パブリックドメイン古書『きかんしゃメンテナンスのすべて』（1885）を、ブラウザ付帯で手続き無用なグーグル翻訳機能を使って訳してみた。

　原題は『Locomotive Engine Running and Management』、著者は Angus Sinclair です。
　専ら、米国内の鉄道機関士や整備士たちのために書かれています。

　例によって、プロジェクト・グーテンベルグさまに御礼をもうしあげます。
　図版は省略しました。
　索引が無い場合、それは私が省いたか、最初から無いかのどちらかです。
　以下、本篇です。（ノー・チェックです）

*** プロジェクト GUTENBERG 電子書籍機関車の運転と管理の開始 ***
転写者のメモ

大きな図（図12など）は、画面に合わせて縮小される場合があります。ほとんどのブラウザでは、ウィンドウを拡大するか、画像を右クリックして「画像を開く」または「画像を表示」（ブラウザによって表示方法が異なります）を選択すると、より大きく詳細な画像を見ることができます。ブラウザに虫眼鏡アイコンが表示された場合は、もう一度クリックすると画像がフルサイズで表示されます。

機関車の
運転と管理：
機関車エンジンに関する論文、

さまざまな種類の列車を経済的かつ迅速に運行する際のパフォーマンスを示します。また、機関車とそのすべての接続部分の
ケア、
管理、修理に関する指示も示します。

による

アンガス・シンクレア

米国機関車技術者同胞団会員、
米国機械技術者協会会員、
米国鉄道技師長協会準会員、米国海軍協会
準会員
など。

第10版。

ニューヨーク:
ジョン・ワイリー・アンド・サンズ.
1888.

著作権1884
JOHN WILEY & SONS。

マサチューセッツ州ボストンの
RAND, AVERY, AND COMPANY により電鋳・印刷されました。

iii

序文。
機関士という職業に従事していた頃、私は機関車の運転中に、その動作について、完全には理解できない奇妙な点をしばしば観察しました。原因なくして結果は生じないということを、初めて機関車に乗る前から十分に理解していたため、調査もせずに理解できない事柄を受け入れることに満足感を覚えることはなく、機関車の作動に関する事実を書き留める習慣が身につきました。そして、完全には理解できない事柄があれば、後でじっくりと研究しようと考えたのです。数年前、機関車の運転を辞め、アイオワ州にあるバーリントン・シーダーラピッズ・アンド・ノーザン鉄道の機械本部で機関車庫の責任者に就任した後も、この記録は続けられました。作業は、運転中の機関車の通常の修理、当時慢性的に電力不足だった路線の交通需要に対応するために機関車を急いで準備するための緊急修理、そして数多くの故障の診断など、多岐にわたりました。iv 機関車が罹患する病気に関する膨大な資料は、膨大な量の記録に十分な材料を提供しました。そして、それらの記録が本書の素材となりました。

当初の意図は、機関車のエンジン運転だけに関する本を出版することで、その作業の最初の部分はその考えを念頭に置いて準備されました。しかし、記事が完成する前に、私はAmerican Machinistの編集スタッフに加わりました。その新聞社のやり取りから、エンジニア、機械工、その他の人々の間で、機関車の修理と保守に関連する多くの操作に関して、分かりやすく示された情報に対する切実な需要があることを私は確信しました。この需要に応えるために、「バルブモーション」の章と本のその後のすべての部分が執筆されました。その内容の大部分は、もともとAmerican Machinistのページ用に執筆されましたが、後に本のために再編成されました。

エンジニア、機関助手、機械工、そして機関車関連に関心を持つ方々のために本書を執筆するにあたり、あらゆる論点を、読者が一文一文を容易に理解できるよう丁寧に扱うことを目指しました。機械工学における初歩的な問題以外のことについては、一切指導しようとはせず、提示されるすべての問題は可能な限り簡潔に扱っています。

情報を得るために本を利用する習慣v 仕事に関する知識は、この学問の盛んな国で、技術者や機械工の間で急速に広まっています。本書は、その助けとなることを願って出版されました。ソクラテスのように、他者の記録された経験から知識を求める人々こそ、近い将来、我が国の進歩の歩みにおいて指導的立場を占める人々です。自己啓発という険しい道を真剣に登り詰めているそのような人々に、本書は敬意を込めて捧げます。

アンガス・シンクレア。

ニューヨーク市、
1885年1月1日。

第 3 版への序文。
鉄道業界と技術系出版社の皆様には、拙著を温かく受け止めていただき、心より感謝申し上げます。初版発行から3ヶ月以内に第三版を刊行する必要があったということは、本書が求められていたことの証です。

現在の版では、いくつかの誤りを訂正し、本の価値を高める必要な変更を加えました。

アンガス・シンクレア

ニューヨーク、1885年4月6日。

コンテンツ。
第1章
ページ
エンジニアとその職務 1
良いエンジニアになるために必要な特性。—エンジニアリングの知識とスキルの習得方法。—機関車エンジニアに対する一般の関心。—無知と知識。—アメリカでは読み書きのできないエンジニアは歓迎されない。—エンジニアの職務の重要性の高まり。—アメリカのエンジニアの個性。—階級向上の必要性。—エンジニアのスキルが運営費に影響を与える。—自己啓発の方法。—工場の運営の観察。—無知が破滅を招いた場所。—書籍の学習に対する偏見。—書籍から得られる知識の種類。
第2章
機関士の養成方法 11
機関車を運転するには信頼できる人材が必要だった。—機関車技師を養成する初期の方法。—機械工や技術学校卒業生から技師を養成する慣行は満足のいくものではなかった。—経験から、機関士は最高の技師であることがわかった。—夜間や悪天候での機関車運転の難しさ。—どのような人が機関士として選ばれるか。—現代の機関士選抜方法。—最初の旅。—機関士の職務に関する一般的な誤解。—機関士の職務を学ぶ。—優秀な機関士は優秀な技師になる。—技師の職務を学ぶ。—経験の浅い者を克服する機関車の運転条件。—×機関車を走行可能な状態に保つ。—主要路線での昇進方法。—合格すべき試験の性質。—若者をエンジニアとして教育する最良の方法に関するマスターメカニック。
第3章
機関車の検査 30
機関車検査官。—優秀な機関士は自分の機関車を検査します。—機関車の系統的検査を怠るとどうなるか。—検査から得られる運行上の自信。—ピットでの検査。—外部検査。—オイルカップ。—走行装置の検査。—ボイラーへの注意。—その他の注意。—徹底的な検査の報酬。
第4章
旅の準備 39
蒸気の上昇。—ボイラーの焦げ付きに対する予防措置。—火起こし。—火夫の第一義務。—火格子の保全。—備品。—機関士の第一義務。—適切なタイミングで機関車に到着する。—機械への給油。—各種ベアリングに必要な油の量。—機関室を出る。
第5章
高速貨物列車の運行 48
貨物列車の運行。—機関車。—列車。—区分。—引き出し。—リンクを元に戻す。—蒸気を膨張的に動かす。—ショートカットオフの利点。—経済的な作業に最適なボイラー圧力。—低い蒸気で運転する。—スロットルレバー。—火災の管理。—良好な燃焼を要求する条件。—最高級の消防士。—優秀な消防士の科学的手法。—中程度の消防士。—どうしようもなく下手な消防士。—燃焼不良の責任は誰にあるか。
11
第6章
丘を登る 61
急勾配で列車を登らせるために必要な特別な技術と注意。— 勾配の準備。— 丘を登る作業。— 車輪のスリップ。— 砂の使用方法。— 滑りやすい機関車。— ボイラーへの燃料供給。— ポンプとインジェクターの選択。— 蒸気計にボイラー温度の低下が示されない。— 不適切なボイラー燃料供給の影響。— 慎重な燃料供給と点火によりボイラーを保護する。— ダンパーの操作。— 過剰な空気による熱損失。— 不良ダンパーによる熱損失。
第7章
旅の終わり 74
一般線での走行。—停車場所。—列車権利に関する知識。—駅への接近および通過時に遵守すべき注意事項。—最善の規則は適切な判断によって補完されなければならない。—単線を安全に運行する。—機関士にとっての不安の原因。—道路に関する知識。—旅行の最終的な義務。
第8章
高速旅客列車の運行 82
平均速度。—ジャージーシティとフィラデルフィア間の速度。—高速機関車の要件。—火を起こす。—旅行の準備。—牽引する列車。—スタート。—列車を道路上に出す。—機関士の仕事のやり方。—優秀な機関士となるための資質。—火入れの方法。
第9章
強蒸気エンジン 92
機関車が自由に蒸気を発することの重要性。—蒸気機関車の良質化に不可欠な要素。—蒸気機関車の良質化を妨げる原因12蒸気。—ペチコートパイプ。—煙突。—通風の障害。—油による網の詰まり。—煙突シート上の珪素質の堆積。—拡張された煙室。—蒸気管の漏れ。—火格子の欠陥。—石灰、スケール、泥。—ボイラー内の泥の堆積の防止。—漏れている煙突の一時的な修復。—適切な管理によりエンジンから蒸気が出る。—ボイラーへの断続的な給水。—ピストンのクリアランスが大きすぎる。—不適切な比率の煙突。—排気ノズル。
第10章
水分不足。—ポンプ障害 109
トラブルは自然エネルギーを生み出します。—水不足は深刻な問題です。—水不足への対処法。—水位計の監視。—駅間で炭水車が空になっている場合の対処法。—難しい立場。—ストレーナーの監視。—ポンプの手入れ。—ポンプの状態をテストする方法。—ポンプバルブのリフト。—パイプをしっかりと締め、パッキングを整頓します。—ポンプ室内に砂が入っています。—石灰沈殿物で吐出口が詰まっています。—ポンプの小さなトラブル。
第11章
インジェクター 119
インジェクターの発明。—インジェクターの仕組みの解明。—インジェクターの動作原理。—インジェクターのさまざまな形式。—インジェクターとして機能するヒーターパイプ。—インジェクターの修理に必要な技術と反省。—インジェクターの手入れ。—故障の最も一般的な原因。—インジェクターを良好な状態に保つ方法。—インジェクターの奇妙なトラブル事例。—一般的な欠陥。—冬季のインジェクターの手入れ。—セラーズインジェクター。—ネイサン製造会社のモニターインジェクター。—コルティングインジェクター。—ハンコックインスピレーター。
13
第12章
ボイラーと火室 136
機関車ボイラーの手入れ。—安全率。—ボイラーの爆発。—ボイラーの保全。—ボイラーの損傷。—泥とスケールの危険性。—ボイラーの吹き飛ばし。—過圧。—過圧の解放。—破裂した煙道。
第13章
バルブモーションの事故 143
摩耗したエンジンの運転。—注意とエネルギーは敗北に挑む。—排気を観察する。—注意深い耳はバルブの劣化を察知する。—4つの排気音の位置を特定する。—蒸気の音で欠陥を特定する。—排気からの警告音に注意することで事故を防ぐ。—警告を無視する。—偏心ストラップが火室に穴を開ける方法。—エンジニアのバルブ動作への関心。—バルブ動作のトラブル。—誤った結論。—バルブ動作の欠陥の位置を特定する。—偏心器の位置ずれた偏心器の設定方法。—ずれた偏心器ロッド。—排気不良の原因を特定する。—偏心器、ストラップ、またはロッドが破損した場合の対処法。—さまざまな固定方法クロスヘッド。—タンブリングシャフトの破損。—バルブステムまたはバルブヨークの破損。—ロッカーシャフトまたは下部ロッカーアームの破損。—バルブ動作に関するその他の事故。—蒸気室カバーの破損。—蒸気管の破裂。—バルブのテスト。
第14章
シリンダーと蒸気接続部の事故 162
機構列におけるピストンの重要性。—シリンダーヘッド破損の原因。—シリンダーヘッド破損は多くの場合予防可能です。—メインロッド破損時。—クランクピン破損。—スロットル切断。—スロットル切断時のバルブへの注油。—スロットル切断の原因。—乾燥したパイプの破裂。—その他のスロットル事故。—作動部品の衝撃。—衝撃の原因。—謎の衝撃箇所の特定。
14
第15章
軌道外。走行装置の事故 172
置き去りにされる。—突然の緊急事態に対処する。—危険時に貨物列車を停止させる。—加熱面を保護する。—機関車を線路に載せる。—走行装置を理解する。—駆動スプリングの破損。—イコライザーの破損。—トラックの事故。—フレームの破損。—駆動車軸、ホイール、タイヤの破損。
第16章
コネクティングロッド、サイドロッド、ウェッジ 182
機関車のロッドの手入れ。—コネクティングロッドの機能。—不適切な取り付けの影響。—打撃点とクリアランス。—路上でのロッドの監視。—サイドロッド。—サイドロッドの調整。—サイドロッドのキーイング。—欠陥を見つけるのが難しい。—駆動ボックスとウェッジの打撃。—ウェッジを適切に取り付けることの重要性。—半円形の真鍮の影響。—ウェッジをセットアップする際のボックスの位置。—ボックスとウェッジを清潔に保つ必要性。—考慮すべきボックスの温度。—乗り心地の悪さを引き起こす小さな障害。
第17章
バルブモーション 199
機関車のスライドバルブ。—スライドバルブの発明と応用。—スライドバルブの説明。—初期のスライドバルブ。—外側のラップ。—ラップの影響。—内側のラップ。—通常採用されるラップの範囲。—ラップの最初の適用。—アレンバルブ。—アレンバルブの利点。—アレンバルブの価値が証明された事例。—内側のクリアランス。—リード。—シリンダー内の蒸気の作動。—シリンダー内の背圧。—内側のラップが大きすぎる場合の影響。—坂道への進入。—圧縮。—偏心器の定義。—偏心器の初期の適用。—ピストンとクランク、スライドバルブ、および偏心器の相対運動。—クランクを廃止する試み。—バルブの動き。—ラップの影響15偏心器の位置。—偏心の角度前進。—コネクティングロッドの角度。—コネクティングロッドの角度がバルブの動きに与える影響。—バルブの動きの研究に役立つ情報。—ピストンストロークの事象。—エンジンを逆回転させるとシリンダー内で何が起こるか。—逆回転時のストロークの事象。—ドライパイプにおけるリリーフバルブの目的。—逆回転をブレーキとして使用する。
第18章
シフトリンク 229
初期の逆転動作。—リンクの発明。—シフティングリンクの構造。—リンクの作用。—高速旅客機関車のバルブ動作。—バルブ移動量変更の影響。—リンク動作の弱点。—バルブ移動量を減少させると膨張周期が長くなる理由。—偏心スローがバルブに与える影響。—作動部品の調和。—リンクの調整。—リンクのスリップ。—リンクの半径。—リード増加。
第19章
バルブの設定 246
バルブ設定を学ぶ人々。— バルブ設定を学ぶ最良の方法。— 準備作業。— 偏心ロッドとリンクの接続。— バルブステムのマーキング。— バルブロッドの長さ。— 死点の位置特定に不可欠な精度。— 死点の検出。— ホイールの回転と偏心ロッドの移動。— リード開口部による設定。— カットオフポイントの確認。— カットオフの調整。
第20章
リンクモーションのレイアウト 257
予備的説明。—使用される用語の定義。—条件。—リンクモーションのレイアウトに関する問題。—ピストンがフルとハーフにあるときのクランクの位置を見つける。16ストローク。—下部ロッカーアームの運動中心線とオフセット量を求めます。—ピストンがフルストロークとハーフストロークにあるときのクランクピンと偏心装置の相対位置を求めます。—偏心ロッドの正しい長さを決定します。—サドルピンの中心の位置を求めます。—リフティングシャフトの中心の位置とそのアームの長さを求めます。—機関車の寸法。
第21章
スティーブンスバルブギア 287
動作の説明。—動作の配置。—バルブの動作。—バルブステムとスタッフィングボックス。—バルブの動作を制御する方法。—排気リードを制御する方法。
第22章
ジョイバルブギア 292
動作の説明。—このギアをアメリカの機関車に適用する方法。—構築手順。—ラップとリードを調整する方法。—動作の利点。—動作の動作。—動作の中心線を定める規則。
第23章
蒸気機関インジケーター 303
表示器の目的。—計器の説明。—表示器の操作。—ダイヤグラムの線。—ダイヤグラムの分析に必要なデータ。—機関車に表示器を設置する利点。
第24章
ウェスティングハウスのエアブレーキ 309
ウェスティングハウス大気圧ブレーキの発明。—発明の明確な分類。—列車の乗務員に与えられた利益17優れたブレーキ。—ウェスティングハウス大気圧ブレーキの最初の試験。—ウェスティングハウスブレーキを採用した最初の鉄道。—大気圧ブレーキの概要。—東部鉄道がウェスティングハウスブレーキから距離を置いた理由。—リビア鉄道事故の教訓。—大気圧ブレーキの弱点。—ウェスティングハウス自動空気ブレーキ。—自動ブレーキの人命救助の価値。—ウェスティングハウス自動空気ブレーキを採用した最初の鉄道。—ウェスティングハウス自動空気ブレーキの主要部品。—空気ポンプ。—空気ポンプの仕組み。—エアエンドの動作方法。—空気ポンプの故障。—小さな問題が無知な技術者を克服する。—ブレーキがしばしば作動しなくなる原因は簡単に解決できる。—空気ポンプの手入れ。—ポンプのパッキング。—蒸気通路が詰まる。—エアポンプの修理には賢明さが必要。—エアポンプの徐々に進行する劣化。—ポンプがドキドキする原因。—トリプルバルブ。—トリプルバルブの動作。—ブレーキのクリープオンを防止する。—ブレーキの適用と解除の方法。
第25章
イームズ真空ブレーキ 341
高架鉄道におけるブレーキの効率。—ブレーキの操作。—ダイヤフラム。—エジェクター。—ブレーキの手入れ。
第26章
機関車の出力と列車抵抗 346
機関車の出力計算。— 粘着力と牽引力の比率。— 牽引力の推定。— 機関車の馬力。— 列車抵抗の公式。— エリー鉄道における列車抵抗の実験。— 列車抵抗が増加する条件。— 曲線の抵抗。— 機関車が列車を牽引するときに行われる仕事。— P. H. ダドリー教授のダイナグラフ車による高速列車の記録。— 機関車が牽引できる列車の重量の計算。
18
第27章
機関車ボイラー用水 359
水に石灰が混ざる仕組み。— 悪い水を使うことで発生する費用。— 良質の水を確保するための熟練整備士の努力。— 浄化法への信頼の喪失。— 秤量機関。— 水質を確かめる。— 水質検査に必要な器具。— 実験の準備。— 遊離炭酸によって溶解した石灰。— 石灰塩の検査。— 硫酸石灰の検査。— 炭酸マグネシウムの検査。— 鉄塩の検査。— 塩素の検査。— 検査の操作方法の学習。— 定性検査の実施。— 硬度の石鹸テスト。— クラーク石鹸テストの修正。— 石鹸テストの適用。— 機関車用水の浄化の難しさ。— 泥。— 炭酸石灰。
第28章
機関士試験 376
エンジニアの主な職務。—ボイラーへの水の運搬。—水が不足した場合の手順。—ボイラーの泡立ち。—エンジンの切断。—偏心の滑り。—バルブヨークの破損。—シリンダーパッキンの吹き抜け。—ロッカーアームの破損。—リンクハンガーの破損。—サイドロッドの破損。—スロットルの切断。—タイヤの破損。
1

機関車エンジン作動中。
第1章
エンジニアとその職務。
優れたエンジニアになるための属性。
最も完成度の高い機関車とは、燃料、潤滑油、機械の摩耗、そして走行する線路にかかるコストを最小限に抑えながら、最大の仕事量を達成する機関車です。技術者として最も完璧に近づくのは、最小限のコストで機関車の性能を最大限に引き出すことができる人です。詩人は生まれつきのものであり、後天的なものではないと言われています。同じことは技術者にも言えます。ある人は機関車の管理を数ヶ月しか担当していなくても、その仕事に関する深い知識を示し、機関車から最高の性能を引き出すために必要な取り扱い方について、本能にも似た洞察力を発揮します。一方、機関車以外の事柄では同様に聡明に見える別の人は、機関車について完全に理解することは決してありません。

エンジニアリングの知識とスキルをどのように習得するか。
優れたエンジニアになるために必要な天性の才能を持つ人は、そうでない人よりも、仕事の習得においてより速く進歩するだろう。2 自然は彼を水難事故の救世主として創造した。しかし、一流の機関士を育てるために必要な知識を得るための王道はない。機関車の操縦能力は数ヶ月の練習で習得できる。スロットルを開け、後進レバーを動かすのに、それほどの技術は必要ない。グランドを詰めたり、緩んだナットを締めたりするだけでは、大した成果にはならない。しかし、あらゆる緊急事態に冷静かつ迅速に対処できる機関士の実践的な知識の蓄積は、長年の操舵席での経験と、そこでの熱心な観察によってのみ得られる。

機関車技術者に対する公共の利益。
鉄道制度の黎明期以来、一般大衆は機関車技師の人格と能力に強い関心を寄せてきました。これは当然のことです。なぜなら、これほど多くの生命と財産を安全に守っている職業は他にないからです。

無知と知識。
ヨーロッパにおける鉄道発展の先駆者である二人は、優れた機関士に必要な知的資質について正反対の見解を持っていました。ジョージ・スチーブンソンは、機械科学や物理学に精通し、教養の高い知的な人材を好みました。一方、ブルネルは、頭の中に何もなければ仕事に関する知識を豊富に獲得できるという斬新な仮説に基づき、文盲の人材にも機関士の任用を推奨しました。あらゆる技能試験において、知的な人材が勝利を収めました。

アメリカでは読み書きのできないエンジニアは求められていません。
アメリカでは、無学な技術者や無知な技術者の需要はこれまで一度もありませんでした。人生の重要な部分を駅の上で過ごした多くの男性が、機械工学や社会の最高位にまで上り詰めてきました。機関車の動力の有効性を実証した先駆的な機関車は、国内で最も優れた機械技術者によって運転されました。アメリカの機関車は、その用途に適したエンジンとして、常に世界の他の地域の同業他社を凌駕してきたと認められています。この優位性の大きな要因は、機関車の設計を統括する熟練技師のほぼ全員が機関車の運転経験を持ち、その仕事に最も必要な特性を正確に理解しているという事実にあります。

エンジニアの職務の重要性が高まっています。
我が国の鉄道の安全かつ正確な運行は、常に機関士の細心の注意に大きく依存してきました。鉄道運営の現状は、機関士の責任を増大させる傾向にあります。ブレーキの改良が進むにつれて、機関士の職務は増大し、やがて走行中の列車の運行管理と制御の全てが機関士に委譲されるようになるでしょう。

アメリカのエンジニアの個性。
元鉄道委員長チャールズ・F・アダムス・ジュニアは、様々な鉄道職員の職務適性について書いた著書の中で、「4 各国の鉄道の実際の運行に使用されている設備を比較する上で、決して無視できない要素が一つあります。知性、洞察力の速さ、そして自己管理能力――これらが組み合わさって個性と状況への適応力を構成する――は、各国の鉄道職員の間で大きく異なります。いわゆるアメリカの機関士は、この点において特に優れています。他の国では大惨事を招くと思われているような状況下でも、彼は自分自身と列車の安全を守ることができると信頼されています。

授業改善の必要性。
アメリカの機関車技術者たちは、自らの機械的・知的能力を、世界中のどの国の同僚たちとも自信を持って比較できるが、それでもなお、改善の余地は十分に残されている。彼らが進歩していないとすれば、それは退歩しているということだ。一世代前の仲間を振り返り、「我々は彼らと同じだけの知識しか持っていない」と言う技術者は、自らの階級が後退しているという主張を暗に示している。技術者たちが知的競争で遅れをとっているという、この深刻な非難が向けられるのは、ごく稀な場合に限られる。それどころか、知的・道徳的進歩のために、我々の周囲には実りある努力の兆しが至る所にある。

エンジニアのスキルは運用費用に影響します。
機関士ほど直接的に運行経費に影響を与える鉄道員はいない。日給は5 機関士に支払われる給料は、機関士が機関車の管理の良し悪しによって節約できる金額や無駄にできる金額に比べれば、取るに足らない金額です。無駄にされた燃料、捨てられた潤滑油、破壊された補給品、そして酷使された機械は、機関士が無能な場合、毎月末には膨大な請求書を作り上げます。胸に少しでも男らしさのきらめきを持つ者は、自分の仕事の達人となるよう努めます。そして、この野心に突き動かされて、雇い主の資材を無駄にすることさえ、まるで自分の物資であるかのように熱心に避けるのです。そして、そのような者だけが機関士席に座るにふさわしいのです。

