石炭焚き汽罐車の製作（構想、設計編） （１）
Coal Fired Loco (Concept & Design) (1)

次のライブスティームの汽罐車を作ろうと思う。ERICと同じようなものを作っても面白く無いので、今回は石炭焚きの物を作る。ガス焚きに比べ、石炭焚きは運転にえらく手間が掛かるが手間がかかるほうが面白かろうと言うものだ。Brian Wilsonさんの本に石炭焚きの記事も出ているのでそれを参考にしてオリジナルを設計することにした。いろいろERICとは違ったことをして遊ぼうと思う。以下のような構想をねった。

  • 石炭焚きとする。
  • 火室をフレーム間に収めるため、ERICと同じ外側フレームとする。狭火室はこのスケールのライブでは成立困難であろう。
  • 基本的な寸法はERICを踏襲する。
  • バルブギアは違った形式とする。動きが派手に見えてかっこいいので、外装スチーブンソンを採用。
  • 軸配置は0-6-0。ただ単にこのほうが0-4-0よりかっこいいから。
  • バネ無しのERICがレールジョイントを渡る音が重すぎる。軸バネ可動とする。
  • ERICはシリンダーに水がたまり出発困難になる傾向があるのでドレイン・バルブをつける。自動ドレイン・バルブもあるが自分でドレインの操作をしたいので、手動とする。
  • 小型ライブではロッド類が1.5mmくらいの薄板で作られていていることがほとんどだ。これは面白くない。汽罐車は分厚いロッドがかっこいいのだ。えらく面倒になるが厚板からちゃんと厚いロッドエンドを削りだすことにする。
  • R/Cを前提とする。
  • 石炭焚きは走行中に給水できるように何らかの給水ポンプを付けなければならない。通常は軸動ポンプをつけるが、あまり面白くない。電子水面計と電動ポンプを組み合わせた、自動給水システムに開発する。
  • 電動給水ポンプと石炭を収めるため、テンダー付きとする。ただし汽罐車側にもR/Cメカ収納のため水タンクはつける。
  • ボイラーはBrian Wilsoさんの本の設計をもとにする。火室はドライ・ウォールである。ボイラー材料の銅の熱伝導率と伝熱距離を考えると、ドライ・ウォール十分冷えるはずだ。工作の難易度はドライとウェットでは大違いもいいところである。さらにウェット・ウォールでは火格子面積が小さくなってしまう。運転で楽をするためには火格子面積は大きいほどいいはずだ。
  • Brian Wilsoさんの本では煙管は7本。多すぎると思う。自乗三乗則を考えれば伝熱面積はそれほど要らないと思う。3本とする。

I am planning next live steam loco. I do not want to make similar one as ERIC and decided to make coal fired loco this time. The coal fired loco requires much attention comparing to a gas fired loco. However this is a hobby. Extra attentions can be a part of enjoyment. Brian Wilson's book includes a design of coal fired boiler. So I will design the loco based on Brian's design. I am thinking to employ many different features from ERIC. Following is my concept of the design:

  • Coal fired.
  • The fire box has to be installed between the frame plates. So external frame will be employed as ERIC.
  • Basic dimensions will follow ERIC.
  • Different valve gear to be used. I prefer external Stephenson to Walschearts.
  • Axle arrangement will be 0-6-0. Simply I like this over 0-4-0.
  • I do not like ERIC's sound at rail joints. It is too heavy because of unsprung axles. All axles to be sprung.
  • ERIC has a tendency to have condensation lock of the cylinders. R/C drain valves to be installed since I prefer controlling them.
  • R/C to be installed.
  • Coal fired loco needs some means of water feeding to the boiler while running. I am not so interested in axle pump. I would like to develop an automatic feeding system using electronic water gauge and electric pump.
  • The loco will have a tender to accommodate the coal and water electric water pump. However the loco still has water tanks to accommodate R/C mechanism.
  • The boiler design is based on Brian's design with dry fire box walls. Considering the good heat conductivity of copper and short distance to boiler water, dry walls are quite feasible getting enough cooling from the boiler water. The difficulty of constructing wet wall fire box is much much harder than dry wall type. Also dry wall type can have larger fire grate area.
  • Brian's design has 7 fire tubes, but I think 7 are too much and 3 would be enough considering square-cube law.

まずは、バルブ・ギアの設計から。これにはバルブ・ギアシミュレータを使ってみた。こちらからダウンロードできる。各部品の寸法を入力すれば動きをシミュレートしてくれる。実に素晴らしいソフトだ。しかもカバーしているバルブ・ギアの種類が半端無く多い。聞いたこともないようなものも含まれている。いろいろなバルブ・ギアを動かしてみるだけでも楽しい。

部品の計画値を入れてシミュレーションした時の画像が下である。

I started from the design of valve gear. I used valve gear simulator downloaded from here. By inputting dimensions of the valve gear parts, it can simulate the movement. The software is really impressive. The simulator covers unbelievable range of valve gears. I never heard of some of them. It is enjoyable just run the simulator and watch the movement of various kinds of valve gears.

Below is the screen shot with dimensions with new loco.

これがシミュレータが出してくれたサイン図。バルブが特に逆転側でオーバートラベル気味であるが、ガタの集積を考えると少しオーバートラベル気味のほうがいいであろう。逆転機の位置を制限すれば済む話だ。ニュートラル以外はまあまあいいサイン波になっている。ニュートラルがだいぶサインから外れているが問題はなかろう。
というか、このサイズの蒸気機関ではバルブが90°クランクから先行してさえいれば問題なく動くんである。別にリードとかラップとか気にしなくても大して問題はない。もちろん私としては気分の問題でちゃんと計算しているが。

Below is the sine diagram the simulator generated. The valves have a tendency over travelling especially in reversing. However considering backlashes of the links it would be better to have some amount of over travelling. Anyway over travelling is easily adjusted by limiting the movement of the reverser. I think the valve movements are reasonable good following sinusoidal wave forms except at neutral. It would not be a problem. Anyway in this size of steam engine works well if the valve movement is in 90 degrees advance. Lead and lap of the valve are not so important.


Return to Home

 

 
inserted by FC2 system