求教於蒸汽機關車之問題

[賴崇瑋]

請問各位是否有人知道日本蒸氣機關車之動輪直徑大與小有何差異？？ [nn]
如：D51型(貨用）跟C61型（客用）動輪直徑分別為1400mm/1750mm
是否跟所謂汽車扭力與載重有關呢？？（我猜的！！）
又車軸排列不同跟行車之間的影響有何差異呢？？？ [nn]
如：D51跟C61車軸排列分別為2-8-2/4-6-4
是否也與上述原因有關連呢？？請各位幫我解解惑謝謝！！

[373tokai]

　這牽渉到機関車工学和軌道工学尤其是蒸気機関車、很難一言説明。以下、有不足的地方請指導。
　蒸気機関車的多様軸配置、和開発当時的工業技術水準・鉄道網分布・交通需要有関連。
　蒸気機関車車輪役割：
　　先輪の発明：目的→速度向上（可対応低精度的軌道 ）
　　動輪径的拡大：目的→速度向上（工業背景→大型機械加工精密度提高）
　　動軸数増加：目的→牽引力増加（工業背景→Crank軸製造精密度提高）
　　従輪再発明：目的→火床面積増加（可提高圧力、推力増加・出力増強）

　動輪径和速度 ：活塞的高速往復運動、如果活塞・汽缸没有相当的加工精密度気密性的保持会困難。正因如此、為了高速化加大動輪径是比較可行。
　但、加大動輪径会使動軸重心位置提高・搭載在動軸上的Boiler也会重心提高、走行安定性会悪化。還有車両限界的問題、所以動輪径有実用上的限界。
　
　動輪数和牽引力 ：活塞的推力是機関車牽引力的来源、因為動輪和軌道的摩擦是有限界的、没有相当的軸重的話活塞的推力会使動輪容易産生空転。為了不産生空転並得到強大的牽引力、増加動軸数是比較可行。
　伴着牽引力的増加、動軸数也増加。動軸数（固定軸）増加的話将無法通過急曲線或急分岐、有実用上的限界。

[373tokai]

　出力和火床面積、従輪 ： 汽缸的蒸気是由Boiler供給。而蒸気発生量、是燃料燃焼量経熱伝導来決定。而燃焼量是由火床或火格子的面積来決定。所以、在蒸気機関車基本性能的数値上是以火床或火格子的面積来表示。
　拡大火床面積可由加寛・加深的工作来達成。火床面積的加深、因人力投炭、有実用上限界。火床面積的加寛又有狭火室・広火室之分。
　大動輪的場合、在動軸上放置広火室、在重心提高的同時、従火床到火室的高度会使燃焼不好。這時設計上、火床須往没有動軸的後位置移動並降低高度、因延伸到動軸後、必須有個車軸来支持此重量。這是従輪必要性的原因。

[373tokai]

　高速操舵性 ：線路的建設精度低且多急曲線的話、機関車車輪是会因在弯曲線路上左右晃動。此時、大軸重車輪的flange損耗会変大。flange損耗的話可由車輪研削来修正。蒸気機関車的動軸是１組独立的装置、且由rod連結；研削時須一起研削、以達到毎一個動輪一定要相同的精密度、即使動輪flange的損耗程度都不同也是須一起研削、非常不経済。
　但在動輪前方設置小軸重可独立転向的車軸、在進入弯曲線路時、因機関車重心慣性原理可使動輪組産生追従作用、如此ー来可降低・延長動輪組因flange損耗須一起研削的問題。這是設置先輪的原因。
　為了抑制先輪flange的摩耗到最小程度、和動軸分開並可独立転向是最好。在初期、独立的先輪是採用転向架装置的方法、先輪也変為２軸。
　如果１軸転向架先輪的転向中心和動軸群中心可吻合的話、可以採用１軸先輪。可是、因必要精密度確保困難、高速機的２軸先輪是在最後才被採用。

　在蒸機的時代、機関車開発・設計是在没有電脳演算的情況下進行、維修是没有先進的工作機可以輔助、札実苦労的工夫真是令人敬佩。

[賴崇瑋]

十分感謝373tokai兄的精闢解說！！
使我如雷貫耳有醍醐慣頂之效
如此深奧的道理原來是如此啊！
Tokai兄謝謝你！！

[佐藤雅彥]

D51,C57是,戰前我國完成性的國產蒸汽火車頭。
我小時候,看過幾次"開發D51"的故事。

戰前,我國國內還使用明治時代的蒸汽火車的路　還多。
但出口台灣最新火車頭了。

以下我手工改造的HOCT270。

[373tokai]

　不用客気、有一些名詞我不知中文的正確翻訳和日本漢字的関係、無法表現、対不起。在這里能和先輩・後輩相互交流是ー件快楽的事。
　和追求速度的現代形車両相比、在一個科技不甚発達的時代里、蒸気機関車的構造原理簡単、但背後的東西很深奥。ー個吐着黒煙的大鉄塊・圧力鍋、魅力無限！