大井川本線(蒸気機関車)

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蒸気機関車の走り装置(ワルシャート式)のモデル図

1弁室、2蒸気弁、3蒸気室、4弁心棒、5合併テコ、6心向棒、7加減リンク(中央の支点をモーション・プレートに固定)、8釣りリンク腕、9シリンダー室、10ピストン、11ピストンロッド、12滑り棒、13クロスヘッド、14主連棒、15偏心棒、16返りリンク、17連結棒。

1829年にレインヒル・トライアルで勝利したジョージ・スチーブンソン製作のロケット号、蒸気機関車の発明以前から鉄道を敷き台車を荷役動物に曳かせるものはあった。馬車鉄道などです。

1802年、リチャード・トレビシックがマーサー・ティドヴィルのペナダレン製鉄所で高圧蒸気機関を台車に載せたものを作った。これが世界初の蒸気機関車とされています。

C12形(1933年から1947年)・C56形(1935年から1939年)

C12形は、簡易線規格のローカル線伸長に伴い開発された、C11形クラスよりさらに小型軽量のタンク機関車。これをもとに、長距離簡易線向けに作られたユニークな小型テンダー機関車が「ポニー」と呼ばれたC56形です。

C56形は逆機を容易にするためにテンダーの両サイドが欠き取られているのが大きな特徴である。もっとも、C12形とC56形はコストダウンを狙ってそれぞれ軸配列1C1・1Cとされたが、C56形については逆機時には脱線を避ける目的でかなり厳しい速度制限が課せられていた。


C10形(1930年から1931年)・C11形(1932年から1944年)

都市近郊列車・ローカル線・入れ替え用の小型機関車は、昭和初期まで、老朽化した輸入機関車で補われていた。それらの代替・近代化を目的に開発されたタンク機関車が下記2形式である。

比較的小型だが駿足を誇り、特にC11形は全国各地で汎用性の高い機関車として重用された。

蒸気機関車の原理

火室
火室は燃料を燃焼して高温のガスを作る場所である。火室の底(床)部分は燃え滓の灰が落ちるように格子状(いわゆる火格子)に作られている。蒸気機関車の出力を決める第一の要因は「火室でどれだけ大きな熱エネルギーを発生できるか」であり、その指標として火室の平面積を表す火格子面積が使われる。

ボイラー
火室で作られた高温の燃焼ガスは、煙管と呼ばれる数多くの細い管に導かれる。煙管の本数や管のサイズは機関車の出力性能に大きく関与するが、本数は50本から200本、管の直径は50mm前後である。

発生した蒸気は上部の蒸気溜めのドームに一旦溜められ、溜められた蒸気は、蒸気機関車の各種補機類を作動させるために取付けられた配管により分配されるが、走行に使用される蒸気は、加減弁で流量を調整後、乾燥管を通って蒸気中の水分を取り除かれて乾燥された蒸気となり、煙室の主蒸気管を介して走り装置の蒸気室のシリンダーに送られる。

使用される蒸気は。圧力が10-16kg/cm²で温度は200℃の飽和蒸気を使用する飽和式と、蒸気の温度をさらに300-400℃に高めた過熱蒸気を使用する過熱式とがあり、直径が通常の煙管の2倍以上で過熱管を内蔵した煙管を大煙管と呼んでいる。1910年代以降の大型機関車には過熱蒸気を使用するようになった。

煙室
煙室は機関車の先頭部分にあり、ボイラー内の煙管を通過した燃焼ガスと蒸気室内のシリンダーでピストンの作動させた蒸気が吐出管を介して入り、その後に上部にある煙突から両者が吐き出される所である。

吐出管から勢い良く噴射した蒸気が、上部にある煙突に目がけて流れるため、真空の部分が発生して、気圧差により内火室からの燃焼ガスを煙管を介して強制的に誘引することにより、内火室への空気流入量が増えて燃焼効率の向上を助ける働きを持っている。

機関車をスムーズに走らせるためには、

シリンダーに送る蒸気の方向を適切に制御する必要があり、右側の弁装置 により制御される。蒸気室内の2つの蒸気弁の間のある弁室を介して蒸気室前後に設けられた蒸気通路のどちらか一方を通って蒸気が送り込まれ、シリンダー室内のピストンを作動させる。

蒸気が送り込まれたピストンの反対側の蒸気は、シリンダー室から蒸気が送り込まれた蒸気通路とは反対側の蒸気通路を通って蒸気室に戻り、蒸気室左右にある排気通路から吐出管に排出される。この動きを前後交互に行うことでシリンダー内のピストンを往復運動させることができる。

シリンダー内のピストンを往復運動させる蒸気の給排気を行う蒸気室の蒸気弁は、ピストンとの間で90度の位相差で動いており、蒸気弁はピストンの動きを伝達して動かしている。

力の伝達はピストンロット→クロスヘッド→合併テコ→蒸気弁の弁心棒とピストンロット→クロスヘッド→主連棒→返りリンク→偏心棒→加減リンク→心向棒→合併テコ→蒸気弁の弁心棒の2つの径路で伝達される。

機関車の出力は最終的にはシリンダーの大きさ×数×蒸気圧力で決まる。カタログではシリンダー直径×行程で示される。

動輪・先輪・従輪
気筒室で作られた往復運動は主連接棒(メインロッド)を通じて動輪に伝えられ、ここで最終的に回転運動におきかえられる。主連接棒と連結されている動輪を主動輪という。

主動輪と他の動輪は連結棒(カップリングロッド)で連結されている。また左右の動輪は車軸で繋がっており、連結棒を介して90度の角度でずらして主連接棒と連結されていて、それにより片方の気筒室内のピストンが前端または後端の死点に達してピストンの力がゼロになっても、もう片方のピストンの力が最大になるように動力伝達されている。

補機類
前記したボイラーに水を注水するための給水ポンプとインゼクタがボイラー横に搭載される他、蒸気機関車自体や牽引する客車のブレーキ装置を作動させる圧縮空気を作る目的でボイラー缶胴部横や煙室前面などにコンプレッサーを搭載している(日本では1920年代以後に設置)。調圧器により自動的に作動しており、そこで作られた圧縮空気は繰出管を介して冷却されてボイラー横の元空気溜に蓄圧される。




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