機関士が列車を定刻通りに走らせることができれば、完全に有能であると考えられていた時代は過ぎ去りました。今日では、列車を定刻通りに走らせることさえできれば、一流の機関士とはみなされません。また、最小限の費用で機関車から最大限の仕事を引き出せる知識を持っていなければ、一流の機関士とはみなされません。そのような結果を達成するには、機関車のあらゆる細部を徹底的に理解することが不可欠です。そうすることで、機械全体が調和のとれたユニットとして、衝撃や騒音なく操作できるようになります。熱を節約する様々な方法を深く理解し、燃焼を支配する法則を、火災の制御に適用される限り、十分に理解しておかなければなりません。

自己改善の方法。
この知識は力を与え、人間の本質的な価値を直接高めるものであるが、若い技術者や消防士を目指す人は、6 機関車に関する自己啓発という形に余暇を費やすことは、賢明な古代ギリシャの哲学者ソクラテスの考えと一致しています。若い技術者はこのシステムを有効活用できます。必要な情報を求めることを決して恥ずかしがってはいけません。また、スロットルバルブの開閉方法を知っているからといって、機械に関する知識の限界に達したと考えてはいけません。機関車の原理と経済的な動作を研究すればするほど、自分の知識の限界を思い知るようになります。年長者に質問することで知識を求める若い技術者は、拒絶されても落胆してはいけません。情報を求めている後輩の礼儀正しい質問に答えようとしない人は、大抵の場合、自分自身も何も分かっておらず、無礼な態度で自分の無知を隠そうとしているのです。

ショップの運営を観察する。
米国のほとんどの州、特に西部で流行している、機械工学の訓練を受けていない人を消防士として採用する制度は、工学教育に広い余地を残している。そのような人は、修理工場で行われている作業を観察するのにあまり多くの時間を費やすことはできない。機関庫の作業のあらゆる細部を綿密に観察すべきである。彼らが操作を学んでいる巨大な機械の様々な部品を詳細に研究すべきである。修理作業はどれも、綿密な注意を払うべきではないほど些細なものではない。機械工がピストンパッキン、バルブの面削り、ロッドの真鍮の径合わせ、あるいはくさびのライニングを検査しているのに対し、野心的な人は、7 初心者は、作業を注意深く観察することで、最も有用な知識を得ることができます。見ているだけでは作業のやり方はわかりませんが、手順に興味を持つことは学習への大きな一歩です。ポンプやインジェクターの修理は興味深い作業で、現場で非常に役立つ教訓に満ちています。台車の車輪を交換したり、オイルボックスに新しい真鍮を入れたり、壊れたバネを交換したりする作業員が行う雑用は、注意深く観察する価値があります。なぜなら、事故の際に機関士が現場で行うのが最も可能性の高い作業は、まさにこのような作業だからです。機関車の仕組みを深く理解するには、その構造のどんな細部にも注意を払う必要があります。機械全体の調和は、様々な部品の調和のとれた調整にかかっています。細部のつながりを理解しなければ、故障をうまく見抜くことは決してできません。

無知が破滅をもたらす場所。
機関車に関する些細な作業のやり方を学ばなかったことが、若い機関士の将来にとって致命的だった事例を私は知っています。彼が機関車の荷台に新しい荷台が導入されたのは、彼が運転を始める直前のことでした。機関車庫の作業員が貨車に荷物を積み込む際に、地下室が取り外されるのを何度も見ていましたが、そのやり方には全く注意を払っていませんでした。新しい設計は従来のやり方から根本的に変更されたものであったため、新しい地下室の取り外す作業は、やり方を知らない彼にとって最初は少々戸惑うものでした。ある日、この若い機関士が新型貨車に機関車を積み込み、ある機関車が運転席に着きました。8 暑い。彼は雪とぬかるみの中、トラックの下に潜り込み、地下室を荷造りのために降ろそうとしたが、30分も苦労したが、どうしても降ろすことができなかった。その時、車掌が様子を見に来た。車掌は、若い機関士が地下室を箱から出す方法を知らないことに気づいた。車掌は、機関士が本来なら手伝う必要のない作業を手伝った。この話はすぐに追加情報とともに本部に伝えられ、若い機関士を左側に戻すための手段となった。

本を勉強することに対する偏見。
一部の方面には、機関車に関する情報を得るために書籍に頼る技術者に対して、愚かな偏見があります。多くの技術者は、自分の知識はすべて実体験から得たものだと声高に自慢し、機関車の部品の構造や動作に関する詳細を得るために書籍や図面、模型を研究する理論家を軽蔑します。そのような人々には誇るべき点は何もありません。無知な自己中心性によって盲目になっているため、彼らはほとんど何も学びません。彼らは、単なるストッパーとスターターの地位を高く保っています。

本から得られる知識の種類。
こうした超実践的な人間たちが軽蔑する機械工学の実践に関する書物には、過去の最も勤勉な労働者や思想家たちが集積した経験と発見が凝縮されている。それは長年にわたる骨の折れる実験の産物であり、激しい思考が大きな眉をひそめ、9 疲れ果てた観察眼で黒髪を白く染めたこの現象は、しばしば数ページに記録される。実験者が何年もかけて発見し解明した機械的な事実は、学生なら同じくらいの時間で習得し検証できる。いかなる職業や専門職に関しても、書物で得た知識を軽蔑する者は、過去の記録された労働から生まれた知恵を拒絶する。

フォーニーの『機関車要理』を注意深く読むことは、若い機関士に機関車に関する貴重な教訓を与え、日々の実践によってそれを実証するでしょう。ほとんどの場合、こうした著作を読むことは、機関士の知覚力を刺激するものとして作用します。ある点の説明は、それまで曖昧だったことが今や完全に明確になるという新たな光を当てるのに役立ちます。人が同意できない主張は思考を刺激し、思考は調査へとつながります。著者は読者の見解とは常に異なる事柄を提示しますが、それでも貴重な知識を伝える手段となるでしょう。機関士がバルブ機構について徹底的な知識を得たい場合（そして私たちのほとんどは、この主題に関する知識に誇りを持っています）、オーチンクロスの『リンクとバルブの機構』を体系的に学ぶとよいでしょう。ここで彼は、実際の動作を単に練習するだけでは決して得られない情報を得るでしょう。しかし、その動作を実際に観察し、理解することで、その原理は記憶に刻み込まれ、決して忘れることはないでしょう。ポーター・オン・ザ・インディケーターは、蒸気の膨張作用に関する正確な知識を得るための優れた情報源です。他にも多くの知識の源泉が、明瞭かつ自由に湧き出ています。必要なのは、受け入れる意欲です。10 そして、それを得ようとする決意。機械に関する事柄について誠実に情報を探している人は、すぐに自分の欲求を満たす手段を見つけるだろう。

第2章
機関車のエンジニアはどうやって作られるか。
機関車を運転するには信頼できる人材が必要です。
機関車の運転は最も近代的な職業の一つであり、そのため、その習得は古来のギルド制度に見られるような厳密な方法によって管理されていません。しかしながら、この職業の卒業生は、職務を成功させるために必要な十分な経験と技能を身につけていない限り、鉄馬の操縦に就くことはありません。混雑した鉄道で機関車を運転する人は、直接的にも間接的にも、非常に多くの貴重な財産を自分の管理下に置き、その技能と能力に非常に多くの生命と身体がかかっています。そのため、鉄道会社は、能力不足の疑いがある者に機関車を任せることはまずありません。

機関車エンジニアを育成する初期の方法。
機関車技師の育成における一般的な方法は、その職に最も適した人材の経験から生み出されてきた。鉄道界の黎明期、ジョージ・スチーブンソン、ホレイショ・アレン、ジョン・B・ジャーヴィス、ロス・ウィナンズといった先駆的な技師たちが機関車の運転を成功させたとき、彼らはたいてい12 機関車の管理は、機械の製造や組み立てを手伝った男たちに任せた。これは当時できる最善のことであり、選ばれた男たちは一般に信頼に応えて有能であったが、この制度によって、機械工でなければ機関車をうまく運転することはできないという信念が生まれた。修理に必要な機械技術を有していることが、機関士にとって最良の推薦状と考えられていた。この制度の下では、機械工が一人前の機関士として卒業するために必要なことは、操車場で数日間機関車を動かす練習をし、その後、出発の準備が整ったと報告されるだけだった。この考え方に似たものが、生まれつき機械の才能がある若者を、特別な訓練を受けさせずに機関車機関士の地位に推薦するという考え方であった。機械学校の卒業生は、機関車の始動と停止の方法を完全に理解すれば、すぐに機関車を運転できるとみなされた。故アレクサンダー・L・ホーリーは、このような機関士の逸話をよく語ってくれました。厳しい冬の嵐の中、ホーリーが乗っていた列車は雪の壁に完全に閉じ込められてしまいました。凍りついた雪と格闘するうちに、機関車は水不足に陥り、機関士が煙突から雪をシャベルでかき入れてボイラーに水を満たそうとしているのをホーリーは発見したのです。

機械工や技術学校の卒業生からエンジニアを育てる慣行は満足のいくものではない。
しかし、やがて鉄道管理者たちの頭に機関車の運行に関する新たな光が差し込むようになった。彼らは、機関車の運行を成功させる専門技術が13 機関車の修理は、機関士にとってそれほど重要ではなく、列車を安全に時間通りに走らせるために機関車を操作するという、それほど大げさではない能力の方が重要だった。彼らは、受け継いだ機械の才能にはほとんど価値を見出せず、若者がボイラーに水を入れずに走らせようとすれば、伝熱面に必ずや破壊が起こると見抜くだけの賢明さを身につけなかった。経験が証明したのは、機関車を路上で運用し、最小限のコストで最高の性能を発揮させるには、機械の製作や修理に長けた人間を育てる教養とは全く異なる、ある種の技能と訓練の特性が必要だった。ある人は優れた機械工かもしれないが、まともな走り屋にはなれない。別の人は両方の能力に等しく熟達している。一方、工具を巧みに扱うことなど到底できない人が、優れた技術者へと成長したのである。私が知る限り最高の製粉工の一人、その技術で名声を博した男が、機関車の操縦者になるという野望を抱いて火夫になった。2年間はまずまずの成績を収め、その後昇進したが、すぐに機関車の操縦ができないことに気づき、左舷に戻ることでそのことを認めた。彼は神経質になりすぎて、自分に自信がなかったのだ。過剰な自尊心は、人間の魅力的な特徴ではない。しかし、他の条件が同じであれば、自信に満ちた男こそが成功する技師となるのだ。

経験から、消防士が最高のエンジニアであることが証明されました。
機械工や機械工学の経験者から機関車技師を育成するという試みは、適材適所を模索する、不確かな暗闇の中を手探りで進むようなものでした。気取った人材探しがうまくいかなかった時、機関車の機関助手として必要な経験を積んだ適任者が見つかりました。そして、機関車を確実に操り、有利に運転するには、機関助手として働くことでその仕事を学ぶ必要があることが、広く認められた事実となりました。機関助手としての訓練を受けずに機関車技師として成功する例は数多くありましたが、それは例外的なケースであり、むしろそれが主流でした。

夜間や悪天候時の機関車の運行の難しさ。
速度だけをとっても、機関車を安全に運転できるようになるまでには、学ぶべきことがたくさんあります。日中は、初心者は速度の見積もりが中途半端な場合が多く、その判断は単なる当て推量に過ぎず、列車の到達速度よりも線路の状態によって左右されます。滑らかな線路では時速25マイルで走っていると思い込んでいますが、実際には40マイルが適正速度です。その後、路盤の荒れた部分にぶつかり、時速30マイルで走っていると思い込んでいますが、実際には20マイルにも達していません。最初の揺れで蒸気機関車の20%を止めたからです。夜間は状況がさらに悪化し、特に天候が悪化すると、長年の経験の蓄積が役に立ちません。15 車輪の回転音で速度を測り、木や低木、突き出た土手など、あまり訓練されていない目には気づかれないような些細な物体から駅間の自分の位置を特定する訓練をする足台は、機関士が揺れや騒音を起こさず一定の速度で作業するために必要なものすべてである。そのような夜には、仕事に不慣れな機関車を操作し、その動きを適切に制御することはできない。逆レバーラッチを特定の位置に設定し、蒸気を流し続けることはできる。ポンプをある程度調整し、ボイラーの水位が下がりすぎないように注意することはできる。駅に近づくと適切なタイミングで機関車を停止し、蒸気を繰り返し供給しながら各車両基地に突入することはできる。しかし、彼は列車を全く制御できず、機関車が何をしているのか全く知らず、常に列車を真っ二つに折ってしまう危険にさらされている。彼の速度図は、険しい地形の輪郭線のように不規則に変動するだろう。機械工の技術は、速度、列車の操縦の容易さ、連結器を完全な状態に保つこと、そして蒸気を節約する最良の方法に関する洞察力に関する深い知識が補完されない限り、機関車の運行には適用されません。

これらは、機関車を運転する上で、誰もが事前に身につけておくべき必須の資質です。一流機関士の証となる豊富な実践的知識は、晴天と悪天候が幾度となく変化する中で、長年にわたり機関車の足元で注意深く観察することによって蓄積されるものです。

機関助手という職業を経験することが、機関車の運転に関する実践的な知識を身につける唯一の方法であったため、鉄道職員は16 世界中で、それが機関車の右側に到達する前に人が通るべき適切な経路であると考えられるようになっていった。

消防士として選ばれる男たち。
機関助手の給与は、他の熟練労働者と比較してもまずまず良好であり、機関士というより高い地位がすぐそこに灯台のように迫っていることから、機関助手として働き始める優秀な人材は常に豊富に存在します。ほとんどの鉄道会社は、将来の機関士として立候補する人材を選ぶ際に判断力と分別を働かせることの重要性を認識しています。職業で成功する機関助手には、節制、勤勉、そして知性が不可欠な資質です。これらの資質のどれか一つでも欠けると、機関助手の昇進の見込みはたちまち致命的なものとなります。節制は何よりも重要です。なぜなら、機関車の周りには、決して節制を守れない人物を一瞬たりとも許容すべきではないからです。そのような人物は、自分自身だけでなく他人にも危険をもたらすからです。また、勤勉さは機関助手の職務の負担を軽減するためにも必要です。なぜなら、機関助手の仕事は、しばしば他人には想像を絶するほど過酷なものだからです。そして、第三の資質である知性を欠いた人間は、広い意味での優れた消防士にはなれない。なぜなら、知性に欠ける者は、決して人間機械以上の地位に就くことはできないからだ。知的な消防士は、燃焼に関する科学用語を知らないかもしれないが、経済的な蒸気発生に関連するあらゆる実際的な現象を熟知している。そのような人は、どのように蒸気を発生させるかを理解したからといって、自分が機関車に関する知識の限界に達したとは考えない。17 機関車を温かく保ち、ジャケットをピカピカに磨くこともできる。旅のたびに彼の技術には新たな発見があり、日々、彼が操ることを学んでいる素晴らしい機械に関する奇妙な事実に目が開かれる。こうして彼は週ごとに旅を続け、明るく職務に取り組み、やがて一流の機関士となるための知識を蓄積していく。

消防士を選抜する現代的な方法。
北米大陸中のさまざまな道路では、消防士の職に就く男性の選抜方法に非常に多様な慣行があります。

多くの鉄道、特に西部諸州では、あらゆる職業から人材が採用されています。機関車に火夫として配属される前に、事前の訓練は必要とされていません。機関長は応募者のリストを保管し、火夫に推薦される可能性のある人材をリストアップします。人材が必要になった場合、最初に都合の良い人材が派遣されます。機関士は、その人材をできる限り訓練しなければなりません。また、他の鉄道では、火夫となるはずだった人材は機関庫の作業に配属され、機関車の清掃、修理、そして鉄道への準備の手伝いをします。この方法はヨーロッパやアメリカの古い鉄道で広く採用されており、鉄道経験の全くない人材を機関車に配属する慣行よりも多くの利点があります。機関車周辺での作業は、機関士の助手として期待される仕事にある程度慣れることになるため、職員自身にとっても有益です。なぜなら、機関車周辺での作業は、機関士の助手として期待される仕事（それが本来の火夫の役割）にある程度慣れることにつながるからです。また、会社にとっても有益です。18 士官は、ある程度の費用がかかる訓練を受ける前に、その人の習慣を観察する機会を得ます。また、エンジニアにとっても、アシスタントが期待される仕事にまったく馴染みがないわけではないので、より良いことです。

初めての旅行。
機関助手として求められる業務を全く知らない若者にとって、たとえ鉄道業務の経験が多少あっても、初めての乗車は恐ろしく過酷な試練となる。初めての乗車で機関車と鉄道生活の両方に触れることになると、その日は間違いなく苦難の連続となる。初めて機関車に乗り、立ちながら揺れる振動にさらされながら10時間も12時間も乗るのは、たとえ仕事がなくても、非常に疲れる。しかし、その間ずっと機関車に乗り続け、さらに6トンから8トンもの石炭をシャベルで掘り出さなければならないとなると、その仕事は決して楽なものではない。しかも、作業中の姿勢も新しい。機関車が揺れてほとんど足がつかない中、小さな扉から特定の場所に石炭を投げ入れることが求められ、要求されるのだ。シャベルで手が水ぶくれになり、火のまばゆい光に目が眩む。それから、水を汲み、火格子を揺すり、灰受け、あるいは質の悪い炭を使った火の掃除、オイル缶への給油、ランプの調整といった副業も続く。もちろん、物を磨いて清潔に保つことも忘れてはならない。こうした仕事を全て終える頃には、若い火夫は過ぎゆく景色を眺める暇などほとんどない。

消防士の職務に関するよくある誤解。
鉄道事情を知らない怠惰な若者の多くは、機関助手の主な仕事はベルを鳴らすことと、駅にやって来て人目を引くことだと思い込んでいる。彼らは機関助手を英雄的な仕事とみなし、機関助手として採用されることを熱望する。しかし、そんな若者がたまたま成功し、重い機関車が牽引する車両を150マイル（約160キロメートル）も走らせるようになると、楽な仕事に就いたという夢はすぐに打ち砕かれる。

他のほとんどの職業と同様に、消防士にも長所と短所が相殺されるほどあります。そして、その短所は最初の10日間に最も重くのしかかります。半ば怠惰な生活が送れるという幻想を抱いてこの仕事に就いた者は、考えを改めなければなりません。さもなければ、失敗するでしょう。あらゆる困難を乗り越える覚悟と意欲を持ち、全力で職務を全うするという明るい決意を持って消防士になった者は、必ず成功します。そして、そのような者にとって、数週間の練習もすれば仕事は容易なものになるでしょう。

消防士の職務を学ぶ。
実践と賢明な観察を組み合わせることで、人は徐々に、あらゆる種類の機関車に適した最良の点火方法に精通するようになります。そして、石炭の良し悪し、そしてどちらでもない性質など、あらゆる性質を深く理解するようになります。経験が深まるにつれて、手元にある石炭の種類、機関車の蒸気特性、石炭列の重量、そして石炭の燃焼状態などに応じて、火力制御が調整されるようになります。20 道路と天候の状況を把握する。射撃は、それに伴うあらゆる細部に至るまで、彼の仕事の中心であり、最も重視される事項である。しかし、良き人は、このことが、残りの日常業務を規則正しく、かつ正確に遂行することを妨げないようにする。

優秀な消防士は優秀なエンジニアになる。
鉄道員の間では、「優秀な機関助手は必ず優秀な機関士になる」という有名な格言があり、これはほとんど真実である。勤続3ヶ月の機関助手の話を聞くと、見知らぬ人は、その地域で一番年配の機関助手よりも機関車の運転について詳しいと結論付けるかもしれない。しかし、彼らは優秀な機関助手ではない。優秀な機関助手は、真摯さから生まれる謙虚さで自分の仕事を学び、自分の知識を超えた事柄を他人に教えようとはしない。物事の核心に迫り、学ぶべきことがどれだけあるかを理解し、それゆえに自分の知識を謙虚に誇示する者こそが成功するのだ。

エンジニアの職務を学ぶ。
火夫は、自分の職務を円滑に遂行できるほど十分に習得すると、機関士の作業を見守る時間を持つようになる。ボイラーへの給水方法に注意を払い、この点における機関士の実務を熟知することで、火入れの多くを調整する。機関士が蒸気を様々な方法で利用し、最小限の石炭消費で列車を走らせる方法は、観察力に優れた火夫の記憶に深く刻み込まれる。21 優秀な機関助手が昇進につながるような能力は、目に見えないほど少しずつ習得されるものだ。例えば、速度に関する知識は、あらゆる線路やあらゆる気象条件下で列車がどのくらいの速さで走っているかを知ることを可能にする。列車の運行に慣れていない人が、速度を知るために数回走行しても無駄だろう。悪条件下で列車がどのくらいの速さで走っているかを10マイル以内で判断できるようになる前に、機関車の運転に関する他のほとんどすべての要件を習得するかもしれない。機関車がどのように動いているかを示す音についても同じことが言える。何かがおかしいことを示す異音を聞き分けるには、熟練した耳が必要だ。機関車と列車が鉄の線路を激しく走行するときに生じるごちゃ混ぜの音の中で、新人には、教育を受けていない未開人にとってオペラのハーモニーのように奇妙で意味のない、混乱したノイズの寄せ集めしか聞こえない。しかし、訓練されたエンジニアの耳は、轟く排気音、甲高い蒸気、そしてぶつかり合う鋼鉄の騒音の中で、異音を聞き分けることができます。それはまるで、熟練した音楽家が大合唱の中で間違った音を見つけ出すのと同じです。エンジニアが、災難へとつながる欠陥を徐々に発見するこの能力こそが、その職業で成功する可能性を大きく左右します。こうしたスキルは、数週間の努力で得られるものではありません。何ヶ月、何年もの忍耐強い努力の積み重ねによって得られるのです。

未経験者でも勝てるエンジン運転条件。
私はかつて、エンジンの製造と修理に豊富な経験を持つ機械工場の職長を知っていました。22 機関車の試運転をしていた時のことです。サイドロッドのピンが熱くなり始めました。運転席の窓から身を乗り出していたにもかかわらず、バビットの滴が目に当たるまで異常に気づきませんでした。経験豊富な機関士なら、ロッドの状態をよく観察していれば、バビットが飛び散る前に事態に気付いていたはずです。

粘着条件が悪い夜間に機関車を運転する場合、経験の浅い者にとって制御が難しいのは、駆動輪の滑りです。滑りは、機関車の振動でそれを感知する者にとっては簡単な問題です。しかし、初心者は滑り振動に対するこの感度が未熟であるため、それを感知するには視力や聴力に頼らなければなりません。暗く嵐の夜には、回転する車輪の規則性を判断する手段として目は役に立ちません。風や雨がキャブを叩きつけ、排気音をかき消してしまうからです。このような状況では、経験豊かな機関士が車輪の滑りに気づく前に、機関車がピンを抜いてしまう可能性があります。

機関車を走行可能な状態に保つ方法を学ぶ。
機関車の操作や日常的な動作に慣れていくにつれ、機関助手を目指す者は、グランドのパッキングや、グランドを最適な状態で動作させるための維持管理方法など、あらゆることを学びます。ボックスセラーのパッキングからロッドカップの調整に至るまで、潤滑に関するあらゆる事柄に積極的な関心を示します。機関士がロッドのキーアップや、機関車に関するその他の必要な作業を行っている際には、意欲的な機関助手は手伝い、操作に慣れていくべきです。23 同じ作業を行うために自分自身のリソースを活用する必要が生じたときに役立つものとなるでしょう。

近年、機関車の製造技術は飛躍的に進歩し、各作動部品にかかる負荷と衝撃の程度は綿密に計算され、対策が講じられているため、動力源が最良状態に保たれている路線では、破損は極めて稀です。そのため、機関助手は、列車が必要以上に遅延しないように、機関車の接続を解除したり、事故を迅速に処理したりするための最善かつ迅速な方法について、実地ではあまり知見を得られません。機関助手は、日々の経験を超えて、こうした情報を得なければなりません。知識を提供できる有能な人材を探し出さなければなりません。これらの問題に精通した担当者への継続的な質問、機械工場や機関庫での作業の観察、そして機関車の構造を綿密に研究し、機械の生理学に関する明確な洞察を得ることで、あらゆる困難を克服する知識を身につけ、事故に備えることができるのです。起こりうる災難について熟考し、考え得るあらゆる不測の事態において最善の対応策を計算して、故障が発生したときに迅速に行動できるよう準備します。

