客車列車と電車

質問

客車列車は電車と比べて加速、減速が劣るので過密な
ダイヤの路線では前後の列車間隔があいてしまいますね。
客車列車は加速性能が劣るのはわかるのですが
減速するのが電車より劣るというのがよくわかりません。
貨物列車なら積荷の重さがあるので電車より減速性能が
劣るのはわかります。客車列車も電車と同じく全車両に
ブレーキがかかって減速するのに何故減速性能が劣るので
しょうか？ご存知の方教えてください。

回答No.6

tetsu3M

運動物体の質量をＭ・速度をＶとしたとき、運動量はＭＶ、運動エネルギーは1/2ＭＶ2となるのはご承知のことと思います。同じ速度で走っていても、その質量が大きくなると運動量や運動エネルギーは大きいものになっています。
走っている列車も運動物体であり、このエネルギーの法則が適用されます。電車や旅客列車を制動させるときの制動距離も制動力が同じであれば、この運動エネルギーの法則からＭが小さい方が短くなります。
これがまず一つの要因です。

　次に皆さんのお話のようにブレーキ装置の問題があります。
鉄道車両のブレーキは空気ブレーキが主体で、その方式の歴史を辿りますと、自動ブレーキ、電磁直通ブレーキ、電気指令式ブレーキと進化してきました。また、増圧装置や空走制御装置などの開発や改良もありました。
「列車の制動力は、線路のこう配及び運転速度に応じ、十分な能力を有するものでなければならない。」という鉄道に関する技術上の基準を定める省令があります。十分な能力とはそれ以前にあった鉄道運転規則の「非常制動による列車の制動距離は、600m以下としなければならない。」というのがあり、列車の最高速度を制限してきましたが、列車の速度向上の歴史とは、制動技術の歴史でもありましょう。

　電車に於けるブレーキは、空気ブレーキだけでなく、電動車の発電ブレーキや回生ブレーキを常用とする方向へ変わってきました。また付随車はディスクブレーキを装備するようになってきました。現在の電車の一般的な傾向として、高速域においては回生ブレーキ、低速域に於いては空気ブレーキとする回生ブレーキ併用電気指令式ブレーキ方式となってきています。
電車に於ける高速性と高加減速のためブレーキ装置は絶え間なく改良を続けられています。

　一方、旅客列車では、20系に於いて電磁直通ブレーキが採用され、時速95km/hから110km/hにアップされて以来ほとんど変化や進化はありません。もっとも、現在自動ブレーキは一部のイベント列車かトロッコ列車に残るのみです。
もう旅客列車に於いてこれ以上の高速や高加減速を求めるのを諦めた方針と受け止められます。

　このように電車と旅客列車とではその減速度に於いて差が付いています。
一つの例として、非常制動を掛けた場合の制動係数に基づく制動距離の割合として、電車0.7：旅客機関車列車１の比率があります。また貨物列車では旅客列車の4/3とされています。この数値はATS地上子の設置位置の決定などに用いられているようです。

お礼

詳しく教えていただきありがとうございます。
たいへん勉強になりました。

回答No.5

pullmandsg

具体的な理由は他の方が書いているとおり、ブレーキシステムに差があるせいなのですが、その理由として日本が過密路線向けの通勤用客車の開発をしていないので、「日本の」客車列車は加速と並んで減速度もあまり重視されていない、という点も考慮すべきかと思います。

　必要であれば客車でも高加減速は可能で、日本の私鉄電車のブレーキの一部（電磁直通ブレーキの一部）はアメリカの客車用のブレーキをそのまま電車用に転用したものだと聞いたことがあります。また、ヨーロッパでは都市の通勤列車でも客車が多いので、高出力の機関車を活用して、比較的高加減速な運用も行なっているようです。ブレーキの詳細は残念ながら正確なところはわからないのですが、加速に関しては日本の通勤電車を超える水準のものもあるようです。

動画投稿サイトで「京急を超える」と話題のオーストリア国鉄近郊列車の加速の様子
http://www.youtube.com/watch?v=iCtrV6Lz8os

お礼

ありがとうございます。高加減速できる客車もあるんですね。
初めて聞く話でびっくりしました。

回答No.4

townser

詳細は＃３さんが回答されているので私はもっと概念的に回答します。

誤解を恐れずに結論を書けば、

客車：バケツリレー方式で先頭車から順番に、ブレーキをかけるのに必要な圧縮空気を貰う、直列方式
電車：各車両が自分で持っている圧縮空気を使ってブレーキをかける、並列方式

という違いのため、客車のほうが応答速度が遅く、客車は電車に比べて、減速性能が低くなる、という回答になります。

イメージとしては、1両には1リットルの水槽が用意されているならば、10両編成なら全部で10リットル分の水槽があるということになります。ブレーキをかける＝水槽に水を満タンにする、ということに等しいため、客車の場合は先頭車（機関車）にしか蛇口（空気ダメ）がないため、１リットル/１分なら、10リットルを溜めようと思えば10分かかってしまいます。
しかし電車の場合は、1両ごとに蛇口（補助空気ダメ）があるので、おなじ１リットル/１分でも１分で済んでしまいます。

