量その他の消粍を最小限度に止めて、ショックのない滑らかな制御法で、しかも正しい運転時間が保てるような運転の仕方といえよう。
さて、電気機関車経済運転の第一歩は加速度をできるだけ大きくとることである。
加速度を大きくとることは、抵抗制御時間を減らし、従って抵抗損失を少なくするうえ、制動初速を低くして制動熱損失を減ずることに役立つからである。
加速度を左右するものは @起動時 A加速制御の2つに分けて考えられる。
起動時の数秒間は全体の運転時開から見ればもちろんのこと、加速制御の時間から考えても10分の1以下の影響にしか当らない微々たるものであるが、最良の加速を行えるかどうかはこの数秒間によって決まるといってよい。
一瞬空転を引き起すと理想的な加速制御が台なしになることを思えばこの理は自ら判然とするであろう。
起動時に列車の停止時のブレーキ扱いに応じて全列車の連結器を一たん引張力のもとにおくまでは、加速電流にこだわりなく慎重にして細心なノッチ扱いが必要で、自後は当該機関車に許される最大平均加速電流を几帳面に守ることである。
ここで特に注意したいのは、予かじめノッチ曲線によってどのノッチでも平均加速電流が得られるような各ノッチの進め電流(俗に谷という)を暗記しておくことがぜひとも必要であることだ。
言い換えれば、何かの都合であるノッチ進めが遅れた場合、これを次のノッチで埋め合すような取扱いは列車にショックを与えるばかりでなく電力消費も多いことを忘れないように。
<第87話> 電気機関車経済運転とはA
top
”弱め界磁は加速の延長として”
弱め界磁制御に較べて、同一電流値については牽引力を高め、速度を引きあげることができるので、出力の大きい他の機関車を使ったのと同様の効果があることは一般に知られているが、実際運転に当っては殆どこのような用い方が行われていないのはどういうわけだうろか。
(1)弱め界磁は回復運転にそなえてあるので、経済運転には役に立たない。
(2)ノッチ扱いがそれだけ余計で面倒である。
といった誤った通念があるのではあるまいか。
事実弱め界磁制御によると電力量は僅かではあるが余分にかかることは経験する人が多いようである。
ことほど左様に微妙な作用をなすものであることは事実であるが、多くは弱め界磁による牽引力の増加、従って速度の上昇を過小視しているもので、早運転を伴っているという事実を忘れていることが多い。
弱め界磁は加速制御の延長として用い、高電流位置にあるうち(一例、1時定格電流付近)に全界磁ノッチに戻すことは弱め界磁の高能率位置だけを使用することとなり、たとえ短小時間の投入であってもその効果はゆるがせにできないものである。
理想からいうと、弱め界磁ノッチの使用時間は数秒間が適当であるといわれる位であることを念頭に入れておくと間違いない。
<第88話> 電気機関車の経済運転とはB
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”力行時間には幅をもたせて”
どんな機関車、どんな列車にも常に一定不変の力行時分を与えるような融通の利かない運転方法というものはありえないが、さて、乗客の積空(乗車効率)積荷の軽重、天候・気温・風向・線電圧の変動などに気を配った幅のある運転方法はどれだけ実際にとられているだろうか。
細心な機関士は乗務した列車の最初 1ノッチで列車の軽重が判るとはよく聞く話だ。
足回りが均等に整備された列車なら、積空・軽重による惰行の利用範囲ははっきりした差があるべきだ。
積車は走行抵抗が少なく空車は多い。従って惰行が利くことは前者の方が多いことも当然である。
軽量客車に対してはさらに新対策が要せられる。
天候特に雨と風を利用することは一般にうとんじられ勝ちではなかろうか。
雨天には摩擦係数が小さくなって発車には苦労するが、逆に走行抵抗が減って転がりが良いことは経験するであろう。
また追風を利用することは少なくとも秒速5m以上の風に対しては見逃してはならない大切なことである。
風速15mとなると列車速度55キロの時の前頭風圧に相当する抵抗を打消してくれることになる。
向い風はこの逆であることはいうまでもない。
気温の差の走行抵抗に及ぼす影響はさほど著しいものがないといわれる。
しかし、これは蒸気機関車の熱効率に及ぼすほどではないにしても無視することはできない。