私たちの主要道路でのプロモーション方法。
機関助手の昇進方法は、鉄道会社によって大きく異なります。事業が確立しており、輸送量の変動が少ない特定の鉄道では、機関助手は転轍機から勤務を開始し、年功序列または昇進によって昇進します。24 機関助手は、貨物列車の様々な等級を経て選抜され、そこから旅客列車へと進み、そこで機関士の卵として頭角を現す。より一般的で、西部ではほぼ例外なく行われている方法は、病気や休職中の機関助手の代わりに、臨時職員として働くことから始めることである。臨時職員として採用された後、有能で資格があると認められれば、正規の機関車に昇進する。そして、段階的に最も給与の高い運行に進み、「配置」される番が来る。旅客機関車は経験豊富な者以外は採用されないが、最年長の機関助手が必ずしも旅客列車の運行を希望するわけではない。機関車の運転業務を学ぶには、貨物列車の運行が最も価値があると考えられており、野心的な機関助手の多くは、この理由から、貨物機関車の重労働を好む。

合格しなければならない試験の性質。
機関助手が昇進の推薦に値する経験を積むと、ほとんどすべての規制の厳しい鉄道では、機関車の責任者に任命される前に何らかの試験を受けます。場合によっては、この試験は非常に徹底的です。機関助手にこのような試練を課す傾向は広まっており、それが機関助手にとって有益な効果をもたらすことは疑いの余地がありません。通常の試験形式は、機関車部門の職員が昇進候補者に対し、機関車の管理に関する事項や、機関車に何らかの事故が発生した場合の対応方法について質問するというものです。交通部門の職員は、道路交通規則、列車の運行に関する権利、タイムカードの理解などに関する質問を行います。

若いエンジニアを教育する最良の方法についてのマスターメカニクス。
マスターメカニック協会は「機関車技術者の若者を教育する最良の方法」を調査する委員会を任命し、次のような報告書が作成されました。

「この問題は協会にとって、そして一般大衆にとって極めて重要であり、これまで適切な配慮と配慮が払われてこなかったことを考慮し、委員会はこの問題について可能な限りあらゆる情報を集めるために尽力しました。機関車技師という責任ある地位に就く人材は、一般的に全人類が備えているわけではない能力を備えていなければならないことを承知し、またそう感じています。機関車技師は機関助手の中から選抜されなければならないため、機関助手として若い男性を選ぶ際には、十分な注意と用心深さを払うべきだと考えているからです。さて、協会と国内鉄道にとって満足のいく結論に達するため、委員会はアメリカ合衆国、カナダ、メキシコのすべてのマスター技師に回状を送りました。532通の回状を送り、76通の返信を受け取りました。平均すると7通に1通の返信があったことになります。これらの返信の多くには非常に貴重な情報が含まれており、多くの著名な機関士から寄せられたものです。この国、カナダ、そしてメキシコの道路について。委員会の皆様、回覧文書へのご回答に感謝申し上げます。

「回答した様々なマスターメカニックから出された意見は次の通りです。5人は機械工以外は機関車に乗るべきではないと勧告しました。26 回答者の多くは、機械工が技術を習得してから 1 年後に射撃に参加すれば、機関車の構造についてすべて知っているという利点があるため、最高の機関車ランナーになれるだろうと認めていました。もちろん、このクラスの男性について話すとき、彼らが意味するのは、聡明で知的な若い機械工、度胸と活力があり、緊急時に迅速に行動できる男性です。もちろん、どんな機会が与えられても、決してエンジニアになれない人もいます。もしこのような若者が機関助手として1年以上働くことに同意するならば、我々はその階級から機関士を選抜することができるだろう。しかし彼らは、自分が勤務する路線の最も優秀な機関士と同じように機関車を運転できると信じているがゆえに、そうしない。そして、機関車を運転する機会を与えられれば、必ず失敗するだろう。こうした事実があるため、我々は機関士を、最も優秀で安全な運転者として、機関助手の中から選抜せざるを得ない。さて、このような階級の若者から機関士を選抜しなければならないのであるから、彼らの多くが担う責任ある立場に就くための、統一された教育方法が必要である。27 将来、アメリカの各鉄道会社が満たさなければならないであろうこの規則は、アメリカの各鉄道会社が採用する必要があるでしょう。したがって、貴委員会は以下のことを勧告いたします。

「すべての主任技師は、それぞれの路線で雇用されている技師と火夫を完全に管理し、彼らを雇用し解雇する完全な権限を持つべきである。もちろん、総支配人または監督者が職務怠慢を理由に技師または火夫の解雇を命じる権利を有することを認めるものとする。」

第一に、アメリカの全鉄道における機関助手の資格は次のとおりとする。応募者は18歳から24歳までで、健康で、公立学校で十分な教育を受け、算数の知識があり、まじめで堅実な生活習慣を有すること。応募者はすべて自筆で申請書を作成し、機関長、または機関長が当該職種の採用を任命する者の前で署名すること。機関助手の選考には細心の注意を払わなければならない。機関長は、その能力の及ぶ限り、精力的で聡明、かつ活動的な若者、すなわち、将来その職に就く可能性のある職務において発生し得る緊急事態に迅速に対応できる、度胸と冷静さを備えた人物を選考するよう努めなければならない。このような人物を選考すれば、機関士の地位に就くための適切な水準まで彼らを教育することは、ほとんど困難ではないであろう。

「2d、消防士には下級、中級、上級の3つの階級があり、新人消防士は下級消防士、中級消防士は上級消防士と分類される。上級消防士は最も高い給与を受け、その他の消防士は28 比例関係です。機関助手が4年間勤務し、昇進に値する能力を持ち、機関車の運転に十分な能力を身に付けている場合、その機関助手が勤務する路線の機関士陣に欠員がない可能性があります。その場合、その機関助手は上級機関助手よりも1日当たり少し多く（例えば1日当たり15セントから20セント多く）受け取り、ベテラン機関助手としてランク付けすることをお勧めします。本大会で貴委員会の委員の一人が代表を務める路線では、この慣習が長年実施されており、非常にうまく機能しています。この路線の機関助手は皆、この規則に基づいて教育を受けており、今日では国内で彼らより上位の機関助手は存在しません。

機関助手として若い男性を選抜する際には、実用的かつ常識的な方法で色を識別できる能力について適切な配慮を払うべきである。十分な数の従業員を抱え、そうすることが正当化されるすべての鉄道会社は、機関助手と機関士のために、他の従業員も利用できる閲覧室と図書館を設置することを推奨する。図書館には、ある程度、十分な教育を受けた人が理解できる機関車に関する書籍を揃えるべきである。必ずしも必要だとは考えていないが、機関助手が4年間のうち1年間を工場と機関庫で勤務させることは、機関車のあらゆる部分に関するより完全な知識を習得するために、ある程度有益であると考える。

「私たちが言及したような若者は、きっと優秀なランナーになるでしょう。そして、適切な時期に、その層から優秀な若手技術者を選抜することは難しくないでしょう。消防士には、そのような知識を習得するためのあらゆる機会を与えるべきです。」29 機関車の各部の理論と動作について、機関士としてのキャリアをスタートさせる際に役立つような知識を身につけさせる。そのためには、実務的な常識を持ち、自分の話を十分に理解している人物による月例講義を、閲覧室で開催することが望ましい。可能であれば、これらの講義は機関士の一人が担当するべきである。機関助手たちは、かつて機関士だった彼からより多くのことを学ぶだろう。なぜなら、機関助手は彼の話の内容をもっとよく理解できるからだ。

「貴委員会は、彼らが推奨する方式が全国的に広く採用されれば、消防士の全員ではないにせよ大多数が、優秀で信頼できる技術者を選抜するのに困難がない程度まで教育を受けるであろうと確信しております。

機関車の運転技能を習得し、機関車の管理を任された機関助手は、機関車を運転していなかったことから学ぶ機会がなかったいくつかの事柄を、まだ学ぶ必要がある。機関助手は慎重に運転し、事故を回避する一方で、燃料消費量と修理費を節約しながら機関車を運転する方法を学ばなければならない。これを習得し、若い機関助手にその職業で一流の技術者となる機会を与えるため、機関助手を一級、二級、三級の三等級に分け、等級に応じた報酬を与えることを推奨する。機関助手は三等級に昇進したばかりで、1年間の勤務後、二級に昇進し、2年後には一級に昇進し、一級機関助手となる。

第3章
機関車の検査。
機関車検査官。
機関車の「ロングラン」システムを採用している鉄道では、機関車検査官が雇用されており、その任務は、担当駅に到着するすべての機関車について、あらゆる点を徹底的に検査し、必要な修理箇所を見つけ出し、運行上の大惨事につながる初期欠陥を発見することです。ロングランを実施していない鉄道会社の中には、すべての機関車を検査する検査官を雇用しているところもあります。この方法はニューヨークの高架鉄道で非常に効果的に採用されており、機関車の事故防止に大きく貢献しています。これらの検査官は、機関士の機関車点検を免除するためではなく、単に機関士の点検を補助するために雇用されています。検査官によって発見された重大な欠陥を機関士が見落とした場合、機関士は厳しく叱責されることがあります。

優秀なエンジニアは自分のエンジンを検査します。
自分の仕事が好きで、自分のエンジンがその役割を果たし、最高の記録を出すことに誇りを持っている機関士は、自分のエンジンを適切に検査し、最高の状態に保つための動機として、後ろにいる検査官を恐れる必要はない。31 機関車が停止している間、機関車を系統的かつ定期的に点検することが、機関車ランナーとしての成功とトラブル回避に大きく影響することを認識している。

機関車の体系的な検査を怠るとどうなるか。
機関車の点検を習慣的に怠り、無事に線路を越えられるかどうかを運に任せている人は、やがて最悪の不運が常に自分を襲っていることに気づくだろう。用心深い人でも時折不運に見舞われることはあるが、不注意な人はそれ以外の不運には見舞われない。機関車運転士として失敗した数多くの人の中で、機関車に対する不注意が唯一かつ直接的な失敗の原因であった例を私は数多く思い出すことができる。エリー鉄道でアクセルを踏んだことのある最も成功した機関士の一人は、若い機関車運転士から、その並外れた幸運の原因は何かと尋ねられた。彼の答えは、「機関車をしっかり点検せずに出発したことは一度もない」というものだった。この人はほぼ半世紀にわたって機関車を運転していたが、機関車を機関庫に運ぶ必要は一度もなかった。

検査から得られる道路上の信頼。
機関車が、数百人もの乗客を乗せた重たい列車の前方を轟音とともに走っているとき、機関士は、この人命を運ぶ貨物列車の安全が、自らの注意と先見性に大きく依存していることを理解すべきである。列車が暗い切通しを駆け抜け、目もくらむような橋を渡り、あるいは32 深い谷底に縁取られたカーブを曲がる際、機関車を取り巻くすべてのナットやボルトが良好な状態であり、適切な位置にあることの重要性を、機関士以上に理解している人はいないだろう。すべてが正常であるという意識、そして出発前の徹底的な点検で機関車が完璧な状態であることが証明されているという知識は、機関士が列車を機関車の最高速度で走らせる際に、驚くほどの安心感と自信を与えてくれる。

ピットの検査。
機関車が一回の運行から戻って次の運行の準備をする間、機関車がピットに停まっている間に、すべての機械類と走行装置の徹底的な点検を行うべきである。機関士は片手にモンキーレンチ、必要であればもう片手に懐中電灯を持ち、機関車の先頭部からピットに入り、系統的に点検を行うべきである。機関車台とその接続部は、最初に点検される。ボルトやネジの紛失を防ぐには、この時が重要だ。紛失すると、オイルボックスの貯蔵庫が路上で失われる恐れがある。また、オイルボックスのパッキングの状態を点検するのもこの時が適切である。私の知り合いの機関士で、列車を定刻に運行させることに最も成功している人たちは、台車のオイルボックスのパッキングにも気を配っている。運行上、高温のオイルボックスほど厄介なものはない。高温のオイルボックスは遅延と危険の大きな原因となるため、こうしたトラブルを防ぐには、パッキングをしっかり行い、オイルホールをきれいにしておくこと以上に効果的な方法はない。この仕事に従事する店員たちは、時々不注意になる。彼らがそう感じるとは到底思えない。33 遅延の責任を負わされるエンジニアとして、箱をしっかりと梱包することの重要性を強く認識しています。そのため、エンジニアは作業が適切に行われたかどうかを自ら確認する必要があります。

機関士は、台車、パイロットブレース、センター鋳物、およびそれらのすべての接続が適切な状態にあることに満足したら、動作に移ります。訓練された目ですべてのボルト、ナット、キーをスキャンし、欠陥がないか調べます。偏心器を検査し、セットスクリューとキーがすべてしっかりと締まっていることを確認します。路上で偏心器の設定で格闘したことがある人なら、この部分を忘れることはないでしょう。偏心器ストラップも注意が必要な点です。偏心器ストラップの破損は故障の非常に一般的な原因であり、鋳物の弱さや欠陥によってこれらのストラップが破損することはめったにありません。ほとんどの場合、破損はボルトの損失またはオイル通路の詰まりが原因です。リンクを注意深く調べ、次にウェッジと台座ブレースを検査して、ボルトの欠落やウェッジボルトの緩みがないことを確認します。作業を進めていくと、注意深い機関士は注意を要する多くの点に気づきます。そして、検査を終えると、次の走行では機関車のその部分に何のトラブルも起きないと安心する。この慣例に従わない検査員は、機関車の下には、徹底的な検査を行うとどれほど多くのものが見えるかに気づいていない。

外観検査。
エンジンの外側を回る場合、検査する上で最も重要なポイントはガイドと34 ロッド。ガイドボルト、ロッドボルト、そしてキー、そして後者の止めネジは、怠ると最も問題を引き起こす可能性のある細部です。エンジンへの給油、あるいはその他の目的に取り組む際には、欠陥を探す習慣を身につけるのが良いでしょう。これを訓練すると、驚くほど自然に連続点検ができるようになります。偏心ストラップに給油する際、視界にあるすべてのボルトとナットを確認します。ロッドにオイルを滴下する際、キー、止めネジ、あるいはボルトの状態を確認します。駆動ボックスに給油する際には、スプリングを簡単に検査できます。そして、オイル缶を持って機関車に近づくと、視界にある駆動装置の各部に注意深く目を向けていることでしょう。

オイルカップ。
給油カップは、給油状態が良好であるかどうかを注意深く点検する必要があります。自動給油を保証する給油装置は数多く開発されていますが、長期間にわたって人手によるメンテナンスを必要としないカップは、未だかつて見たことがありません。これは機関車だけでなく、あらゆる種類の機械に当てはまります。たとえ質の悪い給油カップでも、熟練した技術者の手によって十分に機能を果たすでしょう。しかし、どんなに質の悪い給油カップでも、機関士が油を注油しないよう怠ると、すぐに潤滑が滞ってしまいます。給油カップは定期的に清掃する必要があります。泥、燃え殻、埃などが入り込むことがあるからです。また、給油カップには油に混ざった粘着質の物質が付着し、それが粘稠な混合物となって油の流れを阻害することもあります。偏心ストラップカップと駆動ボックスの上部にも同様の注意が必要です。

エンジンの周りを見回すときは、35 様々なオイルカップを点検し、緩んでいないか確認しましょう。国中に散らばっている多くのカップは、もう少し注意を払うだけで救われるはずです。エンジンが高速回転しているときにロッドから飛び散るカップは、危険な飛び道具となります。カップが運転席の窓から逆流した例を何度か知っています。また、カップがガイドやクロスヘッドから外れ、ガイドの間に入り込んで深刻な損傷を引き起こした例もいくつか見てきました。ある事例では、試運転中のエンジンでクロスヘッドが粉々に砕け、ピストンがシリンダーヘッドを突き抜けてしまいました。

走行装置の点検
鋳鉄製の車輪の踏面をハンマーで強く叩くと、車輪が良好な状態であれば、はっきりとした響き渡る音がします。駆動部は一般的に目視で容易に点検できます。車輪と車軸の間に油が漏れているのが観察された場合は、車輪が緩んでいる可能性があるため、注意が必要です。タイヤと車輪の間から水分や汚れが出ている場合は、車輪が緩んでいることを示し、これはタイヤが摩耗しているときによく見られます。車輪が走行中にフランジがレールに接触している場合は、何らかの異常があり、これも直ちに対処する必要があります。車輪の斜行は様々な原因で発生する可能性があります。駆動輪の車軸がフレームに対して直角かつ互いに平行に固定されていない場合、車輪は車軸の傾斜に応じて線路に対して接線方向に走行します。例えば、36 車輪切断は、機関車が分岐器の周りで軌道を外れることで発生するもので、フレームが跳ね上がったり、車軸箱のジョーが本来の位置からねじれたりして、機関車を停止させずにフランジを切断してしまうことがあります。タイヤの硬さが一方より他方の方が大きいために不均等に摩耗すると、同様の現象が発生します。車軸箱の前後に可動式のくさびが付いている場合、これらのくさびを不適切に操作すると、車輪が正方形から外れてしまうことがよくあります。この種の機関車を運転する技術者は、前方のくさびには触れないようにする必要があります。機関車のセンターピンが本来の中心位置からずれて、運転士を溝の方に誘導してしまうことがあります。車輪切断の原因を診断するのは簡単なことではなく、技術者は工場の人に対策を考えてもらうのが賢明です。

ボイラーに関する注意事項。
規制の厳しい我が国の道路では、技師はボイラーの点検を義務付けられていません。熟練したボイラー製造業者は、ステーボルトやブレースの破損を容易に発見できるため、定期的な点検を行う必要があるからです。しかし、賢明な技師は、ボイラーや火室のあらゆる部分の弱点を示す兆候に常に注意を払います。この部分には、いくら注意してもし過ぎることはありません。継ぎ目やステーボルトからの漏れは、故障の兆候であり、直ちに対処する必要があります。ジャケット下の漏れは、手が届きにくいとはいえ、決して放置してはなりません。危険な破裂の始まりから漏れが発生する可能性があるからです。ボイラーヘッドから漏れが始まった場合、技師は縦方向のブレースが破損していないことを確認する必要があります。私はかつて、ボイラーヘッドにリベットの頭がいくつか付いていたことがあります。37 漏れ始め、すぐに水ガラスが割れました。コックを閉めてみると、ボイラーヘッドが膨らんでいるのがわかりました。できるだけ早くボイラーの圧力を下げました。ボイラーを点検したところ、縦方向の支柱が2本破損し、ヘッドシートが5センチほど曲がっていることがわかりました。

その他注意事項。
機関士が修理工場に預けた機関車を初めて取り出す際には、タンク内を点検し、作業員がポンプやインジェクターのスムーズな作動を妨げる袋状のもの、油汚れ、その他の障害物がないことを確認するのが賢明です。タンクを常に清潔に保つことで、給油装置の故障によるトラブルを未然に防ぐことができます。煙室の扉は定期的に開け、ペチコートパイプとコーンを点検する必要があります。これらの部品は使用により摩耗するため、走行中に故障する前に交換または修理することをお勧めします。支柱の破損によりコーンが落下すると、走行中に深刻な事故を引き起こします。コーンが落下して煙突が閉塞し、キャブが火災で大きな被害を受けた例を私は何度か知っています。延長煙室を持つ機関車では、ネットとデフレクターを頻繁に点検する必要があります。

徹底的な検査の報酬。
エンジンを上記の方法で点検するには、忍耐と努力が必要です。しかし、この作業は、実践するすべての人に最大の成果をもたらします。38 定期的かつ体系的な検査に伴う注意深さと用心深さ。それは成功への確実な道です。自分の仕事を、単なる労働の成果以上の高みから捉える人は、自らの職務の崇高さを理解し、責任ある使命にふさわしい活力と知性をもって遂行したという自覚から、満足感を得るでしょう。

第4章
出発の準備。
蒸気を上げる。
かつては、機関車が旅から戻ると、まず火を消して10～12時間機関庫に入れ、その後次の運転を開始するのが一般的でした。この休止期間中、ボイラーは部分的に冷却されます。機関車を再び運転する必要が生じたとき、蒸気を発生させるために間に合うように新たな火がつけられました。多くの鉄道で導入された長距離運転システムはこの状況を変えました。現在では、機関車は洗浄や修理のために冷却する必要がない限り、一般的に高温に保たれています。機関車が旅から戻ると、火の中のクリンカーや燃えさしが取り除かれ、きれいな火が消火されます。この方法により、冷却運転を行うよりもボイラーの温度が均一に保たれ、火室のシートが割れたり、管が漏れたりする可能性が低くなることが分かっています。

旅の終わりに火を点ける習慣が今でも残っている地域では、蒸気を発生させるための良質の薪が常備されている。冷えたボイラーから蒸気を発生させるには、1時間に約20度の温度上昇が見込める程度の弱火で火を起こすことを推奨する理論家もいる。鉄道サービスの緊急性から、この遅い方法は不可能である。40 この方法は実行不可能であり、通常は、必要なときにできるだけ早く蒸気を発生させるのが慣例となっている。

ボイラーの焦げ付きに対する注意事項。
機関車で火災が発生する前にまず考慮すべきことは、ボイラーに適切な量の水が入っているかどうかを確認することです。火起こしを担当する作業員には、水位を水グラスで確認するのではなく、水位計から水が流れ出ていることを確認するように指導する必要があります。水グラスに水が入っているように見えるという誤った表示に惑わされ、ボイラーが空であるにもかかわらず発火し、ボイラーが焼損した事例を私はいくつか知っています。給水管を通して機関車室のホースを通してボイラーに水を満たした場合は、逆止弁が詰まっていないか注意する必要があります。水に砂が入っていると、ホースで水を満たした際にすべての弁が砂で覆われ、きちんと閉まらなくなることがよくあります。ボイラーに蒸気が発生している場合、この危険源は、通常、蒸気と水がタンクに逆流することですぐに分かります。しかし、ボイラーが冷えている場合は、水は静かにゆっくりと逆流するため、危険が発見される前にクラウンシートが乾いてしまう可能性があります。

火を起こす。
水が見つかったり、適切な水に交換されたら、次に考慮すべきは火格子です。薪を投入する前に、火格子に残っているクリンカー（砕石）をすべて取り除いてください。火格子が良好な状態であり、シェーカーレバーに接続されていることを確認してください。41 また、この段階では、レンガのアーチ、地下水位、あるいは燃焼室（エンジンにこれらの装置が装備されている場合）に燃え殻が残っていないか確認する必要があります。火を起こす際は、火室に十分な量の薪を積み、送風機を作動させるのに十分な蒸気を発生させ、その後に火を補充する必要があるとされています。作業を清潔に、そして職人のように行うには、火は下から起こす必要があります。さもないと、キャブのあらゆる部分が煤や埃で覆われ、せっかくの美しい仕上げが曇ってしまいます。

消防士の第一の任務。
ほとんどの鉄道では、機関士と機関助手は列車発車の15分から30分前には機関車に待機している必要があります。優秀な機関助手は、機関車に間に合うように到着し、準備作業を綿密かつ的確に行います。運転室の備品や機関車の目立つ部分の埃を払い落とし、デッキをきれいに掃き、石炭に水を注ぎ、機関士用のオイル缶を用意します。機関士の火は、使用する石炭の種類、牽引する列車、そして出発時の路面状況など、適切に管理され、火の始末も適切に行われます。出発時の1～2マイルが緩やかな勾配または下り坂であれば、急な勾配で出発する場合ほど、火を丁寧に起こす必要はありません。しかし、賢明な機関助手であれば、数週間もすれば、どのような火が必要なのかを理解するようになります。この点やその他の点を迅速に認識できるかどうかが、優秀な機関助手とそうでない機関助手を区別するのです。若い消防士がこれらの「真の職人」としての認識を持ち、42 勤勉で向上心があり、自分の使命を極めようと熱心に努力する彼は、機関士にとって頼りになる存在となるでしょう。そして、仕事への細やかな配慮は、毎回の運転において快適さと成功を保証するでしょう。列車を動かすには、機関車に一定の作業が必要です。機関助手が自分の役割を効率的に果たせない場合、機関士が何とかしてその責任を負わなければなりません。

