蒸気機関車の雑学豆知識！蒸気機関車の仕組み(構造) 動輪の位相！GIG@NET・鉄ちゃん

蒸気機関車の雑学！その３・蒸気機関車の仕組み(構造) 動輪の位相

燃料となる石炭と動力となる蒸気をつくる水を積んで走る蒸気機関車。積載する石炭と水の量が少なくて済む短距離のローカル線では、ボイラーの横に水タンク、運転台の後ろに石炭を積んだ小型の「タンク機関車」を使用。重量の重い列車の牽引（けんいん）やスピードが必要な長距離の幹線では、石炭と水が大量に必要となるため、機関車の後ろに大量の石炭と水が積める炭水車（テンダー）を連結した大型の「テンダー機関車」が使用されていました。また、明治から大正にかけては数字のみで表示されていた形式ですが、昭和3年から動輪の軸数にあわせてアルファベッドを併用。動軸が2本はB、3本はC、4本はD、5本はEのアルファベット＋形式の数字で表記されています（動軸数が3本だとC11形やC57形、4本だとD51形などになっています）。山口線のC57形は最初に製造された1号機、磐越西線のC57形は180番目に製造された180号機で、機関車のナンバープレートは「C57 1」「C57 180」のように表示されています。

D51形の動輪、直径1m40cm そして

C57形の動輪は1m75cm 機関車の重量約115トン、客車も合わせて約300トンの重量を蒸気の力だけで動かす！

蒸気機関車の複雑な内部構造・C６２２６号機の紹介！

C62形蒸気機関車の内部構造

特急「はと」の蒸気機関車・大阪環状線の弁天町駅、旧鉄道博物館に展示されていたC６２２６号機

蒸気機関車の仕組み(構造) 動輪の位相

走り装置　蒸気機関車の動輪に連結するクランクシャフトは左右のピストン、シリンダーは左右の動輪に位相角度に９０度のズレがある！

蒸気機関車はシリンダ内で往復運動するピストンの力を動輪の回転運動に変えて動きます。

ピストンがシリンダの端まで移動すると、そこで折り返して逆方向に移動します。その折り返し点が死点です。

ピストンが死点にあるときにはピストン棒、主連棒(クランクピン)、車軸の中心が一直線上に並んだ状態です。

この状態で停止していると主連棒を押しても引いても車輪は回転させることができません。

自動車などのエンジンではセルモーターでクランク軸を回転させることでピストンは死点を通り越すことができますが、蒸気機関車では外部に動力がないので車輪を回すことはできません。

その死点を通り越すための工夫が動輪に位相を持たせることです。

一般に蒸気機関車は左右に2つのシリンダを持っています。

そこで、車輪のクランクピンの位置(角度)が左右でずれるように動輪が組み立てられています。

一方の車輪のクランクピンが真上にあるとき、反対側の車輪のクランクピンは90゜ずれた水平の位置になるように組み立てられています。これが動輪の位相です。

童謡「汽車ポッポ」の歌　動画

「汽車ポッポ」の歌にある、「シュ、シュ、ポッ、ポッ」擬音は９０°左右位相のずれた動輪の動きに連動した蒸気の排出擬音です。

片側のクランクピンが水平の位置にあるときは、そのピストンは死点にあり、そのピストンでは車輪を回転させることができませんが、もう片方のクランクピンは90゜ずれた位置、つまり真上にあります。

このときのピストンの位置は前後の死点の中間ですから十分力を発揮できます。

通常、右側の車輪のクランクピンが水平のとき、左側のクランクピンは真上になっています。

ただ、大正時代の名機9600形蒸気機関車は左側のクランクピンが水平のとき、右側のクランクピンが真上にくる左先行となっている話は左足から歩みを進める武士道機関車として有名です。

もっとも、これも意図的に設計したのではなく、図面の見間違えが発端のようで十数両製造した段階で誤りに気が付いていたようです。ただ、その後もずっとそのまま製造されつづけ770両の大所帯となっています。

C53形機関車は左右のシリンダの他に、台枠の間にももう1つシリンダがある3シリンダー機関車です。

この場合、それぞれのクランクピン、クランク軸の角度は120゜ずれています。(厳密には120゜からちょっとずれています。)

この機関車、極まれでしょうが不動となることがあったようです。

返りクランクの角度を反対側にずらすと・・・この画像↓。