蕗狩軽便 図画工作日記

ー シュレマル工房 覚え書き ー

鉄道模型機関車が高効率ギヤを採用すると勾配や曲線で速度が変化するという話を聞いていろいろ考えました

曲線での抵抗が凄いというのを最初に感じたのは、確か実物のトロッコを押した時だったと記憶しています。急カーブではまるでどこか引っかかってるんじゃと思うくらい重くなりました。

後から考えて、繋がっているのに進む距離が違う内外車輪の摩擦抵抗だと気付きましたが、もっと大きなでんしゃだとタイヤのテーパーでその差を吸収して抵抗なくスムーズに曲線を通過するのだろうなと納得。

sktrokaru.hatenablog.com

工事線路のトロッコ模型の場合は普通の鉄道とは比較にならない急カーブだしタイヤのテーパーなんてあってないようなもの(フランジ付け根のカーブで対応出来るとも言いますが条件にもよると思います)だからそんなの関係ねえ!と摩擦があろうがフランジが擦っていようがなんのその、強力なモーターで力任せにタイヤを滑らせフランジを削りとって急カーブを通過させているのが実際のところでしょう。

自作のGゲージライブスチームロコを走らせた時にもこれは如実に感じました。

模型のスティームエンジンはピストン径が小さいため非常にトルクが低いのが大きく影響して低速だと曲線や勾配での速度の変化はとんでもないことになります。

解決策はただひとつ、蒸気圧を目一杯上げて高速運転すること。(注:ガバナー(調速器)を取り付ければ話は違いますが、ロッド式の機関車にどうやって取り付けるのかわかりませんし、機関車以外のライブスチームでも特殊な例以外にそんな例はあるのでしょうか?)。

高速回転と同時にトルクも稼ぐ考え方で、非力な電動モーターの場合と一緒です。Gゲージクラスのライブスチーム運転の展示や動画を見ると大抵ぶっ飛ばして走らせている理由がこれだと思います。低速だとラジコンとかでスロットル操作しない限り安定した走行は望めないのが普通でしょう。

で、やっと高効率ギヤの話です。高効率というのはモーターの性能がそのまま車輪に伝わるということを指しているのだと思います。動力⇄車輪双方向の伝導がスムーズに行われる必要はなく、ギヤトレインと下回り走行装置の抵抗が、モーター → 車輪 方向の伝導時に少なければ(効率が良ければ)、逆方向伝導のできないウオームギヤであっても、曲線や勾配での挙動はモーター等動力の特性をきっちり反映してくれます。これは普通のウオームギヤを使った自作ライブスチームで経験済みです。

それともうひとつ、実物の世界でも走行速度や牽引の負荷、曲線や勾配で速度が不本意に変化してしまう事などに対応するため低速でもトルクの高いエンジンを開発したりトランスミッションギヤを発明採用してきたわけですので、力任せであろうがなんであろうが煩雑なスロットル操作なしにほぼ一定の速度で走行させることができるというのは、模型であってもある意味人間の叡智と技術の勝利?みたいなものなのではないかなどと冗談半分に思ってしまいます。

そんなこととは関係なく、実物同様牽引負荷それから急勾配や曲線での走行抵抗に対応するスロットル操作を模型でも体感するという方向性も素晴らしい楽しみ方に違いないと思います。

それには高効率(低摩擦抵抗)ギヤと走行装置の採用は大前提として、動力(モーター)の性能をどういう特性にするかというのが実感的スロットル操作を楽しむのにいちばん重要になってくるのかなと思います。

以上、どうにもこうにもやる気が出ない壊滅的なだらけモードの蕗狩軽便図画工作部シュレマル工房がいつもの河原で焚き火を燃やしインスタントコーヒーをがぶ飲みしながら頭の中だけでいろいろ妄想巡らしお遊びメモを書き散らした今日の成果?でありました。

追記;

書くの忘れてたけど慣性による挙動は別の話ですね。

慣性による負荷は勾配や曲線での走行抵抗とは違うので、なんらかの方法で車両の動力に対して運転者(コントローラーのスロットル操作する人)が望ましいと考える慣性をシミュレートして負荷しなければなりません。

それってめっちゃ難しそうな気がします。

電気モーターだったらbackEMF検知してそれっぽい挙動をするようにマイコン制御とかできないのでしょうか?