格子を保存する。
一流の消防士が機関車を機関庫から出す前に決して怠らない重要な義務は、火格子を確認し、灰受けがきれいであることを確認することです。火格子が燃える場合、10回中9回は灰受けを怠ったことが原因です。瀝青炭の種類によっては、火格子を燃えやすい性質があります。このような石炭は通常、鉄と強い親和性を持つ硫黄を過剰に含み、特定の温度で火格子の表面と結合して鉄の硫化物を形成します。灰受けを怠り、熱い灰が蓄積すると、悪い石炭が火格子に作用する準備が整います。灰受けを熱い灰からきれいにしておくことは、火格子を保護するための最善の方法です。そうすることで、鉄が硫黄と結合するほど熱くなるのを防ぐことができるからです。

用品。
出発する前に、消防士は、出動に必要なすべての物資が箱の中に入っているか、必要な旗、ランタン、その他の信号が手元にあるか、すべてのランプが適切に設定されているかを確認する必要があります。43 また、すべての火かき棒が炭火の上に置かれていること、炭火には水が満たされていること、そして砂場には砂が満たされていることを確実に知っておく必要があります。

これらは入社前の準備作業としては膨大な数のように見えるかもしれませんが、どれも必要なことです。そして、これらすべてを最も規則正しくこなす機関助手は、それ相応に評価されます。ほとんどの機関助手は機関士になることを熱望しています。昇進に値することを示す最良の方法は、自分の職務を規則正しく、そしてしっかりと遂行することです。一流の機関助手は、凡庸な機関助手が支払う出費を、毎回の勤務で節約できます。常に能力の低い機関助手は、速やかに他の職務に異動させるべきです。能力の低い機関助手を抱えるだけの贅沢を許せる鉄道会社はそう多くありません。

エンジニアの第一の義務。
水位を測る。機関士が運転室に初めて入った時に最も重要なことは、水位計を確かめることである。機関車にガラス製の水位計が付いている場合は、水位計のコックを見て、水位計に表示されている水位が正しいかどうかを確認する必要がある。水位計は運転上非常に便利だが、あくまでも補助的なものとして頼るべきである。多くの機関士が水位計に過信しすぎて、失敗している。ウィリアムズ機関士は、A&B鉄道で最も信頼できる人物の一人と考えられていた。ある朝、急行列車で定刻に出発したが、わずか2マイル走ったところでボイラーが空中に飛び上がり、運転室にいた2人の乗客が死亡した。事故現場の調査で、シートが過熱していたという紛れもない証拠が明らかになった。状況証拠44 ガラスが水位を偽装していたことが、技師の誤認を招いたことを示唆していた。技師がガラスを引き抜いた際、銅製の火室板が熱で脆くなり、頂板が剥がれ落ちた。放出された蒸気の反作用でボイラーは粉々に破壊された。同様の原因から生じた、それほど深刻ではない事故は数多く挙げられるだろう。

良い季節にエンジンに到達しました。
自分の仕事に適切な関心を持ち、その重要性を深く理解している機関士は、機関車に時間通りに到着し、慌てることなく、ゆっくりと出発準備を整える任務を遂行するでしょう。優秀な機関助手は機関士の多くの準備作業を代行してくれるかもしれませんが、機関士自身も、必要な物資と工具が機関車に積まれていること、タンクに水が入っていること、砂場に水が満たされていることを確認する必要があります。

機械に油を差す。
機械への給油は機関士の仕事において非常に重要な部分であり、高速運転の成功はこれが適切に行われることに大きく依存しているため、決して急いで行うべきではありません。駅での短時間停車に慣れた機関士は、機関車の周りを慌ただしく走りながら給油する癖がついているかもしれませんが、機会があれば、最初の給油を注意深く、そして慎重に行うべきではありません。給油カップ、給油装置、給油箱への給油に加えて、このタイミングで点検を行い、機関士が機関車全体の状態が良好であることを確認するのも良いでしょう。45 前回の航海から戻ってから機関車に何らかの修理が行われた場合は、通常、作業した部品に特別な注意を払う必要があります。新しい車輪は箱の梱包に細心の注意を払う必要があります。ロッドブラスが減った場合は、最初の数マイルはピンにオイルを追加供給する必要があります。ガイドが閉じている場合は、クロスヘッドが冷えるまでオイルが自由に供給されるようにしてください。

さまざまなベアリングに必要なオイルの量。
給油作業において、技術者は、摩擦面が過熱しないよう十分な潤滑が行われることが最も重要であることを念頭に置くべきです。しかし、ベアリングが空になることがないよう注意しつつも、過剰な給油は避けるべきです。機械に給油する際に、必要な給油量を正確に把握していないように見える人が、いまだに多く見受けられます。給油カップの調整を怠ったために、給油カップの給油量が無駄になっているケースを私たちは頻繁に目にします。給油カップは、必要量に見合った安定した給油量を提供します。一般的な品質の鉱油であれば、機関車が荷物を牽引している状態で、6滴で主軸の後端を1マイル（約1.6km）潤滑できます。これは、旅客輸送用の8輪機関車に当てはまります。より重い小型車輪の機関車には、さらに4分の1多くの油が必要です。ガイドは、1マイル（約1.6km）あたり5滴の油で湿潤状態を保つことができます。乾燥した砂地では、より多量の油が必要です。適切な給油装置があれば、適切なメンテナンスを行えば、需要と供給をほぼ正確に一致させることができます。必要な量よりも早く油を使い切ってしまうオイルカップは、貯蔵量を無駄にし、あらゆるものを油膜で汚してしまいます。46 グリースが不足すると、補充する前に空になってしまい、摩擦面が損傷する可能性があります。このような状態のカップは、エンジニアの能力不足を露呈させる原因にもなります。

機関室を離れる。
エンジンを家から移動させる前に、シリンダーコックを開けて、パイプや蒸気室を温める際に凝縮した水、あるいは蒸気を逃がしてください。ベルを鳴らし、エンジンの周りで作業している作業員が立ち去る時間を与えた後、スロットルを少し開け、エンジンをゆっくりと慎重に移動させてください。ボイラー内に十分な蒸気圧があるにもかかわらずエンジンが動かない場合は、何か不具合があります。エンジンを無理やり動かしてはいけません。家にある間にエンジンに何らかの作業を行った場合、おそらく不具合の原因が明らかになるでしょう。家の中でエンジンが止まってしまう最も一般的な原因は、ピストンの移動量の計算ミスで、ピストンがシリンダーヘッドに押し付けられてしまうことです。しかし、バルブの設定に問題がある場合もあります。私が知っているある事例では、機械工がバックアップ用の偏心ストラップをリンクの上部に接続してしまい、エンジンを家から移動させようとしたときに初めてそのミスに気付きました。もう一つの重大な不注意による失策は、蒸気室に冷えたノミが残されていたことです。しかし、より典型的な事例は、B&C道路で機関士エイモスに起こったことです。彼の機関車はピストンパッキンがセットされた状態で、翌朝、家から持ち出そうとしたところ、ある地点を通過できませんでした。パッキンがセットされていると思い込んでいたため、47 かなりきつかったので、彼は勢いよく後退し、走りながら転がそうと決意した。そして成功したが、シリンダー内に残っていたハンマーがカバーを突き破って飛び出してしまった。

機関庫から列車まで走っている間は、機関車の各部の動作を注意深く観察するのに適した時間です。もし何か欠陥があれば、機関車が列車と一体になってからではなく、今発見する方が賢明です。ブレーキのテストや水ポンプの作動確認も、この時に簡単に行えます。優秀な機関士はこれらの点に常に気を配りますが、不運な機関士はこれらの点を常に怠り、不運から逃れることはできません。

第5章
高速貨物列車を運行中。
貨物列車を走らせる。
アメリカの機関車技師の大部分は貨物輸送に従事しています。ほとんどの路線において、貨物機関車は機関車全体の75%から90%を占めています。この種の業務において、機関車技師は列車を可能な限り定刻に運行させるため、長年の厳しい訓練を通してその技術を習得します。どんなに優れた路線であっても、悪天候や機関車の過酷な運転といったあらゆる困難を乗り越え、前進し続けなければならないため、多くの困難を乗り越えなければなりません。最も精力的なエネルギー、良識、そして粘り強さを持ち合わせた者が、これらの困難を最もうまく乗り越えることができるでしょう。

機関車の運転には、それぞれの分野特有の難しさがあります。最高の結果を出すためには、あらゆる種類の列車を適切に操作する必要があります。しかし、単線で、重い貨物列車を高速で定刻通りに運行するには、最も高度な機関車技術が求められると私は考えています。そのため、この形式の列車を最初の記述対象として選びました。

エンジン。
列車を牽引する機関車は重量35トン、1100平方フィートの加熱面積を有し、17インチ×24インチのシリンダーに蒸気を発生させます。シリンダーはピストンを介して直径60インチの車輪に動力を伝えます。この機関車は、米国製の瀝青炭を燃料とする一般的な8輪機関車で、米国屈指の名門メーカーによって製造されました。西部の鉄道であらゆる種類の列車を牽引するのに最適です。

電車。
これは積載車両 20 台で構成され、総重量は 450 トンになります。

ザ・ディビジョン。
起伏のある大草原が広がるこの土地の地形特性により、道路は起伏に富み、上り坂と下り坂があり、時折平坦な区間が見られます。1マイルあたり60フィートの勾配をたどる区間もあり、2マイル以上も1フィートも勾配が緩むことなく走行しています。しっかりとした鉄製のレールは、しっかりと結束され、砂利敷きの路盤に支えられており、良好な軌道を形成しています。これにより、高速走行が求められる区間でも高速走行が可能になります。列車はカードタイムで運行され、約12マイルごとに停車します。他の西部の道路と同様に、駅には信号が設置されておらず、列車の安全は主に機関士やその他の機関士の警戒によって確保されています。

引き抜きます。
機関士が発進の合図を受けると、後進レバーをフル前進にし、50 機関車の蒸気を静かに噴射し、連結器を破損させないよう十分注意しながら、砂レバーを引く。レールに砂をほんの少し撒くだけで、列車が発進する際に機関車が滑るのを防ぐ。発進前には火格子の上に均一に火が燃えており、最も混雑した分岐器を通過するまではこれで十分である。そのため、発進の合図が出されると、機関助手は防火扉を閉め、ダンパーを開く。これらの任務は、信号への見張りを妨げるものではない。

リンクをフックバックします。
機関車が列車を動かし始めると、機関士はリンクを徐々に締めていきます。これは、機関車が動き出した瞬間に急に急に蒸気を遮断するといったやり方ではありません。機関士は列車が機関車の制御下に入るまで待ち、徐々にリンクを締めていきます。バルブをできるだけ早く短いストロークまで締めるのが最善だと考える人もいますが、締める前に機関車を自由に動かす方が動きを良くするということを考慮に入れていません。私は、大火災で安全弁が吹き飛び、リンクが8インチ（約20cm）も切れた状態で機関車がゆっくりと回転しているのを、ターミナル駅にやって来る人を何度も見てきました。このような場合、機関車ランナーは機関車を十分に下げ、バルブがシート上を自由に動くようにするのが良いでしょう。機関車が低速で重く動いている時にそうすることで、バルブの摩耗が少なくなり、バルブヨークが破損する危険性も減ります。機関車を下げて締めることでメリットが得られるのは、蒸気を節約できる場合のみです。全ての物事には適切な時期がある。51 蒸気を膨張的に動かすことも例外ではありません。

蒸気を拡張的に活用する。
適切なタイミングで、機関士は後進レバーをノッチアップします。なぜなら、最小限の燃料消費で機関から最大限の仕事を引き出すには、必要な速度を維持しながらリンクをできるだけ後ろに引っ込める必要があることを機関士は知っているからです。強い通風を必要とする石炭を燃やしている場合、一部の機関車は後進レバーを閉めて運転すると蒸気が自由に出ません。しかし、これは例外で、ほとんどの機関車はこの位置で最もよく蒸気が出ます。蒸気が十分に出ず、すぐに止まる機関車の多くは、適切に点火されていないか、通風装置の調整が必要です。激しい火災で運転するほとんどの火夫は、接続時に蒸気がほとんど出ない機関車で最悪の結果になります。機関士はこれに注意を払い、列車を操縦している間はできる限りレバーを中央ノッチに近づけて作業しながら機関車から蒸気が出るようにあらゆる手段を講じる必要があります。

短く切ることの利点。
リンクが中心に向かって切欠きされている場合、バルブの移動距離は非常に短く、ストローク開始直後、ピストンの移動距離6インチ、9インチ、または12インチで蒸気ポートが閉じられます。これにより、蒸気は残りのストロークでその膨張力によってピストンを押し進めることができます。高圧の蒸気は圧縮された渦巻きバネのように位置エネルギーに満ちており、ポートが閉じられてシリンダー内に閉じ込められると、同じように伸びようとします。そして、この作用によって、52 蒸気は膨張することで莫大な有用エネルギーを生み出します。もしシリンダーがボイラーと連通したまま放出が行われると、このエネルギーは利用されずに煙突に逃げてしまいます。例えば、ストロークの初めから中盤にかけて10トンのボイラー圧力がピストンに加えられ、その後遮断されたとします。ストロークの残りの間、蒸気はピストンを一定の力で押し続け、ストロークの終わりには、それ以前に蒸気が遮断されなければ、依然として5トンの圧力が残ります。ストロークの後半で蒸気が行う仕事は、その膨張原理による純粋なゲインです。もし蒸気がピストン移動の3分の1または4分の1の時点でより早く遮断されれば、ゲインはそれに応じて大きくなります。機関車に用いられるスライドバルブリンク機構では、蒸気をストロークの終わりまで保持することはできませんが、遮断後もシリンダー内に蒸気が保持されている間は膨張の原理が当てはまります。

経験を積んだ観察力のある機関士は、自分の機関を広範囲に運用することの利点を、必ずしも深く心に刻む必要はありません。彼の燃料記録は、筆致よりも雄弁に、そのことを物語っています。

経済的な作業に最適なボイラー圧力。
ボイラー圧力と蒸気の膨張によって得られる有効仕事量との間には、密接かつ一定の関係があります。圧力が高いほど、蒸気の弾性は大きくなります。現代の蒸気工学の傾向は、非常に高いボイラー圧力を用いて、蒸気を膨張させることです。53 蒸気ジャケット付きシリンダーに優れたバルブ機構を組み込むことで、蒸気は大気中へ、あるいは場合によっては凝縮器へ放出される前に低圧にまで下げられます。この方法により、驚くほど経済的な結果が得られました。これは、機関車で通常のスライドバルブを使用している間は決して達成できない成果です。しかし、高級自動遮断機関の記録に匹敵することは期待できませんが、その方法から有益な教訓を得ることができます。

蒸気は常に噴出点の近くに保つことをお勧めします。1日の行程で、140ポンドの圧力で蒸気を運ぶ場合、100ポンド以下の圧力で運ぶ場合よりも蒸発する水量が大幅に少なくなります。また、蒸発する水量が少ないほど、作業に必要な燃料消費量も少なくなります。低い蒸気頭で運転することは、いくつかの理由から無駄な行為です。水面にかかる圧力が比較的弱いため、蒸気は湿った部分を通過したり、軽い水しぶきと混ざったりしてエネルギーを減少させます。これは、湿り蒸気は乾き蒸気よりも膨張性が低いためです。大気圧のみで水を蒸発させるのに必要な燃料消費量は、より高い作業圧力で蒸気を生成するのに必要な燃料消費量とほぼ同じです。したがって、高圧蒸気の膨張によって得られる仕事量は、低圧で作業した場合に得られる仕事量よりも明らかに有利です。これは経済的な蒸気工学において非常に重要な原則です。タンク間の長距離輸送に慣れたエンジニアは、1ガロンでも水が必要なときに、乾いた区画を通過する確実な方法を知っている。54 成功するには、蒸気が飛び出る点の近くまで運び、スロットルを大きく開けて、リンクを中央近くに寄せ、安全弁を通して損失が発生しないようにする必要があります。

蒸気が少ない状態で稼働しています。
機関士の中には、経済的に働いていると誤解し、定刻に間に合うだけの蒸気しか積まない習慣を持つ者がいる。ジョン・ブラウンは安定した運転をし、A・B路線の機関士の中でも誰よりも機関車を丁寧に扱っている。しかし、彼は安全弁から蒸気が漏れる音が嫌いで、いつも吹き出し圧力より30ポンド低い圧力の蒸気を使って蒸気漏れを防いでいる。その結果、彼は他の客車と比べて、常に石炭積載量リストの成績が悪い。

スロットルレバー。
経済性の観点から、可能な限りスロットルレバーを大きく開き、逆回転レバーで速度を調節する必要があります。インジケータを用いた実験では、スロットルバルブを半開きにした状態で運転すると、蒸気がシリンダーに到達する前にワイヤードローイング（蒸気の吸引）が発生し、初期圧力が大幅に低下し、膨張仕事の力が大幅に減少することが明確に示されています。

火災の管理。
機関車が蒸気室からほんの数ロッド移動しただけで、蒸気が吹き出しそうになり、火夫は作業に取り掛かります。火室に無差別に石炭を積み上げるようなことはしません。それが55 切り株を掘り返すのが生来の趣味である間抜けなやり方だ。私たちのものは模型の列車で、模型の火夫がそれを動かす力を提供している。彼は点火のたびにシャベルで4、5杯の石炭を投入し、火室の側面にまき散らし、煙突の近くにシャワーのように吹きかけ、必要な量をドアの下に落とす。自分の仕事を完全に熟知した人の素早い直感で、私たちの模型の火夫はドアを開けた瞬間に、どこに最も薄い部分があるかを見抜き、すぐにそこを埋める。太陽の光に匹敵するまばゆいばかりの光で輝く白熱した火の塊は、初心者の目を眩ませる。初心者は火室の中に混沌としたきらめきしか見ない。しかし、経験豊富な火夫はまばゆい輝きを見つめ、その必要性や完璧さを読み取る。火はほぼ水平に保たれる。石炭は側面と角まで十分に詰め込まれます。なぜなら、空気が吸い込まれやすいのはそこだからです。この方式を厳守すれば、安定した蒸気量を維持するのに困難はありません。しかし、火夫は常に自分の仕事に集中しなければなりません。機関車に到着してから、旅の終わりに馬丁が担当を引き継ぐまで、彼は自分の仕事だけに集中します。こうして彼は、道中最高の火夫の一人という評判を得ています。彼のルールは、機関車の仕事量に見合った火力を維持し、補充する前に石炭が少なくならないようにし、蒸気の維持に必要な量以上の石炭を投入しないことです。石炭は適度に細かく砕かれ、防火扉を開ける前に十分な量を用意します。そして、シャベル一杯ごとに火の上に薄く散布します。56 石炭を一点に集中させて投げ込む。中には、シャベルから出た石炭を散らす技術を習得できない人もいる。その結果、機関車から蒸気を安定して出すことができない。彼らの火は、石炭の山の積み重ねで構成されている。これらの山の下では、未熟なクリンカー（石炭塊）が形成され、その間に隙間ができるため、そこから冷気が入り込み、燃焼ガスと同化することなく、まっすぐに煙突へと流れ込む。火室に入るすべての空気は、燃焼ガスと同化しなければならないのである。

良好な焼成を要求する条件。
丘陵地帯の道路では、平坦な道路よりもはるかに高度な蒸気機関車の操縦技術が求められ、その高度な器用さの大部分は機関助手に求められます。重い蒸気機関車を急勾配の坂道に進ませるには、通常、坂道に到達する前に高速で走行させ、列車の勢いを登坂に利用します。坂道への急行は、機関車が高速で走行し、しばしば激しい負荷がかかるため、機関助手にとって特に過酷な時間です。この過酷な状況に備えて、事前に火をしっかりと起こし、頻繁な点火によって火勢を最大に保つ必要があります。機関車が坂道に差し掛かり、速度を落としながら登坂する時は、蒸気を無駄にしないために一ポンドでも無駄にし、蒸気の逆流を防ぐために常に注意を払う必要があります。しかし、機関車が火を「回す」危険性は、坂道に向かって高速で走行していた時ほど大きくはありません。

最高位の消防士。
最高の火夫とは、最小限の燃料で、安全弁で蒸気を無駄にすることなく、十分な蒸気圧を維持できる人です。彼は均一な火を保つことでこの成功の手段を講じようと努力しますが、細心の注意を払っても蒸気が噴き出す兆候を防げない場合があります。そのような場合は、ダンパーを閉じて蒸気を抑制し、それでも不十分な場合は扉を数インチ開けます。軽率な点火は、煙道や火室に甚大な損害を与えます。

優秀な消防士の科学的手法。
焼成という作業における科学的法則が実際に何であるかを深く理解するために、自然哲学の深い知識は必要ありません。著名な冶金学者であるロシアン・ベル氏は、ある場所で、無学なパドラー（鋳鉄工）たちがその仕事において習得した正確な科学的手法に深い感銘を受けています。彼らは化学的な組み合わせやプロセスについて何も知りませんでしたが、溶融物を操作することで、最小限の労力で鉄を不純物から分離しました。同様に、熟練した火夫は、帰納法によって熱発生の基本原理を習得しました。綿密な実験によって、彼らは最小の石炭積載量で最大の蒸気圧を維持する方法を理解し、その認識を日々の実践に活かしています。

有能な科学者が機関車に乗って一流の火夫の作業を観察すれば、石炭のほぼすべての炭素が58 石炭は天然の酸素と化合して二酸化炭素を生成し、それによって最大の熱力を発揮する。そして、石炭の揮発性ガスである炭化水素は、非常に熱い炎で燃えることで、その熱量の役割を果たす。彼は、これらの炭化水素ガスは適切に消費されれば大きな熱量を生み出すものの、適切に管理するのが難しいことに気付くだろう。なぜなら、空気が十分に供給されなければ、煙突から炎を出さずに通過してしまうからである。また、空気の供給が多すぎると、火室の温度がこれらのガスの発火点（赤熱した鉄よりも高い）を下回り、役に立たない煙となって逃げてしまう。我々の模範的な火夫は、これらのガスを機関車の火室で消費できる限り完全に消費することに成功した。

ミディアム消防士。
ジョン・バートンは、一部の人々から一流の火夫とみなされている。彼は蒸気を維持するために懸命に働き、安全弁が悲鳴を上げない限り決して満足しない。彼は常に激しい火を燃やし続けている。そして、ポップバルブが上がると、蒸気が収まるまで扉を開け、さらにシャベルで石炭を数杯入れ、蒸気が再び噴き出すまで扉を閉め、そしてまた扉を開けるという作業を繰り返す。この男は仕事の半分しか習得していない。蒸気を維持する方法は理解しているが、より繊細な、そして賢明に、そしてうまく蒸気を抑える作業は習得していない。燃料効率に優れた記録を出すことに熱心な優秀な技師のもとで訓練すれば、数ヶ月でバートンは驚くほど成長するだろう。バートンは中堅の火夫である。

絶望的に悪い消防士。
彼の後ろには、無差別に激しい火を放つトム・ジャクソンが続く。トムの唯一の目的は、最小限の労力で道を渡り切ることだ。まるで荷馬車に火を積むかのように、彼は火の中を転げ回る。ドアの大きさが、彼が塊の大きさを測る唯一の基準となる。火室がドアの近くまで火を満たすと、彼は座席に登り、蒸気が空気を吸い込みながら逆流し始めるまでそこに寄りかかる。それから再び降り、再び火を満たす作業を繰り返す。ただ、できるだけ遅れずに座席に登ることだけに集中する。彼の火入れは、煙突から出る煙の様子によって調整される。煙が濁った黒色で続いている間は、彼は幸せそうに寄りかかる。煙の中に最初の透明な筋が現れると、彼は不機嫌になるが、立ち上がり、緑の石炭で炎を覆い、煙の消費を抑える。万が一、機関車が蒸気を出しすぎて安全弁が吹いてしまった場合、扉は勢いよく開け放たれ、機関車が冷えるまでそのままにされます。こうして機関車は動き続けます。シートと煙突を最高温度まで熱する灼熱の炎は、大量の湿った石炭による急激な冷却や、冷たい空気の流れによって絶えず中断されます。このような扱いでは、煙突からの漏れ、ステーボルトからの漏水、泥水リングからの噴出といった問題が次々と発生し、機関車庫の作業書にもしばしば繰り返し記載されているのも無理はありません。