この9分の差が、減速性能の差になる、ということです。（かなり概念的に書いたので実際は異なります）

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客車のブレーキシステムは自動ブレーキシステムです。ブレーキシステムはなにもしないと車輪を押さえ付ける方向（ブレーキをかける方向）に力をかけています。このままだと走れないので、自動ブレーキ管に空気を込めて、車輪からブレーキシュー（制輪子）を離す方向に力をかけます。
ブレーキをかけるときは、機関車の操作によって自動ブレーキ管の空気を抜いていくと、車輪を押さえ付ける力＞車輪から引き離す力となり、結果、制輪子が車輪に押さえ付けられてブレーキが動作します。
この方式の利点は、なんらかの事故で自動ブレーキ管に穴が空いたときは空気が抜けるので自動的にブレーキがかかる（＝フェールセーフ）ことと構造が簡単なことです。

しかし欠点もあって、機関車の操作で自動ブレーキ管から空気を抜き取るのに時間がかかってしまうのです。2両や3両ならともなく10両近くなると、列車の編成長は200mちかくになるので、なかなか空気がぬけません。なので、車輪を押さえ付ける力＞車輪から引き離す力になるのに時間がかかる、すわなちブレーキがかかるのに時間がかかるのです。

電車の場合は上記の自動ブレーキも備えていますが、基本は直通ブレーキシステムというものを用います。これは直通ブレーキ管に圧縮空気を込めて車輪を押さえ付ける力をパワーアップさせて、車輪を押さえ付ける力＞車輪から引き離す力とし、ブレーキをかけるシステムです。ただしこの方式でも編成長が長くなると応答速度が遅くなってしまいます。
そこで、開発されたのが電磁直通ブレーキシステムです。これは先頭車でブレーキハンドルを操作すると、電気信号で各車両に用意している補助空気ダメのコックを開き、直通ブレーキ管に圧縮空気を込める、というものです。

従来の直通ブレーキは先頭車両から順番にバケツリレーのように圧縮空気がやってくるので応答速度が遅かったのですが、電磁直通ブレーキは各車両それぞれが自分で持っている補助空気ダメの圧縮空気を用いるので、バケツリレーをしなくて済む分、タイムロスがなくなりました。なので応答速度が速い＝減速性能が高いのです。

現在はさらに開発が進み、また他の方の回答にもあるとおりモーターを発電機として利用することで電気的なブレーキをかける電気ブレーキシステムもあるため、減速性能の差はさらに広がっていいます。

お礼

わかりやすく御説明いただきありがとうございます。
今までモヤモヤしてたのがスッキリしました。

回答No.3

travelKENKEN

客車列車と電車というよりは、ＪＲグループで使われる電車と客車では、という問題ですね。

現在の客車列車は、自動ブレーキというシステムが基本になっているため、基本的には空気圧でブレーキを制御してます。一方、昔の電車は客車と同じ自動ブレーキでしたが、後に電磁直通ブレーキが標準になり、現在では電気指令ブレーキとより高度なブレーキシステムとなっています。

実は、国鉄が電車特急を開発している時代、並行して高速客車の開発も行っており、電磁直通ブレーキを採用する予定でした。電車特急実用化の目途が付いたので高速客車特急の開発は中断し、新型のブレーキシステム導入は見送られたわけです。むろん、自動ブレーキを基本にしながら、対応速度の高いブレーキは導入されており、以前よりも客車列車の最高速度は向上してます。

あとは、電車特急はモータ付きの車輪がたくさんあります、実はモーターというのは走るときだけでなくブレーキにも使います。モーター付きの車輪が多いことはブレーキの面でも有利なのです。

例えば新幹線では、高出力モーターを採用して、付随車というモーター無しの車両を増やす方向にありました。東海道・山陽新幹線では、100系ではモーター無しの車が16両中4両であったのに対し、「のぞみ」用300系では16両中6両がモーターなし。しかし、300系の開発によって、モーター無しの車に所定ブレーキ力を持たせるためにはモーターよりも重いブレーキ装置が必要であることがわかり、それならばむやみに高出力モーターを採用してモーターを減らす必要はないと車両の設計思想が変ってます。これは極端な例ですが、モーターもブレーキには重要な要素である事を示してます。

フランスのTGVなど欧州に高速車両は、開発当初は電車よりも機関車＋客車に近いシステムでしたが、代替わりのたびに日本の新幹線電車に近いシステムに変っており、これもブレーキ力の問題だと言われています。

お礼

詳しく教えていただきありがとうございます。
編成中のモーターの数の違いは、大きく関係
ありそうですね。あとブレーキの方式の違い
だったんですね。

回答No.2

noname#109588

質問者様は乗られたことはないのでしょうか？
一度でも乗ったことがあるのならこのような疑問は体感としてわかるはずなのですが・・・・
確かに客車列車は止まるのにも時間がかかります。

電車と客車では使用されているブレーキの種類が違い、客車の方が応答が悪いからです。

電車では２０５系から電気指令式のブレーキが採用されてます。
客車両へのブレーキ指令情報は電気信号で伝達され、細かく制御できます。

客車の場合は自動空気ブレーキと言って、圧縮空気を使って指令を伝える方式です。
空気で指令を伝えるので細かい指示はできません。
それに、電車のようなパイロットランプ（戸閉灯）は機関車についてませんので
車掌と機関士が無線で連絡しあうのでどうしても電車より機敏さに欠けてしまうのです。

お礼

どうもありがとうございます。

回答No.1

URD

電車では電気指令式ブレーキやM車による回生ブレーキで、編成長さにかかわらずブレーキ操作に応じて瞬時に均等にブレーキ力がかかるから
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E6%B0%97%E6%8C%87%E4%BB%A4%E5%BC%8F%E3%83%96%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%82%AD

お礼

どうもありがとうございます。