試験の結果では車軸の軸受摩擦は冬季と夏季とでは20〜30%差があるというから、長時間停車後の出発抵抗にはむろん影響するものてある。
電車線電圧の変動が力行時間に与える影響は直接的であることも当然で、常時一定の列車が受ける電圧降下は経験で調整もできようが、不意な変動に対しては臨機応変の対策が必要となってくる。
<第89話> 電気機関車の経済運転とはC
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”減速度はできるだけ大きく”
減速度は加速度と同様、高くとることは最高速度を低下させるために有効であり、従って平均走行抵抗をへらすのに効果があるばかりでなく、それだけ低い制動初速が得られることになるから、できるだけ大きいことが効果的である。
しかし、減速度は加速度に較べて約2倍に達するのを常識とするばかりでなく、列車衝動に直接結ぶ要素を多分に含んでいるので応荷重可変装置のないものでは、操作上の熟練を高度に要求されることに相違がある。
ブレーキ操作については電気機関車独特のものは余りないので、省略するが、ブレーキ操作における2段制動について一言すると、列車衝動への配慮と制動減速度の高度化への両者の兼合いをどこにおくかが問題で、追加減圧を初回減圧の排気音が止まると殆ど間をおかずに行うのが大体理想的であるとされている。
<第90話> 電気機関車の経済運転とはD
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”直列・直並列制御を適度に使用して”
6個モータ付機関車に対する直列・直並列制御や4個モータ付に対する直列制御は、原則としてフルノッチ運転の過程として用いられるのが常識であるが、いついかなる場合もかくあるべしというのてはなく、むしろ運転時間の許す限り、合理的な直列または直並列制御は随時随所に使って効果があるものである。
元来直列は直並列に対して、また直並列は全並列に対して使用電力は正しく 1/2または 2/3を使用するにもかかわらず、運転速度は 1/2または 2/3よりもやや上回る。
これば直並列は直列に対し全電動機の回転数は正しく2倍となり、従って機関車走行速度は 2倍となる勘定であるが、走行抵抗は速度が2倍となると速度の2乗項があるために2倍以上となる。
結果において2倍よりも大なる走行抵抗を差し引かれるために実際速度は2倍以下となる。言い換えると直列は直並列に対して 1/2以上となるわけである。(直並列と全並列との場合も同理)
上述によって運転時間が許容されるなら直列はいつでも直並列より有利であり、直並列はいつでも全並列よりも有利となることがお判りであろう。
しかして、この利益は終始1本で運転できる場合は、さらに抵抗制御ノッチを通過するだけ抵抗損失を増すことになり一層の利益を伴うが、途中で戻す場合においても利益は依然として存在するものである。
旅客機を貨物列車用に使用する場合は、直列または直並列ノッチを使用することは避けられない(運転時間が早くなるので)が、小運転列車または区間列車、あるいは重連運転の場介には直列・直並列ノッチを適時に使用することが有効である。
(付記)
電気機関車の経済運転を身につけるには運転曲線のあらゆる応用を知ることが早路である。
運転曲線は距離をベースにして縦軸に速度を盛ったいわゆるストラール氏の画法によるものが便利である。
この縦横で囲んだ運転曲線の作る面積は走行抵抗仕事量を表わすことになる。
運転曲線の形は速度にピークを出さないで、矩形に近いものほど走行抵抗仕事量が少なく経済である。
<第91話> 電気機関車による定時運転
top
電気機関車の経済運転も「定時運転」を離れて論ずるのはナンセンスであることはいうまてもない。
さて、定時運転とは何か、定義的にはあらかじめその列車について定められた「計画速度」であるが、衛星が不変の速度で宇宙を回転するのと違って変数要素を多分に含む列車のことであるから、この変化に対応して速やかに”定時に戻す”手段をも一括していうのである。
定時運転の要訳は、まず牽引重量の正しい判断をやることである。
これには現車・換算だけによらずに、積空の状態(第90話参照)に神経質になること、次には一定の加減速度を守ることである。