射撃不良の責任は誰にあるのでしょうか?
機関車の加熱面は、悪天候による温度変化によって損傷を受けます。60 点火作業の失敗は機関士の責任である。大惨事を引き起こしたのは火夫だが、それを許した機関士のほうがより責められるべきである。機関士は、火夫の仕事が下手なことに対して口答えするよりも、それを許してしまうことがよくある。しかし、これは誤った方針である。最初に少し毅然とした態度を取ることで、最悪の火夫でさえも、適切に点火するよう努力するか、辞めるかのどちらかしかないと納得させることができる。そして、仕事をきちんとこなす気のない者は、直ちに解雇通知を受けるに値する。どうしようもなく下手な火夫を機関車に留めておくのは親切ではない。火夫は雇用主にとって常に損失であり、同僚の名誉にもならない。そして、機関士の誤った寛容によって彼が右翼にたどり着いた場合は、機関士同業者にとっての恥辱となるだろう。

第6章
丘を登る。
列車を急勾配に上らせるには特別な技術と注意が必要です。
前章では、重量のある高速貨物列車の発進方法について詳しく説明しました。このような列車が急勾配を登る場合、登坂を成功させるには特別な技術と注意が必要です。

グレードに向けて準備中。
出発点から最初の2マイル（約3.2km）はほぼ平坦な道で、機関士と機関助手はすぐ近くで長距離牽引の準備を整えることができます。2マイル目地点では緩やかな下り坂が1マイル続き、その後2.5マイル（約4.8km）の上り坂が続き、1マイルあたり標高差は55フィート（約15.7m）です。

丘を登る作業。
下り坂の頂上で、機関士は機関助手がバルブに油を差している間に蒸気を止めます。それから機関士は軽いスロットルで少し蒸気を出し、列車が速度を上げていく間、上り坂の底にほぼ到達するまで、スロットルを全開にして機関車が最初の段階で最高の仕事をするようにします。62 中央から1ノッチずらす。この頃には列車は時速30マイル（約48キロメートル）で揺れており、機関車が負荷を感じ始める前に坂道にかなり乗り込んでいる。速度の低下がようやく感じられるようになったのは、バルブのストロークがもう1ノッチ分増えたことによる恩恵を受け、機関車が新たな力で負荷をかけて牽引する時だ。しかし、間もなく上り坂の急峻さが排気管の苦悶に襲いかかる。そこで逆転レバーをもう1ノッチ進め、機関車がこの勾配で列車を支えられる速度を下回らないようにする。機関士は機関車の出力内で速度を維持するよう注意する一方で、バルブのストロークを機関車の火力が耐えられる速度以上に上げないようにも注意する。なぜなら、牽引開始時にレバーを2、3ノッチほど前に引っ張ると、機関車の火を「消してしまう」か、あるいは機関車がひどく破損し、半マイルも進む前に蒸気が逆流してしまう可能性が高いからだ。列車が安全に山頂を越えるまでには、おそらく機関車を18インチまで下げる必要があるだろう。しかし、この長いバルブストロークへの前進は段階的に行われ、その増加は速度に依存し、速度によって制御される。象限には、6、9、12、15、18、21インチでカットオフするように刻み目が付けられている。何度も実験を重ね、注意深く観察した結果、この機関車の機関士は18インチの刻み目で最大出力を発揮することを確信した。そのため、彼は坂の「角」では決してレバーを下ろさない。しかし、多くの機関車は異なる動作をし、刻み目が進むごとに出力が増加する。列車の車両がスムーズに走行すれば（この点では車両によって大きな差がある）、バルブをフックする必要はないかもしれない。63 15 インチ以下のエンジン、または 12 インチでも一部の列車には十分ですが、これはさまざまなノッチで速度がどのように維持されるかを確認することによってのみ判断できます。

ホイールスリップ。
機関車が勾配にかなり乗り込み、大きな牽引力を発揮すると、車輪が滑り始める可能性が高くなります。そのため、滑りを防ぐことが非常に重要です。「予防は治療に勝る」と言われています。機関士は、ポンプグランド、給水管、シリンダーコック、その他の水源から、駆動輪の前方のレールに水滴が落ちていないことを確認することが重要です。機関士が、濡れたレールと清潔で乾燥したレールでは、動輪の粘着力が低下することを指摘しても無駄です。この点の違いを理解した上で、すべての機関士は機関車からの漏れによるレールの濡れを防ぐよう努めるべきです。なぜなら、まさにこの原因による滑りで、何百もの機関車が坂道で「横転」しているからです。

砂の使い方。
この点に関してまず考慮すべきことは、清潔で乾燥した砂と、操作しやすいボックスバルブを用意することです。そうすれば、機関士はレバーを引く距離によってバルブがどの程度開くかを把握できます。駅から出発する際、あるいはレールの滑りが生じそうな地点で作業する際には、バルブを少し開け、レールに砂を少し振りかけます。これは、砂を厚く敷くのと同じくらい滑りを防ぐ効果があります。そして、不快な汚れもありません。64 厚い砂利の特徴。砂利バルブが自由に動きすぎると、列車は勾配でしばしば立ち往生します。機関士がバルブを大きく開けて、パイプが通るレールに砂を全部流してしまうことは珍しくありません。その結果、各レールが固い殻で覆われ、列車のすべての車輪が粉末状のシリカで詰まってしまいます。列車が通過した後、次の列車のために砂利が残ってしまいます。

車輪は砂粒を車軸箱に撒き散らし、それがロッドブラス内部を擦り抜け、一部はガイドに巻き込まれます。そして、これらの状況では、砂粒は明らかに間違った場所に堆積しています。車輪の下の砂は、砂利道では貨車を引くのがきれいで硬い道よりも難しいのと同じように、抵抗を増大させます。軽率な機関士は列車が引っ張りにくいと文句を言います。そして、列車全体を越えさせる前に、彼は坂を二度登ってしまう可能性が高いのです。トビーおじさんの計画は、急勾配で列車を引く際に、機関士がレールにわずかに白い跡を残せる程度にバルブを開けることです。もし機関士が滑ったら、彼はさらに数粒の砂を与えますが、機関士が減らした量で耐えられるようになるとすぐに、砂の量を減らします。トビーおじさんが坂を二度登る必要はほとんどありません。

滑りやすいエンジン。
これらの指摘は、通常のレール条件における通常の機関車に当てはまります。時折、スリップを起こしやすい機関車が見つかり、どんな条件でもそれを抑えることができない場合もあります。そのような機関車は、65 醜いラバが蹴り上げるように、ほんの少しの刺激で車輪をくるくると回すようなエンジンです。汚れて半分濡れたレールでは、この種のエンジンは半分のパワーしか発揮しません。エンジンがスリップしやすくなる原因は様々です。最も一般的な原因は、非常に硬い鋼鉄製のタイヤ、またはシリンダーパワーの過剰です。しかし、ひどく摩耗したタイヤも同様の効果をもたらすことがあります。あるいは、短い軸距、重量不足、あるいは駆動バネの柔らかすぎることが原因である場合もあります。レールが湿って汚れている状態で滑りやすいエンジンを路面から走らせるには、機関士の計り知れない忍耐力が必要です。ジョブは、この試練を快くやり過ごしていた機関士の隣にいた、気難しい老アラブ人でした。エンジンのスリップ傾向は、レバーをフルストロークのかなり手前まで操作し、蒸気を絞ることで、ある程度抑制できます。これにより、膨張運転時よりも均一なピストン圧力が得られます。二つの悪のうち、最も悪い方を選ぶのが最善です。この場合、最小のものは拡張のメリットを失い、道を外れてしまいます。

ボイラーへの給水。
一部の技術者は、安全を第一に考え、水位を可能な限り低くしてエンジンを運転することで、最も経済的な結果が得られると主張しています。彼らは、水位が伝熱面を覆うのに十分な高さであれば、蒸気を発生させるのに十分な水位があると主張しています。また、水位線上に十分な蒸気室が残っているため、高水位線より上の狭い空間から得られるよりも、シリンダーへの乾燥蒸気供給がより完全になると考えています。66 完全に信頼できる給水装置を備えた機関車を運転するベテラン機関士は、特に列車の重量が軽く、道路が平坦な場合は、水位が低い状態でも有利に運転できるかもしれません。しかし、一般の技術者、平均的なポンプやインジェクター、そして一般的な道路状況では、水位が高い状態が最も安全です。水位が高いと、ボイラーの温度をほぼ一定に保つことができます。なぜなら、水量の増加によって熱が蓄積され、給水によって容易には変化しないからです。また、余剰の貯水量は、時間的な制約を有効活用したり、急勾配を越えたりする際に便利です。そして、ポンプやインジェクターが故障した場合、ボイラーに水が満杯であれば、故障した給水装置を点検し、始動させることができます。一方、水位が低い場合は、火を捨てるしか方法はありません。

ポンプとインジェクターの選択。
この列車の機関車には、ポンプ1台とインジェクター1台が搭載されています。ポンプは通常の給水に適しており、機関車が運転している間、フットコックを動かさずにボイラーの必要量を供給するために段階的に調整されています。この状態では、激しい牽引力がかかるとポンプは水位を維持できません。そこで、インジェクターが不足分を補います。機関車が勾配の急な部分に到達すると、蒸気を自由に発生させます。そして、機関車が熱くなり始める兆候が現れると、インジェクターが始動します。残りの登坂区間では、機関車は可能な限りたっぷりと水を供給します。そして、勾配の頂上では機関車のボイラーは満水状態になります。これにより、機関士はボイラーの温度を比較的一定に保つことができます。67 続く長い下り坂では、機関は蒸気を使わずに2マイルも走行するため、ポンプを停止することでボイラーの急激な冷却を防ぐことができます。煙道と火室シートの保全は、給水方法に大きく左右されます。この点で非常に不注意な人もいます。坂を登る際、頂上に到達したときに冠シートを覆うのがやっとというくらいまで水を流し続けます。そして給水口に飛び乗り、熱いボイラーに冷水を注ぎ込みます。すると、ボイラー内の温水量が限られているため、ボイラーは特に冷えやすくなります。蒸気を止めているという事実は、事態を一層悪化させます。なぜなら、給水の冷却効果を打ち消すほどの熱が煙道を通過することがなくなるからです。蒸気を止めた状態で運転中にポンプを稼働させる必要がある場合は、送風機を動かし続けなければなりません。そうすれば、温度変化が危険なほど急激になるのをある程度防ぐことができます。蒸気が噴出することで、おそらくいくらかの損失はあるだろうが、それは二つの悪のうちの小さい方である。

技術者は、作業が忙しいときにはボイラーに水を大量に供給することはあまりありません。冷水を注入すると、蒸気圧がすぐに低下し、その効果が現れるからです。しかし、スロットルを閉じた状態で運転している場合はそうではありません。ボイラー内の循環が非常に緩慢になると、水温が数度低下する一方で、蒸気圧は最高値を維持し続ける可能性があります。

物理科学の著者は、ボイラー内の水と蒸気の温度は常に一定で、圧力に応じて変化すると述べています。68 大気圧では、水は華氏212度で沸騰し、同温度の蒸気を発生させます。大気圧より10ポンド高い圧力では、水は華氏240度に達するまで蒸気にはなりません。このように、圧力が上昇するにつれて、水と蒸気の温度は上昇します。しかし、いかなる状況下でも、水と蒸気が同じ容器内にある限り、それらの温度は同じです。これは物理科学で認められた法則です。しかし、丘陵地帯を走った経験のある、思慮深い機関車の技術者なら誰でも、この法則が当てはまらない状況が日常的に起こることを知っています。

ボイラー温度の低下が蒸気ゲージに表示されません。
我々の列車を牽引していると思われるクラスの機関車が、水盤に半インチの水が入った状態で斜面の頂上を通過すると、ボイラーには約700ガロンの水が溜まります。さて、蒸気を使わずに坂を下り、水盤の水位が6インチ上がるまでポンプで水を汲み上げ続けると、ボイラーにはさらに約200ガロンの水が溜まります。火力が弱く、140ポンドの蒸気圧による温度である361度の700ガロンに約60度の水200ガロンを注入したにもかかわらず、蒸気圧計の蒸気圧が低下しないのは珍しいことではありません。これにより平均温度は300度以下に下がるはずですが、蒸気計の指針は140度を示し続けます。蒸気圧と水温が一致していないことは、仕事を行うためにスロットルが開かれるとすぐに分かります。蒸気の急速な循環によって69 乾式管を通る蒸気の流量が水と蒸気の温度を平衡状態にし、蒸気計の指示値が逆方向に動きます。蒸気圧は、シリンダーへの供給量よりも速く逆方向に動きます。これは、蒸気の潜熱が水に伝わり、ボイラー内の全内容物を均一な温度に保つためです。

ボイラーへの不用意な給水が及ぼす影響
一方、このようにエンジンを運転すると、列車はおそらく、進むのに十分な蒸気が発生するまで 15 分間停止することになります。

新たに注入された水が圧力計の示す温度まですぐには上昇しないという事実は、機関車が待避線で停止している状態で、インジェクターを使ってボイラーに水を満たしてみることでも確認できます。インジェクターを作動させると、ポンプで水を供給するよりも循環が促進され、水はより高温の状態でボイラーに供給されます。このため、供給媒体としてはインジェクターの方がポンプよりも優れています。しかし、機関士がインジェクターでボイラーを満たした直後にボイラーから水を引き揚げると、火格子の火力がいかに優れていても、蒸気量は数ポンド減少します。

平坦な道路では、ポンプまたはインジェクターをボイラーの必要量に合わせて調整する必要があります。熟練した機関士であれば、この調整を非常にうまく行えるため、フットコックをほとんど動かす必要がありません。列車を道路上でスムーズに走行させ、ボイラーを長持ちさせるには、この方法が最適です。断続的に給油する機関士は常に問題を抱えています。あるいは、少年たちが言うように、「いつもどこにもいない」のです。

慎重な給油と点火によりボイラーを保護します。
慎重な点火と給油による保守効果が顕著に示された事例が、一、二年前、筆者の目に留まった。シーズンの最も忙しい時期に、西部鉄道所属の貨物機関車の火室からひどい漏れが発生し、機関車は実際に使用不能となった。機関車も、個人と同様に、一定期間でも必要な任務を果たせなければ、たちまち評判を落とす。この機関車「29」は、たちまち鉄道員たちの忌み嫌われる存在となった。饒舌なブレーキ係は、鉄道員全員に業務の進め方を指図することはできるものの、自分の仕事に関しては無頓着で、すぐに「29」が驚くほどの量の水と石炭を積み込み、一回の運行で何本の列車を牽引できるかを大げさに語り始めた。鉄道会社は貨物の過剰輸送と機関車の極度の不足に悩まされており、そのため経営陣はこの弱小機関車を修理工場に持ち込むことを躊躇していた。そこで主任技師は「29」号を、遅延で列車が停まる可能性が低い支線を走っていたマックリー機関士に引き渡した。マックは、他の機関車が却下した機関車よりも自分の「時間」を優先すべきか検討したが、最終的には不良機関車に十分な試運転をさせることに決めた。最初の試運転で、やや観察力のある機関士は、テンダ火室がポンプの無制限使用と火力の急激な変化に特に弱いことを確信した。そこで彼は、火夫に、できるだけ均等に火を焚くこと、火格子が冷気を通すほど露出しないようにすること、火を焚く時以外は扉を閉めておくこと、火格子が激しく揺れないようにすること、そして決して71 一度に3～4杯以上の石炭を火室に投入することは不可能だった。彼独自の方法は、一定間隔で石炭を投入し、水位が下がってから急激に石炭を補給して機関車を痛めるよりも、区画内の重い部分を2回に分けて入れることだった。この方法はすぐに火室の状態改善に効果を発揮し始めた。その結果、機関車を引き取ってから1ヶ月以内に、マックは満員の列車を定刻通りに牽引できるようになった。そして、機関車を修理に出すのが適切だと判断されるまで、5ヶ月間この状態を続けた。

ダンパーの操作。
機械辞典によると、ダンパーとは炉への空気の流入量を調整する装置で、必要に応じて火を強めたり、通風を遮断したりすることができます。機関車のダンパーを全く異なる視点で捉える人もいます。彼らは、灰受けの開口部は単に空気を出し入れするための穴で、扉が取り付けられており、火災を防ぐために道路の特定の地点で閉じなければならないという厄介な規則があると考えているようです。しかし、この仕事に精通した人は、機関車のダンパーは、適切に管理されていれば、冬の寒さの中で家を暖めるベースバーナーのダンパーと同じくらい有用であることを理解しています。火室で完全燃焼を行うには、通常の空気の成分の一つである一定量の酸素が、石炭の炭素と気化した水素と混合する必要があります。この混合は一定量で起こります。空気の流入量が不足すると、品質の低いガスが発生します。72 熱量が発生します。一方、燃焼に必要な空気量を超える空気が供給されると、その過剰分は火の蒸気生成能力に悪影響を及ぼします。これは、ガスの速度が上昇し、水面との接触時間が短くなるためです。また、激しい空気の流れによって火室の一部の温度が下がり、気化水素が燃焼する温度よりも低くなります。

過剰な空気による熱の損失。
二重ダンパーが一般的であるアメリカの機関車の火室では、過剰な空気による熱損失は、ガスが本来の酸素供給を受けられないことによる燃料の浪費よりもはるかに大きい。ノズルからの噴流は火格子を通して激しい通風を生み出し、これに列車の激しい動きによって開いた灰受けに押し込まれる急速な空気流が加わると、火室は猛烈な暴風の中心となる。この暴風の過剰は、前部ダンパーを閉じたまま、エンジンが後部ダンパーを通して空気を吸い込むようにすることで調整できる。火が汚れ始め、火格子間の空気通路が部分的に塞がるようになったら、前部ダンパーを開けると効果的である。前部ダンパーを閉じた状態でエンジンがスムーズに蒸気を噴射する限り、前部ダンパーを開けておく必要はない。激しく激しく燃焼させると、火室に注入できる空気はすべて、完全に燃焼させるために必要になります。そして、このような無駄なやり方をすると、火に十分な空気を送ることができません。その結果、中程度の軽い燃焼でのみ、73 通風の調整が練習できる点火方法です。前部のダンパーを常に開いたまま運転すると、火室の底部に負担がかかり、冷風による摩耗が絶えず変化し、泥の輪が漏れる原因となります。

不良ダンパーによる熱損失。
英国では、燃料節約への関心が大西洋のこちら側よりもはるかに高く、機関車には実質的に気密の灰受けが備えられており、ダンパードアがその開口部を塞ぐように設計されている。多くの場合、ダンパーを操作するレバーには切り込みが入っており、吸入される空気の量が火の必要量に見合うようになっている。英国の機関車は概して、アメリカの機関車よりも燃料消費率が優れている。そして、その節約の大部分は、優れたダンパー構造によるものである。

通風を遮断する装置のない台所用コンロで、どれほどの手間と費用がかかるか想像してみてください。ところが、我が国の機関車製造業者の中には、火の下の空気の流れを実質的に制御する手段を全く持たずに機関車を製造している者もいるのです。

第7章
旅の終わり。
一般の線路を走行中。
旅のほぼ始まりに列車が遭遇する丘は、この区間のポンス・アシノルムです。その登り方を見れば、どのような機関車が列車を牽引しているかが分かり、機関士の能力が試されることになります。機関車は無事に頂上を越え、続く下りも機関車にとって快適で、列車にとって安全な状態で達成されました。こうして旅は続きます。列車は緑豊かな起伏のある大草原を快調に走り、葉の茂った森林や花の咲く牧草地を過ぎていきます。長いトウモロコシ畑を広く横切り、なめらかな農家の住民を驚かせ、静かな村々を駆け抜ける際には歓声が上がります。しかし、あらゆる景色の変化、路盤の状態の変化――平坦な線路、上り坂、下り坂――は、機関士によって事前に準備されています。彼らの機関車は、大きな動力を必要とする場合や、機械のエネルギーを節約する必要がある場合など、それぞれの状況に応じて適切なタイミングで運転されます。長い波状の線路を列車は疾走します。各作業員は自分の仕事に非常に集中しているため、蒸気ゲージの目盛りは75 ほぼ静止状態となり、グラスの中の水位は一インチも変化しません。これは、規則的な燃焼と均一なボイラーへの給水によって実現されます。この二つの作業は、信頼できる結果を生み出すために必ず必要です。

立ち寄り場所。
停車する箇所は少なく、ほとんどが給水所です。ここで火夫はできるだけ早く給水できるよう準備を整えます。その間、機関士は機関車の周りを急いで回り、すべてのボックスとベアリングを点検し、必要に応じて新しいオイルを注ぎます。そして、このように回りながら機関車全体を注意深く見渡し、ナットやボルト、ピンの紛失がないか確認します。これで、少しでも不具合があればすぐに発見し、修理することができます。

石炭ステーションでは、機関助手が灰受けを掻き出す時間を見つけ、機関士は機関車に油を差すほかにゆっくりと点検を行う。

列車権利に関する知識。
我らが模範機関士は、機関車の特性を研究するだけでなく、時刻表の細部まで熟知していることを誇りにしています。規制の厳しい我が国の鉄道では、機関士への昇進候補者を時刻表の知識に基づいて審査するという慣習が広く行われていますが、これは機関士を目指す人々に非常に有益な影響を与え、列車運行の規則を熟知させ、決して忘れないようにしています。

私たちの機関士は列車の運行に関するすべての規則を熟知しており、心の目で76 機関士は、区間を注意深く巡回し、合流点や通過点を書き留め、各列車の相対的な権利関係が頭の中ではっきりと浮かび上がる。この知識は、駅に近づく際の彼の行動を規定する。なぜなら、すべての停車地点には慎重に近づくが、列車が停車する可能性のある地点には、列車が完全に制御されている限り、用心深く慎重に進入するからである。危険な地点で列車の安全な制御を車掌やブレーキマンに盲目的に頼ることは、トラブルの扉を開くことになる。機関士は車掌と共に列車の安全に対する共同責任を負っており、事故なく線路を通過できるようあらゆる予防措置を確実に講じなければならない。

駅への接近時および通過時に遵守すべき注意事項。
列車が待避線している駅を通過する際は、特に旅客列車の場合は特別な注意が必要です。なぜなら、そのような場所では、走行中の列車の前にある車両や建物にうっかり踏み込んで怪我をする危険があるからです。この危険を防ぐには、関係者全員に汽笛を鳴らし、機関ベルを鳴らし、運転席から注意深く見守ってから、可能な限り速度を落とします。

最良のルールは、適切な判断によって補完されなければなりません。
鉄道職員が従業員の指導のために定めた規則は、その範囲内では常に安全であり、その指示を無視すればすぐに破滅を招くことになる。しかし、列車運行においては、時として状況が変化することがある。77 そこにはいかなる規則も適用されず、責任者は自らの判断に従わなければならない。これは、特に新しい路線ではよくあることだ。そして、異常事態にうまく対処し、突然遭遇した困難を克服できることを証明した人々は、生まれながらの鉄道員である。成文化された指示に頼らずに賢明かつ迅速に行動するというこの習慣こそが、アメリカの鉄道員に、同じ職業に従事する他のどの国の鉄道員にも見られない際立った独自性を与えている。ヨーロッパの鉄道職員は、ポケットに分厚い「規則と規制」の本を持ち歩いており、これらの規則はあらゆる不測の事態の指針となることが期待されている。そのため、機関士や車掌が異常なジレンマに陥ったときは、助言と指示を求めて規則集のページをめくる。アメリカの機関士や車掌は、同様の状況では安全策をとり、先に進む。

単線を安全に運行します。
今後長年にわたり、我が国の鉄道の大部分は現在と同様に単線となるでしょう。単線鉄道の運行は、列車運行に関わる全ての関係者が不眠不休で注意を怠らないことによってのみ安全に行われます。遅延は、時には誤った過剰な注意によって発生することがあります。例えば、アイオワ州の機関士は、夜更かしした農夫のランタンを接近する列車のヘッドライトと勘違いし、最寄りの電信局まで後退しました。また、ミシガン州の車掌は、宵の明星を通過させるために列車を迂回させました。こうしたミスは列車員の間では笑い話になりますが、78 無謀に危険に突入するよりも、安全側に誤りを犯す方が良いことを認識してください。

