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梅原淳「たかが鉄道、されど鉄道」

鉄道、なぜ機関車は引張力の50倍の重さの列車を動かせる?鉄道、隆盛の秘密はレール?

文=梅原淳/鉄道ジャーナリスト
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「Getty Images」より

 当欄前回の『鉄道の車輪、なぜ外側は内側より少し小さい? レールに触れる部分の幅はたった65mm?』はおかげさまで多くの方にお読みいただいた。御礼を申し上げるとともに、時節柄軽い内容が好まれるのだと感じ入った次第だ。そこで今回もあまり重くない鉄道の話を紹介しよう。

 筆者は職業柄、鉄道に関する疑問に回答する機会がある。鉄道の車両はなぜレールの上を走っているのかという質問、それから鉄道はどのようにして誕生したのかという質問は結構多い。2つの質問に関連はないように見えるが、実は深いつながりがあり、そして鉄道の特性をよくとらえていると筆者は考える。読者各位にも参考になると思われるので紹介しよう。

 今日の鉄道にはさまざまな種類のものが見られる。そうしたなか、国内で一番多いのはやはり鋼鉄製のレールの上を鋼鉄製の車輪を装着した車両が走る一般的な形態の鉄道だ。国内では2019年3月31日現在で延べ3万5900.1kmの区間で鉄道の営業が行われているなか、レールが敷かれている鉄道は3万5611.7kmあり、全体の99.2パーセントを占める。残る288.4km、0.8パーセントは何かというと、ゴムタイヤを装着した車両が鋼鉄製やコンクリート製の軌道を走るゴムタイヤ式地下鉄やモノレール、新交通システム、トロリーバス、それから磁石の力で浮き上がりながら前に進む磁気浮上式鉄道だ。

 レールが敷かれた鉄道はさまざまな利点をもつ。なかでも最大のものは、レールと車輪との間の摩擦が少ないため、比較的小さな力で車両を移動させられるという点であろう。

 JR貨物は貨物と貨車とを合わせた重さで最大1380トンの貨物列車を運転している。牽引している機関車のうち、同社のEH200形という電気機関車は強力仕様で、8基装着されたモーターの出力は合わせて4520kWだ。三菱ふそうバス・トラックが製造しているトレーラー牽引用のトラクターを見ると、最も出力の大きいもので338kWだというから13倍あまりにも達する。

 いま挙げたEH200形がどのくらいの重さのものを動かせるのかという指標を引張力(ひっぱりりょく)という。この機関車の引張力は271.8キロニュートンで、換算すると2万7716重量キログラムとなる。単純に言うと、27.7トン余りの物質を引っ張る力をもつという意味だ。つまり、EH200形が備えている引張力は貨物列車の重さである1380トンのわずか50分の1に過ぎない。

 EH200形がなぜこれだけ小さな引張力しか持っていないかという理由は一言で言える。レールと車輪との間に生じる摩擦が小さいため、少ない力で貨物列車を引くことができるのだ。

 鉄道の車両が平坦なレールの上を時速20kmで走行しているときに生じる走行抵抗は車両の重さ1トン当たり9.8ニュートン程度だという。EH200形が引く最も重い貨物列車の重さは1380トン、EH200形自体の重さは134.4トンと合わせて1514.4トンだから時速20kmでの走行抵抗は1万4851ニュートンとなり、換算すると約15キロニュートンだ。実を言うと、1380トンの貨物列車の最高速度である時速95kmでも40キロニュートンで、EH200形が備えている271.8キロニュートンの15パーセントほどしか使わなくてもよい。

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