1回の空転、少しの過不足減圧に心を配る要心さが必要である。
言うまでもないことであるが、定時運転(回復運転を含む)にうらはらに大切なことは正しい速度の判定である。
ところが、現在速度の判断はもっぱら速度計によっていることに、逆説的にいうと判断を誤る素因があることは案外うっかりしているのではあるまいか。
速度計の指示は――電気機関車に限らないが――製作仕様によっても2%の誤差を認めているうえ、タイヤの標準寸法(1,210mm)によって正しい指示をなすものであるから最大・最小の間には約7%、平均でも3.5%の差異があるから最悪の条件では3.5+2.0=5.5%の誤差が出る。
これを常用速度70キロについて見ると、実に約4キロの差異を頭の中で修正しながら、運転することが必要となる。
ついでに回復運転の仕方についててあるが、弱め界磁訪問が殆ど常識的に使われるが、これは平坦線での力行延長のみによることが多い。
これも勾配区間で使用することにより、さらに大きい効果をあげることを忘れないで欲しい。
かって「28分間で20万円稼いだ話」として新聞種となった例として、2列車が沼津−東京間で140分の遅れを28分回復して、112分遅れで東京駅へ到着、急行料金払戻概算20万円を稼いだことがあったが、回復運転の妙味を語る好例である。
<第92話> 電気機関車のブレーキ扱いのコツ top
電気機関車のブレーキ扱いが定時運転引いては経済運転にとって加速制御についで重要であることは前話でも述べたが、ブレーキ扱いのコツは制動時間と停止位置の二つをいかにうまく処理するかにあることを更めて述べよう。
加速方法や力行方法の適正をはかることは大切であるに違いないが、これはある程度の訓練によって個人差の余り出ないものである反面、ブレーキ扱いとなるとかなり大きい技量差が現われてくる。
というのは、加速度は定格電流という狭い枠で抑えられるが、加速度はかなり大きい幅をもったものであるからだ。
例えば普通旅客列車の加速度1.0〜1.2km/h/sに対し、減速度は2.0〜2.5km/h/sが常用されているし、さらに電磁ブレーキ式では3.5km/h/sぐらいまであげられる。
これも、理論上は7.5km/h/sまであげられることは、いかに減速度が大きい影響力をもっているかがわかる。
(注)最大制動力F=Wμ の式中 W=列車重量(1,000t) μ=粘着係数(0.225)
F=Wμ=W×0.225=225kg/t
しかるに減速度α=F/108=225/108=2.08m/s/s
よって20.8×3,600/1,000=7.5km/h/s
この減速度を高めることは、すなわち制動時間を小さくとることであるが、これには適正な制動距離――すなわち停止位置を伴わねばならない。
そこで制動距離について考えると、これは列車重量や列車低抗にはほぼ一乗に比例するが、制動初速の二乗に比例して増減するということを(誰でも知っているが)実際にどの程度適用しているだろうか。
制動のかけ初め位置はなるべく遅く、減圧量はなるべく大きく、階段弛めを適正に――とは減速度を高めるための”合い言葉”であるが、初速の相違による制動位置の判断の如何はたちまち10秒や15秒のロスとなって現われる。
加速や力行で10秒を回復することは容易ではないが、制動で10秒を失うことはいともやさしいということである。
<第93話> 電気機関車のブレーキとは
top
電気ブレーキは最近の電車には殆ど例外なしに設けられ、空気ブレーキと併用されているが、電気機関車ではアプト式ED42形の発電プレーキ(ダイナミックブレーキ)・回生ブレーキ(re-generativ brake)およびEF11形、EF16形の回生ブレーキだけで特殊目的にしか用いられない。
従ってここでいう一般用電気機関車における電気プレーキのあらましと、一、二の注意だけを述べておこう。
電動機を発電機に転換して電気ブレーキを作用させるには、まず
@電源を電車線から切ること
A磁極に残留磁気があること
B電機子が惰力で回っていること
の3条件が前提として必要である。
しかし、電機子の回転方向は電動機のときと同方向であるから発電方向はちょうど残留磁気を打ち消すように流れるので、界磁コイルを電動機運転のときとは反対につながないといけない。