この問題に関しては、カークマンのコメントが大いに当てはまります。彼は「列車運転士が行使する知的な識別力」について次のように述べている。「列車運行システムの実際の運用において、列車運行に関わる従業員が、当然想定される特定の信号や規則を必ずしも重要視していないことが観察される。特に信号の使用に関してはそうだ。列車の日常的な運行に精通している彼らは、従業員の無知、愚かさ、あるいは軽率さを常に考慮に入れなければならないことを学ぶ。そして彼らは、与えられた命令に盲目的に従うことでしばしば生じるであろう致命的な結果から、自分自身、そして託された乗客と財産を守るために、常に努力する。…時速60マイルで特別な電信指示を受けて運行している不規則列車の機関士は、他の列車の位置と方向に関する報告の正確さを無条件に信頼することはできない。…彼の命令は前進することだ。彼は従うように訓練されている。外見上は無関心だが、内面では満たされている。彼は不安を抱きながら、進路を進みながら、飽きることのない熱意と洞察力でその軌跡を綿密に調査する。」

エンジニアにとっての不安の原因。
「技術者の不安は、自身の安全に対する恐怖から生じるのではない。もちろん、それが影響していることもあるが。それは、79 観察と経験から生まれた、状況や命令が誰から発せられたかに関係なく、命令に盲目的に従うことは、彼自身の命を奪うだけでなく、他の多くの人々の命、つまり彼を信じ、彼に頼り、危険を回避する無力さに気づかない人々の命を奪う可能性があるという信念です。

道を知る。
機関車の操縦方法をよく知り、時刻表とその規則に精通することの次に重要なのは、道路に精通することです。真昼の光の中では、自然界全体が静まり返り、あらゆるものがはっきりと見えるため、分水嶺を越える作業は子供の遊びのように簡単です。しかし、深い闇が大地を覆い、ヘッドライトのきらめきが、まるで水の壁のように濃い雨塊を照らしているとき、あるいは、まばゆいばかりの雪雲があらゆる灌木や土手を覆い隠しているとき、機関士は沿線のすべてのものを把握しておくことが重要です。嵐の夜に暗闇を突き進む機関車に乗る、この仕事に慣れていない人は、火室の扉からのまぶしさによって断続的に恐ろしいほどに引き立てられた暗い混沌以外、周囲に何も見えません。しかし、どんなに激しい嵐の中でも、自然の猛威が機関車の騒音をかき消してしまうような時でも、熟練した機関士は冷静沈着に職務を遂行する。切通しや盛土、暗渠や横断歩道、木や茂みがあれば、位置を示すのに十分である。そして1マイルごとに、初心者には取るに足らない目印となるが、訓練された目には灯火信号のように重要な目印となる。ある目印は駅の蒸気を遮断する場所を示し、別の目印は…80 列車は急勾配に近づいており、機関士たちは伝えられた知識に基づいて行動する。こうして仕事は繰り返される。作業と監視によって列車は旅の途中で速度を上げ続ける。偶然や運に任せることは何もない。あらゆる動き、あらゆる速度変化は、目に見えない制御の結果である。堂々とした船が操舵手の舵輪の回転にまるで生き物のように従順に航海を滑るように、内陸輸送の王者、機関車エンジン、速度の君主、動く力の理想は、空間を消滅させ、国々を調和のとれたユニットに結びつけ、機関士の手のわずかなタッチに常に従順に従いながら、その道を追求している。

貨物列車を毎日、あるいは毎晩、正確に路線を通過させるには、機関士は路線を熟知していなければならない。駅や勾配のために蒸気を遮断すべき場所を記すだけでなく、あらゆる勾配を記憶に刻み込まなければならない。そうすれば、わずかな下り坂をうまく利用して、速度を失ってしまうような短い区間を通過できるようになる。また、同じ知識は、線路の短い窪み（西洋ではサグと呼ばれる）を通過する際に列車が真っ二つに折れるのを防ぐのにも役立つ。

旅の最後の任務。
機関車が適切に点火されていれば、燃料を無駄にすることなく航海を終了するための特別な準備はほとんど必要ありません。火力は、火室を清掃した後、機関車を機関庫に送り込むのに十分な蒸気圧が確保されるように調整されます。火を起こす際は、送風機をできるだけ控えめに使用してください。81 できるだけ風を強くしてください。風が吹くと大量の冷気が煙突から吹き出し、漏れの原因となるからです。多くの技師は、1回の運転終了時には乾燥していた煙突やステーボルトが、次の運転でエンジンを取り外した際に漏れていることに気づきます。10回中9回は、送風機の風量が多すぎたことが原因です。灰受けを掃除したらすぐにダンパーを閉じ、火室と煙突が徐々に冷えるようにしてください。

第8章
高速旅客列車を運行しています。
以下のメモの資料はペンシルバニア鉄道の旅行中に採取されたものです。

平均速度。
ペンシルベニア鉄道網を走るニューヨーク・シカゴ特急列車は、両都市間の912マイル（約1450キロメートル）を25時間29分で走行し、平均時速は35.29マイル（約56.3キロメートル）です。遅延を短縮するための装置を開発するために、機械科学のあらゆる既知の資源が駆使され、所要時間の可能な限り多くの割合を運行に充てられるようになっています。蒸気発生用の水は、列車が走行する間、線路中央に設置された給水口から集められます。運行指令員が常に監視する絶対閉塞信号システムによって、線路の安全が確保されています。停車は、区間末尾で機関車を交換する場合のみ行われます。列車が走行する路線は多数の都市や町を横断しますが、そのほとんどは道路が平面交差しており、その他多くの鉄道も平面交差しています。そのため、ジャージーシティとシカゴ間の実際の停車駅は7つしかないが、10を超える運行は83 速度をチェックする必要に迫られることなく何マイルも走ることは稀です。

ジャージーシティとフィラデルフィア間の速度。
ジャージーシティからフィラデルフィアまでの90マイルの区間は平均時速45マイルで走行し、残りの区間は平均時速34マイルで走行します。定刻に運行するためには、最初の区間の一部は時速60マイルを超える速度で走行する必要があり、残りの区間のかなりの部分は時速50マイルを維持する必要があります。

高速機関車の要件。
高速機関車にとってまず不可欠なのは、シリンダーで消費されるのと同じ速さで蒸気を自由に発生させる手段です。次に考慮すべき点は、ボイラーで発生した熱エネルギーを、最小限の動力損失でエンジンの推進力に変換できるよう、適切に設計された蒸気分配装置と、バランスの取れた機械類です。ニューヨークとフィラデルフィア間の高速列車を扱うため、ペンシルバニア鉄道の機械技術者たちは、50年にわたる蓄積された経験を活かし、クラスKとして知られるタイプの機関車を開発しました。これは無煙炭を燃料とする機関車で、1,205平方フィートの加熱面積から18インチ×24インチのシリンダーに蒸気を供給し、直径78インチの連結された2組の駆動装置を回転させます。したがって、この機関車の牽引力は、ピストン1平方インチあたりの有効圧力1ポンドにつき、(18 2 × 24)/78 = 99.69ポンドとなります。バルブはプレーンスライドで、184外側ラップは1/4インチ、内側ラップなし、フルギア時のリードは1/16インチ、フルトラベルは5.5インチです。蒸気ポートは長さ16.75インチ、幅1.5インチです。排気ポートは幅3.75インチで、蒸気の自由な排出を確保しています。

火を起こす。
この会社の機関車は、作業を行うために火を消さなければならない場合を除き、冷却することが許可されていません。運行終了時には、火は掃除され、次の運行を待つために消火されます。列車の出発時刻の2時間前に機関庫に到着すると、機関車は運行準備の最初の作業を受けています。火は火格子全体に広げられ、新しい石炭が火全体に供給されます。無煙炭で機関車を自由に蒸気にするには、始動前に火が十分に燃え尽きていることが非常に重要です。これには約2時間かかり、その間に送風機の助けを借りずに石炭の塊が適切に点火されます。送風機で無理やり起こさなければならない火では、決して満足のいく結果にはなりません。

旅行の準備中。
機関士と機関助手は列車の発車時刻の約30分前に機関庫に到着し、それぞれが自分の仕事に取り掛かり、機関車を運行準備します。機関士は機関車にオイルを注入します。これは90マイルを無停止で走行しなければならない重要な作業です。各軸受と摩擦面にはオイルカップが備えられており、必要な潤滑油を供給するために供給量が厳密に調整されています。機械の創意工夫により、安定した潤滑を確保するための優れた方法が確立されています。85 潤滑油は重要ですが、機関士の細心の注意と技術が、それらを適切に機能させる上で不可欠です。機関士は機関車の周りを巡回し、訓練された目でどんな小さな欠陥も見つけ出します。そして、すべてのカップとリザーバーを点検し、必要な箇所に遅れが生じないよう、適切なタイミングで適切な点検を行います。同時に、機械類の最終点検が行われ、エアポンプが始動します。その間、火夫は自分の仕事に励み、火を消し、オイル缶にオイルを注ぎ、運転席の備品から埃を払い落とします。

列車に戻る。エアホースを接続し、エアポンプを2分間高速で動かすと、車両のリザーバーに全圧の空気が充填され、出発の準備が整う。信号を待つ間、火室を覗くと、長さ10フィート、幅42インチの炉が石炭で10インチの深さまで満たされているのが見えた。この火を起こすには約1.5トンの石炭が必要だ。火は表面では水平に燃えていたが、最も深く燃えているのは、火格子が下向きに傾斜している前方部分だった。火室だけでも、加熱面積は120平方フィート（約12平方メートル）ある。

牽引される列車。
この列車はプルマン寝台車5両と食堂車1両で構成され、6両の車両の総重量は200トンです。機関車と炭水車は稼働状態で74トンあり、ピストンの力で動かす重量は合計274トンになります。

始まり。
始動の信号が与えられると、機関士は蒸気逆流装置を使ってリンクを完全に前方に落とします。86 ギアを入れ、スロットルレバーを開くと、機関車がそれに応えて前進します。レールに砂がまかれ、スロットルバルブが少し広く開かれ、エンジンは鳴り響く排気音とともにスピードを上げていきます。最初から、前進すること、そして時間を一秒たりとも無駄にしないことの必要性が認識されています。列車が自身の長さ以上進んでいないうちに、時速10マイルに達します。機関士はリンクを元に戻し、10インチで切断し、スロットルを大きく開いて「発車」します。駅で待っている間、蒸気はインジェクターとヒーターによって130ポンドに抑えられていました。インジェクターは出発直前に停止しました。私たちが約半マイル外に出たとき、蒸気計は破裂圧力の140を指し始めました。機関士はインジェクターを始動させ、残りの旅行の間ずっと作動させ続けました。これはNo.9セラーズで、最も激しい作業時でもボイラーの限界に達することなく燃料を供給できます。機関助手側にはNo.8インジェクターがありますが、走行には決して使用されません。インジェクターとエアポンプは、この機関車の特徴であり、始動後は走行中にほとんど手を加える必要がありません。

列車を道路の向こうへ運ぶ。
ジャージーシティを出て最初の2マイルは、約40フィートの勾配を登りますが、頂上までは4分で到着します。その後、リンクは8インチの切断点に接続されます。これはこの列車の通常の走行点です。次の1マイルは85秒で通過しますが、蒸気を止めて機関車を橋梁上に移動させることで終了します。ここでバルブに油を差します。これは非常に重要な作業です。87 この繰り返しは、旅行中に3回繰り返されました。蒸気機関車が停止したのはわずか300ヤードほどでしたが、速度は目に見えて低下し、次の1マイルを進むのに1分半かかりました。続く3マイルは3分30秒で通過し、そのうち1マイルは59秒で走行しました。しかし、ニューアークの交差点で再び減速が必要になりました。街に近づくにつれて急カーブが伸びていたからです。ここで速度は時速12マイルに減速され、2マイルは時速30マイル以下で走行しました。再び加速し、交差点を過ぎた2マイル目を63秒で通過し、次の1マイルを61秒で通過すると、エリザベス通りと踏切で再び減速しました。この町を過ぎると、1マイルを57秒で走行する速度に達し、数マイルを1分で走行した。その後給水地点に到着し、そこで速度は時速20マイル以下に低下した。このように、全行程を通して速度を上げるのに苦労し、その後、荷物を必要な速度まで上げる際に得られた動力の一部を消費する必要が生じた。機関車は時速60マイルの速度を容易に維持できたが、これは骨の折れる作業であり、数マイルで2分で1マイルだった速度を1分で1マイルにまで上げなければならなかった。いくつかの急勾配を登り、そのうちの一つは3マイルの長さで、リンクを10インチのカットオフに下げたにもかかわらず、次の2マイルでは時速30マイルに速度を落とした。走行中に達成された最高速度は1マイル55秒だった。最高速度は、リンクを7インチのカットオフに戻した時に達成された。これは、走行中の技術者によってよく理解されている。88 これらの列車では、この高速はレバーを大きく引き下げた場合にのみ達成できます。これらの機関車が8インチでカットオフすると、時速60マイル（約96km）がほぼ最高速度となります。列車は非常に重いため、カーブや緩やかな上り坂では、このカットオフに相当する量の蒸気が必要になります。最高速走行は、直線で平坦な線路、または下り坂といった好条件で、機関車が6インチまたは7インチのカットオフで列車を制御できる場合に達成されます。時速60マイル（約96km）を超える速度で走行しているときに、レバーを1ノッチ（約15cm）引くと速度が低下します。これは、高いピストン速度で排出できる量よりも多くの蒸気がシリンダーに入り込み、背圧が発生して機関車のブレーキとして機能するためです。この機関車は大きな駆動輪を備えていますが、時速60マイル（約96km）でのピストン速度は非常に高速です。1分間に1マイル（約1.6km）を走行する場合、車輪は258.5回転し、ピストン速度は1,034フィート（約300m）になります。

エンジニアがどのように仕事をしたか。
機関士は機関の操縦において並外れた技能と知性を発揮した。水は変動なく安定して運ばれ、機関助手は蒸気圧を一定に保つことができた。速度を落とす必要がある箇所では、必要以上にブレーキをかけることはなく、ブレーキは極めて緩やかにかけられたため、速度が単なる慣性力の減少によるものではないと見分けるのは困難だった。蒸気を止めるたびにリンクが外れ、弁は完全に開度を保った。多くの機関士は、この緊急の必要性を認識していない。89 これを行うには、蒸気を止めてエンジンを始動したままにしておくという方法があります。これはバルブ、バルブシート、ピストン、シリンダーに悪影響を及ぼします。例えば、ストロークの6インチでエンジンが停止するケースを考えてみましょう。ピストンが停止点から解放点まで移動すると、シリンダー内に部分的な真空状態が形成されます。そして、バルブが排気口を開くとすぐに、煙室から高温の燃え殻を含んだガスがノズルから流れ込み、シリンダー内の空間を満たします。戻りストロークでは、ストローク完了の約8インチ手前で圧縮が始まります。圧縮が大きすぎてバルブが保持できないため、バルブはシートから激しく揺さぶられ、蒸気を止めた後にエンジンが始動したまま運転されている際によく知られているカタカタ音が発生します。この原因だけでバルブが「コック」するケースを私は何度か知っています。

成功するエンジニアになるために必要な資格。
機関車を巧みに操り、その最高の能力を経済的に発揮させる能力は、優れた機関士の第一の要件である。しかし、この資質は、それに劣らず重要な他の資質によって補完されなければならない。聡明さ、健全な判断力、思慮深い自立心は、あらゆる職業において人間を前進させる資質であり、特に鉄道車両の安全を統括する者にとって貴重な財産である。状況に応じて目的を即座に適応させる能力が、機関士ほど役立つ職業は他にほとんどないだろう。列車が定刻通りに運行し、機関車が完璧な状態であれば、機関車と列車をうまく付き合える人もいる。90 秩序。しかし、少しでも困難が生じると、彼らは砂上の楼閣のように崩れ落ちる。愚かで無力な彼らは、最初の困難の雲に打ち負かされる。彼らの真の天職は鉄道とは無縁である。自信家は必ずしも歓迎されないが、あらゆる緊急事態にうまく対処し、あらゆる困難を克服し、あらゆる危険を回避する自分の能力に完全に満足している機関士こそが、列車を迅速に運行させる人物である。鉄道業務に適応力のある者はすぐに仕事に習熟するが、単に職業への愛着があるだけでは、列車運行の緊急事態に対処するために必要な業務に関する事実の集合体を身につけることはできない。これは勤勉さと観察力によって獲得されなければならない。

発砲がどのように行われたか。
機関助手が担当した列車を道路上に移動させる作業は、機関士に劣らず巧みにこなされた。最初の7マイル（約11キロ）は、石炭の塊を砕く以外、火事にはほとんど手を出さなかった。燃えた石炭はすべてレンガ2個分の大きさに砕け散った。ちょうど良いタイミングだと思ったのか、彼は火を一瞥し、スコップ一杯の石炭を放り込んだ。機関車が毎分1マイル（約1.6キロ）の速さで揺れている中で、長さ10フィート（約3メートル）の火室に石炭を適切な場所に投げ込むには、相当の技術が必要だが、この若者はそれをこなせるようだった。彼は、哀れな機関助手がするように、石炭を積み込んでから運転席に上がり、燃え尽きるのを待つようなことはしなかった。火をつけ始めてからは、彼は作業を続けた。約2分ごとにスコップ一杯の石炭を投入した。91 石炭を大量に投入した。機関車が勢いよく回転数を上げている間、彼は点火の間隔を変えた。しかし、彼は火のまわりを一定に保ち、温度をできるだけ均一に保つという一貫したシステムに従って作業した。彼は科学について何か理解しているかどうかに関わらず、科学的手法に従った。石炭を投入する場所で決して迷うことなく、石炭を投入し、すぐに扉を閉めて、次の投入の順番が来るまで待った。こうすることで、蒸気は大量投入による冷却効果を受けることがなかった。蒸気計の指針は、まるでそこに固定されているかのように、常に135を指していた。フィラデルフィアから約8マイルのところで、火夫は石炭の投入を止め、残りの作業の間、何度も鍬を使って火を均した。

私たちが駅に止まったとき、約4インチの燃える灰が格子を覆っていました。

第9章
強蒸気エンジン。
自由に蒸気を発する機関車の重要性。
列車に連結された機関車の目的は列車を定刻通りに運行することであり、機関車は一般的にその大きさに応じて車両を牽引する能力が定められているため、シリンダーが速度維持に必要な蒸気を吸い込んでいる間、ボイラーへの圧力を均一に保つために十分な蒸気を自由に発生させることが極めて重要です。シリンダーが蒸気を消費する速度に追いつかない機関車は、まるで道を行く足の不自由な馬のようであり、機関車自身だけでなく、機関車に関わるすべての人にとって苦痛です。

良好な蒸気エンジンに不可欠なもの。
蒸気を自由に発進させるには、機関車は健全な機械原理に従って製造されなければなりません。我が国の最高のメーカーが製造する機関車、すなわち一流の路線を走る列車を時計仕掛けのように正確に動かす機関車は、経験上、動力と速度、そして経済性において最も満足のいく結果をもたらすことが実証されている比率に従って設計されています。優れたメーカーには共通する特性がいくつかあります。バルブ機構は計画されています。93 ピストンにほぼボイラー圧力で蒸気を供給し、ストロークの早い段階で蒸気を遮断することで、蒸気をシリンダー内に十分長く保持し、その膨張原理による具体的な効果を得る。ボイラーには十分な伝熱面積が設けられており、その大きさは蒸気を供給するシリンダーのサイズによって決まる。良好なバルブ動作と、良質な石炭から得られる十分な伝熱面積があれば、エンジンは、構造上の欠陥や細かい部品の調整、あるいはボイラーやシリンダー内の熱の浪費によって妨げられない限り、自由に蒸気を噴出させる。

この種の機関車は、ある程度の熟練度があれば蒸気を発します。しかし、かつて作られた最高の旋盤でも、不器用な機械工の手にかかると粗悪な仕上がりになるのと同様に、最高の機関車でも、注意も技術もなく運転すれば悪い記録しか残せません。定期的な給水、つまり蒸発量と同量の水を供給し、ゲージをほぼ水平に保つことは、運転を成功させる上で不可欠な要素です。これは、熟練した点火作業に劣らず重要です。

蒸気発生に悪影響を及ぼします。
エンジンの蒸気出力が悪くなっている場合、経験豊富な技師がまず最初に行うことは、ペチコートパイプの点検です。このパイプがエンジンの蒸気出力に与える影響については既に述べましたが、若い技師にとってその重要性は強調してもしすぎることはありません。ペチコートパイプは、煙室の真空度を調整し、高温ガスの流れがすべての煙道に均等に流れるようにするために発明された、最も効果的な装置の一つです。94 これらの気流の流れを阻害し、煙道表面のどの部分からも気流を遠ざけるようなものは、蒸気に悪影響を及ぼします。パイプが高すぎて均一な通風が得られない場合や、逆方向に欠陥がある場合も考えられます。パイプの直径が煙室と煙突の条件に適していない場合や、パイプの形状に問題がある場合も考えられます。パイプが斜めに固定されている場合も珍しくなく、そのため送風が煙突の側面に当たり、悪影響が生じます。また、パイプを固定する支柱が破損し、通風が大気に直接向かう以外のあらゆる方向に吹き出す場合もあり、その影響は蒸気計にすぐに現れます。

ペチコートパイプ。
ペチコートパイプは、通気に関して、インジェクターの管が水の流れを誘導するのと同様の機能を果たします。そして、その効率は、同じ妨害要因によって低下します。パイプのサイズは煙突の直径に比例する必要があり、排気蒸気が煙突をまっすぐに通過するように設置する必要があります。これらの条件が適切に整うと、排気蒸気はピストンのように煙突を通過し、真空状態を残します。ペチコートパイプは主にアメリカの機関車にのみ搭載されている装置で、その目的は煙室の通気を調整し、高温ガスの流れが煙道を通って均一に引き込まれるようにすることです。上部、下部、側面の加熱強度は、中央列を通過するのとほぼ同じです。95 良好な燃焼は、ペチコートパイプが適切に構築され、正しい位置に固定されているかどうかに大きく依存します。これらのパイプの寸法と最適な位置について明確な規則を定めることは現実的ではありません。なぜなら、同じ比率のエンジンでも、蒸気をスムーズに噴射するためには、異なるペチコートパイプの配置が必要になることがよくあるからです。私たちの 17 × 24 エンジンには、直径 11.5 インチのペチコートパイプがあり、底部に幅 17 インチのフレアが付いています。パイプは煙突の底から 3 インチ以内に達しており、ノズルから 1 インチ上に設置されています。私たちの場合、これで良好な結果が得られています。十分な加熱面積を持つエンジンで蒸気がスムーズに噴射されない場合、ほとんどの場合、ペチコートパイプの比率が間違っているか、設置が間違っていることが問題です。このパイプの位置を少し変えるだけで、エンジンの蒸気品質に驚くべき効果が出ることがあります。パイプを高く設置しすぎると、通風の大部分が下部の煙道を通過します。上段は煤で満たされ、多くの煙突は細かい灰で詰まり、通風がないため排出されずにそのまま残ってしまいます。通風が低すぎると、下段の煙突は通風不良の影響を受けます。ペチコートパイプが適切な位置にある場合、煙突内部は均一に清潔に見えます。これは煙室を注意深く観察することで確認できます。ペチコートパイプの配置が適切でないと、エンジンの伝熱面を最大限に活用できなくなるだけでなく、通風が集中しすぎて火が特定の箇所で粉々になってしまいます。蒸気を維持したい人にとって唯一の手段は、強火にして隙間から冷気が引き込まれないようにすることです。多くのエンジンは弱火では蒸気を出しませんが、96 機関車は火格子に大量の石炭を積むとうまくいきます。このような場合のほとんどにおいて、故障はペチコートパイプにあります。ペチコートパイプを適切に調整すれば、機関車は弱い火力でも燃焼できるようになり、強い火力で燃焼した場合よりもはるかに経済的な結果を示すでしょう。機関士の中には、蒸気が自由に出るためには強い火力が必要であるにもかかわらず、ペチコートパイプが正しく調整されている必要があると考える人もいます。これは間違いです。ペチコートパイプの位置やバランスが悪く、機関車が蒸気を出して列車を動かし続けることができない位置よりもわずかに小さいだけかもしれません。強い火力を必要とする機関車の火に対する送風の作用を注意深く観察することで、機関士は故障箇所を見つけます。機関車が強い牽引力で苦戦しているときは、ドアを開けます。そして、火室の特定の部分で、小さな石炭が他の部分よりも明るく白熱して踊っているのに気づき、それが何度も繰り返されるなら、ノズルが小さすぎるか、ペチコートパイプが石炭の供給に悪影響を及ぼしていると結論付けることができる。ノズルのサイズが適切であれば、すぐにこのパイプで実験を始めるのが良いだろう。一度に1/4インチずつ下げ、その変化が火に及ぼす影響を観察することができる。それでも改善が見られない場合は、パイプを上げてみるのも良いだろう。あるいは、上部に可動式のスリーブがあれば、それを異なる位置に設定することもできる。技師は、ペチコートパイプを機関庫内よりも路上で操作する方が、はるかに効果的に試験できる。位置を変えてもパイプの性能が改善されない場合は、異なる寸法のものを試してみるべきである。この作業を粘り強く続けることで、正しい結果が得られるだろう。97 結局、結局はうまくいかない。ある技師は、5種類のペチコートパイプを試してようやく適切なものを見つけた。こういう作業には労力と忍耐が必要だが、1万マイル走った燃料代が入れば、その甲斐は必ずある。

