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寒さで車輪が回転不能に!? 厳寒期に起こる車輪の氷結・固着問題

今回の記事は、冬にまつわる鉄道雑学です。北海道や東北、日本海側などの雪が多い地域において、厳寒期に鉄道を悩ませる問題について紹介します。

一言でいうと、車輪が回転しなくなる問題です。

車両構造の知識 車輪と制輪子

厳寒期になると、車輪が回転しなくなる。これ、どういうことでしょうか?

簡単に言えば、夜中の低温で車輪が氷結・固着するのです。

これを理解するためには、鉄道車両の構造を少し知っておく必要があります。↓図をご覧ください。

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車輪部分のイメージ図

車輪はおわかりですね。
「制輪子」とはブレーキのための部品です。ブレーキ時は制輪子を車輪に押し付けることで、摩擦によるブレーキ力を発生させます。

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摩擦力で車輪の回転を弱めてブレーキ

 

車輪と制輪子に付着した水分が夜中の低温で氷結する

夜間停泊で車両を置いておく際は、ブレーキを掛けた状態にしておかなければいけません。ノーブレーキだと、車両が動いてしまいますからね。

ブレーキを掛けた状態、つまり、制輪子を車輪に押し付けた状態です。

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夜間停泊時は、車輪と制輪子が接触した状態になっている

ところが、車輪と制輪子の周辺に付着した雪や水分が、夜間の低温で氷になります。朝を迎えるころには、車輪と制輪子がすっかり氷結・固着状態……というのが、厳寒地での“お約束”です。

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夜間の低温で車輪と制輪子が氷結。ちなみに、車輪とレールが氷結・固着することもある

この状態になると、車輪が回転不能に陥ってしまいます。当然ですが、車輪が回転不能だと、車両を動かす(起動させる)ことができません。始発列車を運転できなくなってしまいます。

車輪が固着したまま無理に走ると「フラット」が生じる

回転不能な車輪が一部だけなら、正常な車輪のパワーで強引に起動させることはできなくはありません。が、それはNGです。

というのも、車輪が固着したまま車両を走らせると、固着車輪を“引きずって”しまいます。引きずりながら走ると、車輪とレール、金属同士が強く擦れるので、キズや異常摩耗につながるのですね。

車輪が部分的に平らに削れてしまう「フラット」という現象も発生します。

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車輪の一部が平らに削れてしまうフラット

フラットが生じた車輪は円形でなくなるので、スムーズに回転しなくなり、走行時に振動が発生します。乗り心地が悪いのはもちろん、下手をすると振動で機器が故障したり、最悪、床下機器が落下して大事故につながりかねません。
(というか実際、そういう事故事例は存在します)

というわけで、氷結・固着した車輪は、頑張って回転可能な状態にしなければいけません。乗務員は、氷結部分を棒で叩いて氷を落とし(剥がし)たり、温風機で氷を融かしたりと、朝から重労働。たたでさえ睡眠不足なところに、寒い外気に晒されながらの作業になります。

対応策の一つ 耐雪ブレーキの摩擦熱で水分を蒸発させる

朝から乗務員が重労働になったり、最悪始発列車が運転できなくなったりと、車輪の氷結・固着問題は重大です。何か防ぐ方法はないのでしょうか?

水分があるから凍る。裏を返せば、そもそも水分がなければ氷結は起きない。であれば理屈的には、車輪と制輪子の間に水分を介在させない、つまり乾燥した状態にしておけば、氷結は起きないわけです。

「車輪と制輪子の間の水分を飛ばす」ためのテクニックがあります。耐雪ブレーキを使用しながら走ることです。

耐雪ブレーキという言葉が出てきましたが、これは自転車でたとえれば、ブレーキレバーを軽く握りながら(=軽いブレーキを掛けながら)走行することです。

耐雪ブレーキをONにすると、ブレーキシリンダーに少しだけ空気が入り、車輪と制輪子が軽く触れた状態になります。早い話、ごく軽いブレーキが掛かるわけです。

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耐雪ブレーキONだと、車輪と制輪子が軽く触れた状態になる。車輪と制輪子のスキマをなくす

この「車輪と制輪子が軽く触れた状態」を作る目的は何か? 第一義としては、走行中に巻き上げた雪が車輪と制輪子の間に入り込み、ブレーキが効かなくなる「雪噛み」を防ぐためです。

で、この雪噛みを防ぐのが耐雪ブレーキですが、実は副次的な効果もあります。それが車輪と制輪子の間の水分を飛ばすこと。

どういうことかというと、車輪と制輪子が軽く触れたまま走行するので、摩擦熱が発生します。この摩擦熱で付着した雪を融かしたり、水分を蒸発させたりできるのです。

夜間停泊する駅の十数kmくらい手前から、耐雪ブレーキを使用しながら走っておくと、摩擦熱で車輪・制輪子の水分を蒸発させることができ、翌朝の氷結を軽減させる効果があります。

寒冷地のダイヤを守る鉄道マンに敬礼 (*`・ω・)ゞ

車輪凍結への対抗策を紹介しました。これはあくまで一例で、研究や工夫は他にもいろいろあります。

北海道や東北、日本海側のように大雪が降る地域では、冬の早朝にダイヤを守るため、鉄道マンが苦労しています。こうした苦労は表立って伝えられることはないですが、そのような事実を知ると、冬の鉄道を見る目が少し違ってくるかと思います。


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