すると発生した電流のために磁極の磁力はますます強くなり、発生電圧もしだいに大きくなる。
この電流は電動機とは逆になるので、惰力で回転している車輪の回転方向に逆らって回転を止めようとするのが、すなわち電気ブレーキ(発電ブレーキ)である。
電気ブレーキは実施できるような配線になっているものては、そのときの残留磁気の状態、速度(回転数)または電動機の特性などによって異なる制動ノッチ特性が与えられるが、これとて速度制御には用いられるが、列車を停止させるためには用いない。
ましてや、この配線のない電車や電気機関車では普通の運転では電気ブレーキを行わないのが常識である。
しかし、機関士の運転取扱方によって偶然電気ブレーキがかかって、不測の事故を発生するおそれがある。
例えば、「運転中」試験ノッチを使うなどに際して「高速度遮断器」を切り「後進位置」で「並列ノッチ」などを使用するという条件が揃うと、速度によっては過大な制動電流が流れて”全電動機フラッシュオーバー”などの重大事故が発生した例があることは記憶に止めて貰いたい。
いわんや、逆ノッチを入れて非常ブレーキをかけるなどは、非常の中の非常と心がけるべきであろう。
<第94話> 電気機関車回転部分の慣性の影響とは
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およそ運動する物体はどんなもので、外力が働かないとその物体の有する重さ以外に、その運転を続けようとする慣性の影響による重さが加わるものであることは初等物理学の教えるところである。
この影響は回転体ほど著しいこともお判りと思う。
電気機関車における回転体は、蒸気機関車よりもはるかに多く、主電動機の電機子・大歯車・小歯車などが動輪の数だけ加わる。
しかもこれらの回転体は個数と直径(くわしくいうと回転半径)と重さに関係するもので小さいものではない。
もちろん、この他に蒸気機関車と同様動輪・先輪の回転体がある。
これら回転部分の慣性の影響は、加速の際はそれだけ重いものを加速することになり、減速の際はそれだけ重いものを減速するという自明の理から、あらゆる運転の計算には実際重量に加算して勘定しなければならない。
但し、惰行の場合だけは、この重量を吐き出す(discharge)ので差引かれることも当然である。
車両の回転部分の慣性の影響は普通、実重の何%として計上する。
この値は蒸気機関車では6%であるが、電車では約7〜10、電気機関車では旅客用と貨物用とでは多少違うが、大体8〜12%(最大14%)くらいとみている。
<第95話> 電気機関車の長距離運転について
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電気機関車も大正14年末、東京−横須賀間に始めて運転されたときは僅かに60キロの運転区間を往復したに過ぎなかったが、その後東京−沼津間123キロに延長したまま終戦を迎えたところ、俄然電化キロは延伸また延伸で、昭和33年4月末現在では
東京−姫路間 553.4 km
と延長し、蒸気機関車の
鹿児島−門司港間 400.0 km
仙台−青森間 390.1 km
小樽−釧路間 432.2 km
と較べると、いよいよ電気機関車は長距離運転の実力を発揮してきた感じである。
しかしこの運転区間はまだまだ交流で中断されない限り延びるはずで、現在の状勢では直流区間は下関まで延長される公算が多いが、つまり東京−門司間1,100キロのロングランについてはどうなるか。
ア パンタグラフ摺板 回帰キロは10,000〜12,000kmであるから充分これに耐えるが、間歇使用と連続使用による温度上昇や損粍状態にいく分割かけをしても余裕がある。
イ 主電動機電機子詣軸受・先輪軸受(動輪軸受は問題ないとみて)の発熱は両者ともコロ軸受になった今日では充分の余裕がある。
ウ 電導発電機整流と軸受連続使用12〜13時間と見たとき保守程度を現在のままで耐えるかどうか。
現在のように7時間〜8時間ごとに休止しているのと条件は違ってくる。
電動送風機は一時的に送風中止を行っても差しつかえないが、本機の休止は即運転休止となることを考えると、長距離運転の最大難点は電動発動機ということになりそうである。
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