煙突。
煙突の通常の目的は、煙と排気ガスを大気中に排出することです。煙突がその機能を単純に果たす場合、シリンダーとほぼ同じ直径に作られ、最高高度はレールから14～15フィート（約4.3～4.5メートル）になります。煙突は見た目には単純な構造ですが、その本来の機能を拡張しようと、膨大な発明の才が費やされてきました。煙を消費する装置として利用する試みがなされ、スパークアレスターとして数百件の特許が取得されています。特許権者は、趣味に没頭するあまり、機関車が蒸気を発生させるためにある程度の通風が必要であることを時折忘れているようです。そして、特許取得済みのスパークアレスターによって煙突が著しく妨げられ、蒸気発生手段が大幅に制限されることがしばしばあります。火花を散らして火災を引き起こす危険がなければ、煙突の透明な機関車を使用する方が経済的でしょう。オープンスタックを備えた拡張フロントエンドは、この方向への良い動きです。

ドラフトの障害。
自由通風を妨げるあらゆる障害は、それを克服するために強力な人工手段の使用を必要とする。通常用いられる手段は、鋭い風を発生する縮径ノズルであり、98 大気中に開いた通路で必要な燃料よりも多くの燃料を消費します。自由蒸気の障害物として、通風阻害の範疇に入るものとして、低い位置に固定された幅広の円錐台や目の細かい網などが挙げられます。通風が火花防止器具によって有害な程度まで妨げられると、蒸気を止めたときにその影響が火に現れます。炎と煙は、出口として煙突よりも火室の扉を好むからです。使用済みの潤滑油やシリンダーからの汚れで網が詰まり、蒸気製造が妨げられることがあります。自由通風を得る前にこの粘着物を焼き払わなければならない場合もあります。一般に、石炭油を含んだ廃棄物は、この不快なコーティングを焼き払ってくれます。

網を油で詰まらせる。
ネットの固着は、通常、バルブへの注油の不注意が原因です。一部のランナは、火夫がバルブに注油している間、1分間停止しますが、スロットルを再び大きく開いたときに潤滑油が蒸気室に到達する時間はほとんどありません。そして、潤滑油はバルブやシリンダーを通り抜け、ピストンパッキンの最も奥深くまで浸透する代わりに、蒸気の最初の一吹きとともにスタックを通過してしまいます。バルブに注油する際は、カッププラグをパイプから油が吸い出されるまで十分に長く開いたままにしておくのが最善です。その後、蒸気を噴射する際には、スロットルを少し開いて油をピストンパッキンに浸透させます。このように数回回転させると、ネットを汚すような油は残っていません。

煙突シート上の珪酸質堆積物。
ある種の石炭は、硬くて珪素質の物質を後部の煙突板に付着させ、それが徐々に蓄積して通風を著しく阻害します。当然のことながら、これは得られる高温ガスの恩恵を十分に受けることを妨げ、結果として蒸気量が低下します。燃え殻で詰まった煙突も同様の効果をもたらします。煙突が燃え殻で詰まったからといって、必ずしもペチコートパイプの機能が不十分であるとは限りません。煙突の詰まりは、多くの場合、乱暴で不器用な点火によって引き起こされます。スコップ一杯の石炭を高く投げ上げると、その一部が煙突に直接付着し、ぴったりと収まった石炭は煙突を通り抜けません。石炭は途中でくっつき、すぐに小さな燃え殻が積もり、あっという間に煙突全体を塞いでしまいます。

拡張された煙室。
この配置により、火花防止装置は煙突から煙室に移設され、排気蒸気は円錐や網に邪魔されることなく大気中に直接排出されます。網は通常、長円形のスクリーンで、煙道上部の煙突の上から煙突の少し前方にある延長煙室の頂部まで伸びています。これにより、燃焼ガスが通過する広い網面が確保されます。煙道を通る通風は、煙道上部から鋭角に下向きに伸びるエプロンまたはダイヤフラムプレートによって調整されます。延長煙室で使用される長い排気管では、排気は燃焼ガスを煙道上部へと引き込む傾向があります。ダイヤフラムプレートはここでも同じ役割を果たします。100 ペチコートパイプがダイヤモンドスタックに及ぼす影響と同様に、煙道を通る通風を均等に調整します。エンジンを正常に動作させるには、通風を適切に調整することが非常に重要です。そうでなければ、蒸気不足による問題が生じます。

拡張煙室を持つエンジンで蒸気が適切に出ない場合は、ダイヤフラムを様々な角度で固定し、煙道を通る通風量が均等になるまで実験を行う必要があります。このようなエンジンで蒸気の出をよくするためにノズルを閉じると、事態は悪化するでしょう。

蒸気パイプが漏れています。
煙室内の蒸気管継手が破裂すると、機関車の蒸気性能に甚大な悪影響を及ぼします。これは蒸気の保持に二重の悪影響を及ぼします。漏れ出た蒸気は莫大な量に無駄になり、煙室内に滞留すると通風が阻害されます。

蒸気管の継ぎ目からの漏れがひどい場合、防火扉が開いてエンジンが蒸気を供給しているときに漏れ音が聞こえます。経験豊富な技術者の中には、漏れた蒸気管の継ぎ目が火災に及ぼす影響を検知できる人もいますが、このトラブルを特定する最も安全な方法は、煙室扉を開けてエンジンに蒸気を供給してみることです。

格子の欠陥。
火格子が近すぎると、火の下の空気の自由な流入が制限され、エンジンから蒸気が自由に出なくなります。この影響は、火が汚れ始めたときに最も顕著になります。これはよくある故障ではありません。かつて、エンジンから蒸気が出るのを聞いたことがあります。101 火格子の一箇所で2、3本のフィンガーが折れて、非常に深刻な損傷を受けていた。機関車は弱い火力で順調に蒸気を出していたが、行程の終わりに火を捨てる際に、作業員がフィンガーを何本か折ってしまった。次の行程では、まるで別人のようだった。激しい火力でなければ、作動圧力で接近し続けることができなかった。私はペチコートパイプで実験したが満足のいくものはなく、パイプに漏れはないことを自分自身で確認した。煙突も接続部も欠陥はなかった。そして機関士は困惑した。欠陥は、爆風が火に与える影響を観察することで発見された。フィンガーが折れた箇所には、空気が引き込まれた跡がよく見られた。問題はそこにあった。開口部を激しい火で覆い尽くさない限り、冷気が大量に流れ込んでしまうのだ。

適切に閉まらなかった落下格子は、著者が注目した別のエンジンにも同様の効果をもたらしました。開口部を閉じる変更により、完璧な解決策が実現しました。

石灰、スケール、泥。
機関車の給水が井戸から行われている石灰岩地帯では、蒸気機関の不調の最も一般的な原因は、伝熱面の漏れ、あるいは水面に石灰の堆積物が付着していることです。煙突やステーボルトから水が漏れているのを見れば、機関士は蒸気機関の蒸気出力が悪い理由を推測するのに何の困難もありません。ボイラー製造業者が巧みに施したコーキング工具に改善策を見出すのに先見の明は必要ありません。しかし、付着物の場合は、そのすべての側面を理解するのがより困難です。水が102 石灰塩を含む物質が高温の煙道や火室に触れると蒸発が起こり、それまで溶解していた固形物質が残って加熱面に付着し、徐々に熱伝導率の低い耐火性のスケールを形成します。このスケールは厚くなると、水と高温のシートの間に非伝導性の障壁のように立ち上り、内部の水を蒸発させるにははるかに多くの熱消費が必要になります。これは、スケールで覆われたやかんはきれいなやかんよりも沸騰しにくいのと同じです。ボイラーがスケールや泥でひどく汚れると、これらの不純物は機関車の蒸気特性に悪影響を及ぼします。

ボイラー内の泥の堆積を防止します。
吹き出しコック付きの泥ドラムは、技師がこれらの装置を頻繁に使用することで、この汚れの進行を抑制するのに役立ちます。また、洗浄水を高圧でボイラーに頻繁に流し込むことで、優れた洗浄効果が得られます。しかし、一部のスケールは泥ドラムや最良の洗浄方法でも除去できず、洗浄のために煙突を取り外すしかありません。ボイラーがスケールや泥で満たされ、エンジンから蒸気が自由に噴出できなくなるのは、必然的に徐々に進行するプロセスです。注意深い技師であれば、その変化に気づき、適切な対策を講じる時間があります。

漏れている煙突の一時的な修理方法。
漏れている煙突やステーボルトは、給水にふすまなどのデンプン質を含む物質を入れることで一時的に乾燥することがあります。注意が必要です。103 この方法は、泡立ちの原因となるため、多用しすぎないように注意が必要です。しかし、これは一種の応急処置であり、機関車をコーキング作業が可能な最も近い地点まで移動させる場合を除いて、めったに試みられることはありません。

適切な管理によりエンジンは動きます。
どんなに自由に蒸気を噴出する機関車でも、管理を誤れば蒸気不足に陥る。機関車は、ほぼ均一な温度に保たれた水から蒸気を発生させる設計となっている。機関車が毎時1,500ガロンの水を蒸発させる必要がある列車を牽引している場合、毎分25ガロンの水がボイラーに送り込まれる。これが規則的に行われていればすべて順調である。しかし、もし機関車が5分間給水を停止し、その後開放して毎分50ガロンの水をポンプに流すと、最も調子の良い機関車でも故障の兆候を示す。このような給水量の変動が見られる場合（そして多くの不注意な機関車は習慣的にこのような行為を犯している）、どの機関車も経済的に仕事をこなしているという評判を維持できない。

間欠的なボイラー給水。
インディアナ州の鉄道で今も機関車を破壊し続けるフレッド・ビーミスの事例は、この点で示唆に富む。フレッドは元々肉屋だった。もし彼が肉切り包丁にこだわっていたら、かなり知的な人物として人生を送れたかもしれない。しかし、鉄道員になるという野心に駆られ、機関助手の仕事に就いた。彼はその仕事に全く適性を示すことはなく、全くの無関心から、ずっとろくな機関助手ではなかった。しかし、特に悪い癖があったわけではなく、数年の間に彼は「罠にかけられた」。彼には機関車を作る才能があった。104 やり方を学ぶことなく、同じことを何千回も見ているようなものだ。エンジンを操る彼の動きはすべて発作的だった。火が燃え盛ってボイラーが満タンのステーションから出発すると、次の停止地点が目の前に迫り、できるだけ早くそこに着くことしか考えていなかった。彼はリバースレバーを「角」付近に保ち、エンジンをガンガン動かす。蒸気が逆流しすぎないようにポンプを止め、水が少なくなると給水口を大きく開けて蒸気を消した。激しい火格子を揺すり砕いても無駄で、激しい火は粉々に砕け散る。蒸気は再び勢いづくことはなく、彼は荷馬車の歩調で次のステーションに這っていった。煙突と火室の漏れがひどくなければ、懸命に働く送風機と振盪棒で数分のうちにエンジンのエネルギーを蘇らせ、インジェクターで始動に必要な水を供給する。しかし、遅延やトラブルの経験は、ビーミスに機関車の正しい操作方法を教えることはできなかったようだ。彼はすぐに機関士たちの恐怖の対象となり、ボイラー製造工たちは彼の火室の修理に休みなく取り組んだ。しかし、彼は今もそこにいる。たとえ100年も運転したとしても、機関士にはなれないだろうが。

ピストンクリアランスが大きすぎます。
我が国の主要鉄道の一つで、機関車が改造され、その路線向けの実験として拡張煙室が取り付けられた。そのため、ある程度の不信感を持たれた。機関車が運行を開始したところ、蒸気の出が不十分であることが判明した。当然のことながら、原因は喫水線設備にあるとすぐに結論付けられた。105 そして、より良い結果を得るために、チューブを通るガスの流れを調整するという実験が行われました。この仕事の責任者は、この路線の巡回技師で、熱心に問題箇所の特定に取り組みました。彼は煙室の付属品を調整する方法として考えられるあらゆることを試しましたが、何をやっても機関車の蒸気品質は改善されませんでした。次に、彼は別の方向で問題がないか探し始めました。調査の結果、機関車はシリンダーの両端に3/4インチの隙間がある状態で動作していることが分かりました。当然のことながら、彼はこれが蒸気の重大な無駄を招いていると結論し、隙間を1/4インチに減らしました。この変更後に機関車が外に出ると、非常に満足のいく蒸気出力が得られ、この路線では煙室の拡張の評判はもう悪くありません。

不釣り合いな煙突。
開放型煙突（拡張煙室の場合も同様）を採用する際によくある誤りは、排気に対して煙突を広くしすぎることです。これは、蒸気がピストンのように煙突内を満たさず、その背後にきれいな真空状態を作らないため、煙突を通過する蒸気の通風不足につながります。拡張煙室を装備した後に機関から蒸気が自由に排出されなくなった場合は、煙突の直径とシリンダーの大きさの比率に注意を払う必要があります。

排気ノズル。
機関車は加熱面積が限られているため、106 強力な人工通風を利用して蒸気を急速に発生させる。燃焼を刺激し、必要な熱を発生させる多くの装置が試されてきたが、絞り込まれた排気口ほど効果的で信頼性の高いものはなかった。シリンダーから大気中に蒸気が断続的に放出され、排気管の絞り込まれた開口部から煙室に漏れ出すと、煙室に部分的な真空状態が生じ、そこに火室からのガスが驚くべき速度で流れ込む。排気ノズルの面積が増加すると、通過する蒸気の圧力が低下し、煙室の真空度は低下する。その結果、ノズルが広いほど、煙道を通るガスの速度は狭いノズルの場合よりも遅くなる。これは、燃焼生成物を吸い出す煙室の吸引力が少ないためである。また、ガスが煙道内をゆっくりと通過する場所では、水が熱を吸収する時間が長くなる。燃焼ガスが熱抽出面と接触する時間を10分の1秒長くする変更や配置は、1トンの石炭の蒸発効率を飛躍的に向上させます。高温を測定する機器であるパイロメーターを用いた実験では、煙室を通過するガスの温度は華氏400度から900度まで変化することが示されており、ノズルの縮小に伴い煙室温度も上昇することが示されています。このことから、鉛の融点が華氏627度であるにもかかわらず、鉛製のガスケットでは煙室の送風機接続部を密閉できない理由が技術者には理解できます。

過度に収縮したノズルは別の意味で問題となる。シリンダー内に逆圧を発生させ、それによって有効性能を低下させる。107 蒸気。単一ノズルよりも二重ノズルの方が好ましい。単一ノズルの場合、蒸気が他のシリンダーに噴出し、逆圧を引き起こす傾向があるためである。

良い記録を出そうとする技師は、できるだけノズルを広く開けて運転しようとします。ノズルを狭くすると、逆圧によって出力が損なわれます。激しい風で火を粉々に砕き、熱を煙道に急速に送り込むため、大気中に放出されても温度はわずかにしか下がりません。賢明な配慮によって煙室温度を100度も下げる技師は、まさにその道の達人と言えるでしょう。

先日、機関士が機関庫にやって来て、「機関車には3.5インチのノズルを付けた方がいい。サイズが大きくなっても機関車は大丈夫だと思う」と言った。彼はそれまで3.25インチのノズルを使っていた。そこで変更が行われた。次の出勤から戻ってきた機関士は、変更のメリットに疑問を呈した。ところが、たまたま彼の機関車の火夫が休みになり、見知らぬ人が派遣されたのだが、その火夫は優秀な火夫ではあったものの、蒸気を満足に供給することができなかった。しかし、次の出勤では、機関車の火夫が戻ってきて、必要な蒸気を難なく確保できた。しかし、この火夫は何千人もの競争相手の中でもはるかに抜きん出ている人物だ。相当な訓練と賢明な思慮深さ、そしてたゆまぬ努力が相まって、この男は滅多にない卓越した火力管理能力を身につけた。彼は独自のシステムを採用しているようだ。それは完璧なまでに洗練された点火方法である。彼の石炭は細かく砕かれ、108 手の届きやすい場所。彼の動きは冷静で慎重で、急ぐことも、騒ぐこともない。扉を開けると、積荷を積んだシャベルが、一目見て火の最も薄い部分へと積み荷を投じる準備を整えている。最も蒸気が必要な部分には、短い間隔でシャベル一杯ずつ火をつけ、そのまま火を絶やさない。こうすることで、火室の内容物がほぼ均一に保たれるため、蒸気は新鮮な火による冷却効果を全く受けない。この方法は、機械の先見者たちが近い将来完璧な着火を実現すると予言する自動ストーカーに極めて近い。このようなシステムを実現するには忍耐と自己犠牲が必要だが、仕事に誇りを持つ者にとっては、それらは十分に報われるだろう。

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第10章
水不足。—ポンプ障害。
トラブルは自然エネルギーを生み出します。
困難や苦難は、人間の性格を浄化し高める効果があることが知られています。仕事の遂行中に遭遇する困難は、真の職人の技能を養います。また、道路でのトラブルや機関車の事故は、技術者に生来のエネルギー、創意工夫、忍耐力があれば、それを発揮する機会を与えます。そうでなければ、雇い主にこれらの重要な資質の欠如を知らせることになります。

エンジニアが道路上で遭遇する最も深刻なトラブルの原因の 1 つは、水不足です。

水不足は深刻な窮状です。
列車を定刻に走らせることが期待される機関車で蒸気が不足するのは、機関士にとって非常に過酷な状況です。しかし、より過酷で危険な試練は水不足です。蒸気を動力源として用いる場合、火が白熱している間は加熱面の上に常に水をかけておく必要があります。さもないと、加熱面は破壊されてしまいます。蒸発するボイラーでは、110 機関車のように大量の水を急速に供給するには、最も完璧な給水装置が必要です。ほぼすべての機関車はこの点において十分な設備を備えています。優れたポンプや効率的なインジェクターは、通常の状況下では機関士にとってボイラーへの給水に非常に役立ちます。しかし、最高のポンプや最も信頼性の高いインジェクターでも、ボイラーへの給水ができない状況が発生することがあります。

水不足の対処法。
何らかの原因でボイラーの水が不足していることに気付いた場合、技師は給水装置の作動を妨げている障害物を取り除くなど、あらゆる既知の手段を用いて困難を克服すべきである。しかし、その際には、火室と煙道の安全性を一瞬たりとも軽視してはならない。水が天板の下まで達する前に、火を消すよう最大限の注意を払わなければならない。これは、火を叩き消すことで最も効果的に行うことができる。しかし、火を引く動作によって一時的に熱が上昇することは望ましくない場合もある。そのような場合、最も安全な方法は、湿った土や水で湿らせた細かい石炭を火に投げつけて弱火にすることです。あるいは、より緊急性の高いケースでは、火室に水をかける以外に天板の破損を防ぐ手段がない場合もあります。しかし、これは最後の手段であるべきです。火室を守る方法としては非常に不器用であり、少なからぬ損害をもたらす可能性があるからです。熱い鋼板に冷水をかけると、突然の収縮が起こり、ひび割れや破裂が生じることもあります。

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水位計を観察する。
「エンジンを焼き付ける」ことは、職業上エンジニアが陥り得る最大の不名誉なので、その名にふさわしい男なら誰でも、ゲージコックを頻繁にチェックして、水が不足する事態に陥らないように用心します。正常に機能する水グラスを持っているだけでは十分ではありません。エンジニアがトラブルを避けたいと本気で願うなら、グラスを補助的に使ってゲージコックのそばを走り回ります。注意深い実験により、正常に機能する水グラスは、ゲージコックよりも水位のより確実な指標であることが実証されています。ボイラーが汚れていると、水は自然水位を超えて上昇し、開いているゲージコックに向かって流れ込みます。これは、水がゲージコックの水位のすぐ下にあるときに証明できます。コックを少し開くと蒸気だけが出て行きますが、完全に開くと水が入ってきます。しかし、水位がゲージコックの近くにない限り、水はゲージコックを通って入ってきません。技師は、計器に蒸気の混合が表示された場合、表示されている水は信頼できないと判断できます。それは「固体」ではありません。一方、故障した水コップは、クラウンシートが赤熱しているにもかかわらず、水頭が一杯になっていることがあります。

駅間でテンダーが空になっているのが見つかった場合の対処法。
ポンプやインジェクターが作動しなくなる最も自然な原因は、炭水車からの給水がないことにあります。この状況は、機関士が給水所で給水し忘れたり、給水地点間の距離が長かったりする場合に、道路上で時折発生します。機関士が水不足に陥り、112 たとえ機関車が空の場合でも、給水装置が遠くて手が届かない場合は、火を鎮火させて、最も近い水タンクまで助けが来たら蒸気を発生させるのに十分な水をボイラー内に残しておくべきである。これは、特に機関車にポンプがない場合に、面倒な遅延を省くことができる。時折、計算間違いや事故で、火を消さなければならなくなり、安全に火を起こすのに十分な水がボイラー内に残っていないことがある。このような場合、助けやポンプ手段がない場合は、バケツに頼って、安全弁までボイラーに水を満たすことができる。走者が機関車を冷間牽引するよう要請する前に、機関車に蒸気を発生させるためにあらゆる可能な手段を尽くすべきである。

試練の立場。
かつて、ある機関士が炭水車に水を満たさずにうっかりタンクを通り過ぎてしまったという事例を私は知っています。彼は重い列車を牽引し、激しい火災の中を進んでいました。厳しい霜の降りる夜、沿線の小川や沼地はすべて厚い氷に覆われていました。やがて彼のポンプは動かなくなり、彼はしばらく始動を試みましたが、炭水車が空になっていることに気づきました。この事実が判明した時には、ボイラーの水は少なくなっており、激しい火災で蒸気が安全弁に向かって轟音を立てていました。彼にはダンプグレートがなく、火はあまりにも激しく、汲み出すことができませんでした。火室と煙突が破壊されるのは明らかでした。しかし、彼は様々な工夫を凝らした人物でした。まず、消火のためにゲージコック（ゲージは一つしかありませんでした）から水を送ろうとしましたが、うまくいきませんでした。そこで、火室をほぼクラウンシートまで満たしました。113 炭水車に一番小さな石炭を積み、火を少し消し止めた。それから煙室の扉を少し開け、給水所へ向かった。エンジンを始動させると、逆転レバーを中央にセットし、蒸気供給を最大限に活用するためにスロットルを全開にした。こうしてエンジンは無事だった。

ストレーナーを観察します。
タンクの上部が劣化し、リベット穴や継ぎ目から燃え殻や石炭の小片が落ちてくる場合、技師はポンプやインジェクターの不具合に注意する必要がある。水の流れが悪くなり始めた兆候が最初に現れたら、ストレーナーを調べるべきである。すると、ポンプやインジェクターの安全を守る番人のように設置されている銅製の穴に、大量の燃え殻が堆積し、水の流れを妨げていることに気付くだろう。

ポンプの手入れ。
機械的な予測によれば、機関車の付属装置としてのポンプはもはや役目を終え、その寿命は尽きつつあるようです。機関車のボイラーへの給水にこれより良い方法がなかった時代、ポンプは大きな役割を果たしてきました。しかし、インジェクターの登場以降、ポンプは姿を消しつつあります。しかしながら、ポンプは依然として多くの路線でその役割を果たしており、その管理方法については広く関心を集めることでしょう。

ポンプの状態をテストする方法。
エンジニアが定期的にポンプを動かし、エンジンを注意深く監視する習慣があれば、すぐにわかるだろう。114 ポンプが停止すると、蒸気から水が漏れ出します。次に、ペットコックを開きます。その動作から、ある程度、どこに問題があるかがわかります。ペットコックから弱い水流が出ている場合は、おそらく下のバルブに問題があります。それが突き出ていたり、下のケージの一部が破損している場合は、プランジャーが戻りストロークで水を供給パイプに押し戻します。その結果、ペットコックから強い水流を出すための圧力がかかりません。上部または圧力バルブが破損しているか、詰まっている場合は、プランジャーの戻りストローク中にペットコックから全量水が噴出しますが、戻りストロークでプランジャーが分岐パイプから水を引き出し、開いたペットコックから空気が吸い込まれます。チェックバルブが破損しているか、詰まっている場合は、ペットコックを開いたままにしておくと、蒸気と水が分岐パイプから逆流します。チェックバルブから漏れた蒸気がポンプとバルブを高温に加熱すると、いくつかの原因によりポンプの動作が妨げられます。熱によって低圧の蒸気が発生し、プランジャーの後ろの空間が満たされるため、水を吸い込むための真空状態が形成されません。ポンプのバルブが熱によって過度に膨張し、シートから完全に外れてしまうことも少なくありません。バルブまたはケージのいずれかに不純物が付着してポンプが停止した場合、技師は蒸気圧によって詰まりを除去できることを承知しています。そのため、給水管に水を満たした後、ヒーターコックを開き、フットコックを閉じて、蒸気と水をポンプに送り込みます。詰まりがストレーナーにあると判断し、停止して取り除く時間がない場合、ヒーターからテンダーに蒸気を吹き込みます。115 一時的な緩和にはなりますが、ポンプのバルブが固まってしまい、水や蒸気を吹き込んでも元の位置に戻らない場合は、技師が柔らかいハンマーでバルブを軽く叩くと、不具合を修復できる可能性があります。それでも改善が見られず、他に頼れる供給媒体がない場合は、技師は数分で上部または下部のチャンバーを取り外し、ポンプの動作を妨げている不純物を取り除くことができます。そうすると、ポンプを貫通したパッキング片、ケージとバルブの間に挟まったブッシング、またはその他の異物がバルブを動かせない原因となっていることが見つかるでしょう。あるいは、バルブやケージが破損している可能性があり、修理しないとポンプが使用できなくなります。

ポンプバルブのリフト。
ポンプバルブの揚程が大きいと、バルブ自体やケージに激しく衝突して破損する可能性が非常に高くなります。ポンプバルブに必要な適切な揚程は、バルブ自体の直径にある程度依存します。厚みのあるバルブは、幅の狭いバルブよりも少ない揚程で済みます。私たちの列車を牽引する機関車には、直径2.5インチのポンプバルブが搭載されています。クロスヘッドから作動するポンププランジャーの直径は2インチです。下段のバルブの揚程は3.32インチ、中段のバルブの揚程は1/8インチ、チェックバルブの揚程は1/4インチです。これらの寸法により、あらゆる速度で非常に満足のいく結果が得られます。ポンプは驚くほど滑らかに動作し、衝突や変動がなく、問題も発生しません。116 修理。高速旅客輸送に用いられる機関車のバルブリフトは、この寸法より1/32インチ小さく、低速貨物輸送に用いられる機関車は、規定の寸法より1/16インチ大きくなるよう調整されている。

パイプをしっかりと締め、梱包を整頓してください。
ポンプの正常かつ良好な作動を確保するためには、給水管や加熱管からの漏れを防ぐよう注意を払う必要があります。パッキンは良好な状態に保ち、チャンバージョイントは完全に気密にする必要があります。プランジャーが外側に移動する間、ポンプ内部は真空状態になり、そこに水が流れ込みます。この真空状態が空気や蒸気で部分的に満たされると、ポンプの作動は不十分になります。パッキンの不良やジョイントの漏れほど、この望ましくない状態を引き起こす可能性のあるものはありません。ポンプの取り付けに細心の注意を払うことで、性能の低いポンプでも十分に機能するようにすることができます。しかし、メンテナンスを怠ると、どんなに良く作られたポンプでもすぐに信頼できないものになってしまいます。

ポンプ室内に砂が入っています。
ポンプには、どんな戦いにも必ず勝つ宿敵が一ついる。それは砂だ。鉄道用語で「砂」という言葉を使って勇気を表現するのは、一握りの砂が、どんなに優れた機械技術で作られたとしても、いかに確実に、そしてあっという間にポンプを打ち負かすかという認識から生まれた。砂はパッキンの間をすり抜け、プランジャーを引き裂き、変形させる。そしてケージとバルブの間に入り込み、バルブをしっかりと固定するため、強いハンマーで叩いても壊れない。117 コンパクトを溶解するには、しばしば砂の除去が必要です。タンクの適切な洗浄、給水管の清掃、そして砂を含まない水の使用が、この悪影響に対する唯一の確実な解決策です。技術者が砂を含んだ水を取水しなければならない状況では、ケージ内のバルブに余裕を持たせることで、ある程度の軽減は得られますが、砂で汚染された水をボイラーに供給する手段としては、ポンプよりもインジェクターの方がはるかに優れています。

排出口が石灰沈殿物で詰まっています。
ポンプが過圧による不具合を示し始めたら（ジョイントの破損、詰め物や箱詰めの破損、分岐管の破裂によって示されます）、チェック弁とボイラーの間のオリフィスを検査する必要があります。その開口部は、石灰塩の蓄積によってほとんど閉じられていることがよくあるからです。

軽微なポンプトラブル。
給水管やその他の接続部が完全に気密になっている場合、水を止めた際にポンプが激しく振動することがあります。これは給水管に小さな穴を開けることで防ぐことができます。あるいは、より適切な場所はヒーター管の上部で、水面より少し上に穴を開けることです。

ポンプのバルブがシート上で漏れていると、ポンプは正常に作動しません。下側のバルブがシート上で適切に研磨されていない場合、プランジャーは給水管、ジョイント、パッキンを通して空気を吸い込み、戻りストロークでポンプ内の空気の一部を圧縮し、残りの空気をポンプ内に戻します。118 給水パイプから漏れているバルブを通り抜ける。このプロセスは給水後も続く。プランジャーと水の間に溜まった空気がクッションのように作用し、ポンプはペットコックが開いて空気が排出され、水が流入するまで作動しない。ペットコックが開かれるまで作動しないポンプを使っている技術者は、吸入バルブを研磨する必要がある。そうすれば、動作に明らかな改善が見られるだろう。

低速列車の運行においては、ポンプはボイラー給水に十分対応できますが、高速旅客列車ではポンプの使用は許容されません。高速機関車は、高ストローク速度で定期的に水を噴射するため、ポンプは設計できません。

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第11章
インジェクター。
インジェクターは、過去10年間で驚くほど急速に普及し、人々の支持を得てきました。今後10年以内には、機関車に新しいポンプが搭載されることはなくなるだろうと予測できます。インジェクターの理解が不十分で、不規則に使用されていた間は、信頼性の低いポンプというレッテルを貼られていました。しかし、機関車ボイラーへの唯一の燃料供給源として使用されるようになると、定期的な運転と適切なメンテナンスが必要となり、そのメリットは急速に認識されるようになりました。

インジェクターの発明。
給水装置（フィードインジェクター）は、著名なフランスの科学者であり飛行士でもあったアンリ・ジファールによって発明されました。その優れた動作は、気球推進に使用できる軽量機械を考案するための一連の実験中に発見されました。ジファールは史上最も完璧な気球を設計しましたが、給水装置はその気球には使用されず、この発明は忘れ去られ、ほとんど忘れ去られました。航海の途中、ジファールはイギリス、マンチェスターのエンジニアリング会社シャープ・スチュワート社のスチュワートと偶然出会いました。会話の中で、120 ボイラーへの給水について、ジファードは自分の注入器を思い出し、その動作原理について語った。スチュワートはその装置の簡便さに感銘を受け、イギリスでそれを販売することを決意し、その後まもなくそれを実現させた。彼は元の特許が存続する限り、発明者の利益を代表した。彼の助言により、フィラデルフィアのウィリアム・セラーズ社がアメリカの特許を管理することになった。

インジェクターが使用開始から数年間、機械工、そして科学者の間でもこれほどの驚きと熱狂的な憶測を巻き起こした発明は稀有なものでした。科学者たちはインジェクターの作用原理をすぐに理解しましたが、その知識が機械工の間で広まるには時間がかかりました。それは永久機関、つまり動力なしに仕事をする手段、あるいはアメリカ人の言葉を借りれば、人がブーツストラップを引っ張って立ち上がるのと同じ手段とみなされていました。

インジェクターがどのように動作するかを調べています。
私が付き合っていた機械工の間では、インジェクターは秘密の仕組みを持つ機械と言われていました。内部に真空状態を作り出す部品があり、それが水をボイラーに送り込むのだと言われていました。私たちは皆、凝縮エンジンの真空状態をよく知っていたので、それは謎を解く便利な方法でした。インジェクターの秘密を解明しようとして、私たちが凶悪な罪とみなしていたことを覚えています。あるスコットランドの町で、教会に行かないことは犯罪と同義とされていた日曜日の午前中、私たち3人はこっそりと機関室に忍び込み、インジェクターを分解しました。121 職長は敬虔な男のように説教を聞いていた。計画はすべて前日に立てられ、必要な道具も手元に用意されていた。しかし、その仕組みを説明できるものが何も見つからなかった時の失望感は、今でも鮮明に記憶に残っている。

インジェクターの動作原理。
インジェクターの原理は誘導流であり、これは25年前よりもはるかに広く理解されています。あらゆる種類の流れは、それが通過したり接触したりする物体と同じ方向に運動を誘導する傾向があります。例えば、風と呼ばれる空気の流れが水面を通過すると波が動き、水面を元の水位よりも高く岸に押し上げることはよく知られています。同様に、非常に高速で移動する蒸気の噴流を好条件の水域に注入すると、蒸気の運動の一部が水域に伝わり、蒸気の元の圧力を克服するのに十分な運動量が発生します。このようにして、インジェクターは蒸気の発生源と同じ圧力に逆らって水をボイラーに押し込みます。この原理は現在、様々な分野で様々な有用な目的に利用されています。通常の機関車の送風機、送風機、蒸気サイフォン、蒸気ジェット、ジェット排気装置、アルガンドバーナーなどがその応用例です。

インジェクターの作用を詳しく調べると、動力源としての謎は消え去ります。なぜなら、動作中に、行われた仕事の機械的等価物に等しい量の熱が消費されるからです。122 給水。したがって、一定量の熱量がスロットルからインジェクターに送られると、当初想定されていたように、熱の全てが給水とともにボイラーに戻るのではなく、漏れ、放射、対流などによる損失に加えて、行われた仕事量に相当する熱の一部が放散されます。

さまざまな形状のインジェクター。
実用化されているインジェクターには様々な形態がありますが、いずれもその動作原理は特定の基本原理に基づいています。蒸気はボイラーから蒸気管と受管A （図1）を高速で通過し、点Bで水と混合して凝縮しますが、水にかなりの運動量を与え、水は送出管を流れて逆止弁を上昇させ、ボイラーへと流れ込みます。

図1.
インジェクターの管は、蒸気の集中噴流が水に衝突し、水流の安定性を維持するのに最適な形状に設計された通路を水が通過するように配置されています。123 水に与えられる速度は蒸気によって行われる仕事を表し、この速度がインジェクターの正常な動作を左右します。インジェクターを始動させるための水流は、チェックバルブにかかる一定圧力（スロットル圧力に等しい）に逆らって発生させることができないため、オーバーフローが設けられ、必要な運動量が得られるまで水はチェックされずに流れ続けます。オーバーフローが閉じられると、水はオーバーフローします。図1に示す基本的なインジェクターからの構造上の変更はすべて、様々な条件下でインジェクターの作用範囲を広げ、異なる蒸気圧下で自動的に動作させ、自然水位より高く水位を上げる能力を向上させることを目的としています。

インジェクターとして機能するヒーターパイプ。
インジェクターが発明される以前は、ヒーターパイプがインジェクターとして機能するケースが時折ありました。ヒーターパイプの先端が給水管を貫通し、逆止弁に向けられている場合、好条件でヒーターを始動すると、水がボイラーに供給されていました。多くのベテラン技術者が、このような事例を語り継いでいます。

インジェクターの修理にはスキルと反省が必要です。
インジェクターはポンプを動かすのに必要な労力よりも少ない労力で良好な状態を維持できますが、修理が必要な場合は高度な機械技術が求められます。ほとんどの機械工は、新しいチャンバーやプランジャーをポンプに取り付けることができます。この仕事を満足にこなせる人の多くは、124 故障したインジェクターを修理しようとすると、ひどい状態になってしまう。このような作業には、正確な組み立てができる手だけでなく、思慮深い思考力も求められる。ガイドやクロスヘッド、リンクの扱いに長けた作業員であっても、動作しないインジェクターを分解しても、何の不具合も感じられない。なぜなら、そのインジェクターの原理を頭に叩き込んでいないからだ。そして、故障の原因を洞察するには、まず原理を理解していなければならない。

インジェクターのケア。
機関士がインジェクターの作動不良に気づいたら、まずストレーナを点検すべきです。ストレーナは燃え殻やその他の不純物で頻繁に詰まるため、一刻も早く点検すべきです。ある日、私が機関庫を操作していたとき、機関士が息を切らしてやって来て、操車場で機関車が詰まってしまったので、インジェクターが作動しないので火を捨てなければならないと伝えました。気温は零下20度で、アイオワ州では猛吹雪が吹き荒れていました。操車場で機関車が動かなくなると、恐ろしいほど寒い作業になりかねません。私はまず、ストレーナを試したかと尋ねました。すると彼の答えは、ストレーナは大丈夫だ、インジェクターは問題なく始動するものの、蒸気を噴射するたびに壊れてしまう、というものでした。私は機関車のところへ行き、機関士にインジェクターを操作させようとしました。オーバーフローの流れを観察すると、プライミングは完了しているものの、インジェクターに十分な水が供給されていないことがすぐに分かりました。調査の結果、ストレーナーが燃え殻でいっぱいになっていることが判明し、水の流れを妨げるものを取り除くと、インジェクターは正常に作動するようになりました。

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混乱の最も一般的な原因。
砂と燃え殻は、あらゆる給水装置と同様に、インジェクターの故障の最大の原因です。私が知っているある事例では、短い支流を流れる機関車用の水を、砂地の小川からサイフォンで汲み上げていました。タンクの底には、通常約15cmの砂が積もっていました。機関車にはポンプとインジェクターが付いていましたが、給水はすべてインジェクターで行わなければなりませんでした。ポンプは1ガロンもの水を汲み上げることができなかったからです。インジェクターは、4分の1ほどの砂に見える水でも汲み上げていました。砂はすぐにインジェクターのチューブを破壊しました。ヤスリやガラスを切るときにサンドブラストをかけるのと同じように作用したのです。

インジェクターの故障の非常に一般的な原因は、スロットルバルブまたはチェックバルブからの蒸気漏れです。これによりインジェクターが高温になり、プライミングに必要な真空状態を作れなくなります。多くのインジェクターチェックバルブは、通常の使用に耐えるほど軽く作られており、中には、作動を停止すると常にバルブがシートから離れた形状になっているものもあります。そうなると、エンジニアは蒸気の逆流を防ぐために、ハンマーでチェックバルブを叩かなければならず、鋳物をすぐに台無しにしてしまいます。水平に設置されたチェックバルブは、砂利を含んだ水では役に立ちません。

インジェクターを良好な状態に保つ方法。
インジェクターを良好な状態に保つには、機関士はすべてのパイプと継手がしっかりと締まっていることを確認する必要があります。機関車が常に揺れにさらされる状況では、パイプと継手をしっかりと締まった状態に保つのは困難です。しかし、インジェクターは頼りにできません。126 水に空気が混入する可能性がある箇所。継ぎ目やパイプの漏れは、特にインジェクターの昇降に悪影響を及ぼします。空気が入り込み、蒸気噴流が真空状態を形成できなくなるからです。最初はインジェクターの始動が困難になるだけですが、漏れが悪化すると、全く始動できなくなります。さらに、空気が水に混入すると、水の速度を低下させる傾向があるため、あらゆるインジェクターの動作に悪影響を及ぼします。水分子は凝集体を形成し、蒸気はこれに強い力で衝突して水の流れを維持します。水が空気と混ざると、凝集体という要素が失われ、蒸気噴流は容易に運動量を得られない半弾性体に衝突します。この蒸気と空気の混合は、逆止弁にしっかりと作用するのではなく、まるで弁が上下に動いているかのように、泡立つような音を立てて水が流入します。そして、このように動作しているとき、水流は非常に容易に途切れます。

インジェクターのトラブルの奇妙なケース。
セラーズ社製の改良型インジェクターを機関車に約1年間取り付けましたが、これは優れた給水装置でした。しかし、何度か奇妙なトラブルに見舞われ、うまく動作しませんでした。ある時、インジェクターが空気を吸い始めたのですが、パイプが詰まっているようで、どこから空気が来ているのか分かりませんでした。しかし、ブツブツという音が聞こえたので、空気は確かに通っていました。また、水が頻繁に破裂し、走行中に迷惑でした。インジェクターの給水パイプにはヒーターパイプが接続されていましたが、後になって、このパイプの上部ジョイントから空気が入り込んでいることがわかりました。このジョイントは水面より上に出ていたため、漏れは見られませんでした。

もう一つの時、このインジェクターが故障しそうになった127 雪の中。私は除雪車で、とてつもなく深い雪の吹き溜まりを切り開いて道路を開通させていました。私たちは数日間、ある土手で作業していました。タンクに雪をシャベルで入れて水を作り、ヒーターとインジェクターに蒸気を吹き込んで雪を溶かしていました。雪と一緒に燃え殻がタンクにどんどん入り込み、やがてインジェクターの調子が悪くなり始めました。何度か分解して燃え殻を取り除いたら、再び正常に動作するようになりました。しかし、ある時、中に燃え殻がないと全く動かなくなり、どんなに力を入れても始動しないようでした。呼び水は問題なくできるのですが、蒸気を吹き込むとすぐに水が破裂してしまいます。途方に暮れた私は、消防士にインジェクターを操作させ、自分は下に降りて様子を見ていました。すべてはしっかりしているように見えました。ストレーナーも調べましたが、これまでと同じようにスムーズに作動しない理由は見当たりませんでした。見ていると、オーバーフローバルブのステムから水滴が漏れているのが見えました。しかし、「水が流れ出る場所より手前にあるので、インジェクターの動作には影響ないだろう」と考えました。しかし、それでも動かない様子だったので、オーバーフローステムに少しパッキングを入れました。どうせ害はないだろうと思ったのです。するとインジェクターは正常に動作するようになり、その後は問題がなくなりました。このように、些細な欠陥に思えても、インジェクターにとっては深刻な問題となることがあるのです。

一般的な欠陥。
噴射された水の速度を一定に保つことは、インジェクターを良好な作動状態に保つための第一の要件であるため、128 その速度では動作が阻害されます。様々な要因が組み合わさって、インジェクター本来の効率が低下します。固定ノズル付きのインジェクターは、一定の大きさのオリフィスと、様々な蒸気圧での供給に最適な比率で設計されています。これらのオリフィスが摩耗して適切なサイズではなくなると、インジェクターの性能が低下します。そして、新しいチューブに交換する以外に解決策はありません。チューブはインジェクターのシェル内で緩み、ラインから外れて落ちてしまうことがあります。すると、水は次のチューブの側面や、正しいラインから外れた箇所に当たり、霧状に飛び散ってボイラーに流れ込むエネルギーを失います。故障したインジェクターを検査する機械工は、常にチューブが緩んでいないことを確認する必要があります。この欠陥のあるインジェクターは、高圧の蒸気がないと動作しません。水路が固着しているインジェクターは、一般的に蒸気圧が低いときに最もよく動作します。後者のような事例は石灰質地域でよく見られます。注入器が石灰でひどく固まり、通路がほぼ塞がれてしまった例も知っています。

パッキンによってしっかりと固定されているインジェクターの接合部は、注意深く監視する必要があります。ラムグランドにパッキンを詰めることで、正常に動作しなかったインジェクターが何度も完全に修復されています。

冬季のインジェクターの手入れ。
厳しい霜の降りる天候のとき、インジェクターはポンプよりもずっと簡単に正常な状態に保つことができますが、継続的な監視と賢明な監視が必要です。

インジェクターを凍結の危険から守るためには、129 全ての配管から水を完全に排出できるよう、凍結防止栓を設置してください。水が溜まりやすい配管の曲がり部は可能な限り避け、どうしても曲がる場合は、最も低い箇所に凍結防止栓を設置してください。

インジェクターを正常に動作させるには、技術者が十分な注意を払う必要があります。そして、十分な注意が払われれば、インジェクターは非常に経済的なボイラー供給装置となることが証明されます。

セラーズインジェクター。
ジファード注入器がフィラデルフィアのウィリアム・セラーズ社によって初めて米国に導入された当時、それは非常に欠陥のあるボイラー供給装置でした。しかし、同社は大きな改良を施し、今日広く普及している注入器へと発展させました。彼らはこの装置に自動調整機能を持たせ、設計を改良することで、ボイラーの圧力がどれだけ変化しても自動的に供給を行うようにしました。幾度もの改良を経て、1876年に製造された注入器の断面図を図2に示します。今日のセラーズ注入器は、100周年記念博覧会に展示された当時とほぼ同じままです。

図2.
図 2を参照すると、Aは受入管であり、バルブXによって蒸気の流入が遮断される。受入管を貫通して合流管に至る中空のスピンドルがロッドBに固定されている。バルブ X はこのスピンドルに取り付けられており、スピンドルは、バルブX をシートから持ち上げることなく、わずかに（図に示すストッパーがバルブXに係合するまで）移動できるようになっている。ロッドBに固定された第 2 のバルブWは、シートがバルブXの上部にあるため、ロッド B がそれ以上引き出されていない場合、バルブX をシートから持ち上げることなく開くことができ（したがって、蒸気がスピンドルの中央に流入する）、131さらに、中空スピンドルのストッパーがバルブX に接触した後、Dは吐出管、Oは空間Cへのオーバーフロー口、Kは吐出管内のチェックバルブ、PRは排水バルブです。合流管の上端にはピストンNNが取り付けられており、シェルMMの円筒部内を自由に移動できます。合流管の下端は、吐出管の上端に形成された円筒状のガイド内をスライドします。

ロッドBは、ガイドロッドJに取り付けられたクロスヘッドに接続され、レバーHはクロスヘッドに固定されています。スクリュー排水バルブの上端のレバーに取り付けられたロッドLは、レバーHに固定されたアイを通過します。ストップT、Qはこのロッドの動きを制御し、レバーHが最も外側に投げ出されたときに排水バルブが閉じ、レバーが押し込まれて蒸気バルブX が閉じられると排水バルブが開きます。一方、レバーは、排水バルブに影響を与えることなく、ストップP、Qの位置間で移動できます。レバーH が完全に引き出され、その後元に戻されると、ガイドロッドJの上部に切り込まれた歯によってラッチVが作動します。このクリックは、ロッドJの最後の歯を通過するまで移動されるとすぐに解除されます。図に示すように、機器本体内に空気容器が配置されており、インジェクターとその接続部が衝撃にさらされた場合、特に機関車で機器を使用する場合に発生するような衝撃を受けた場合に、連続したジェットを確保します。

インジェクターを始動させるのに必要な操作は非常に簡単で、実際には説明で説明するよりもはるかに簡単です。132 レバーH を手で触って、バルブXと中空スピンドルのストッパーが接触するまで押し続けると、蒸気がスピンドルの中心に導入され、供給管Dと排出口Pを通過する際に膨張し、供給管を通って中空スピンドルの周囲の合流管に水を汲み上げます。これは、エジェクターや蒸気サイフォンのような働きをします。排出口Pから固形水が噴出したら、ハンドルH を最大まで引き出し、蒸気バルブXを開き、排出バルブを閉じます。蒸気と水が供給されている限り、インジェクターの動作は継続されます。

ネイサン製造会社のモニターインジェクター。

図3.
最も成功し、長く使用されているインジェクターの1つはモニターであり、その特徴はインジェクターが固定ノズルで構成されていることです。133 モニターインジェクターの断面図を図3に示します。インジェクターを始動するには、中央のコック（リフティングジェット）を開きます。オーバーフローに水が現れると、蒸気バルブが開き、リフティングジェットが閉じます。インジェクターの動作は、下部のハンドルであるレイジーコックによって調整されます。ステム上の偏心装置によって操作される可動バルブが、現在レイジーコックとして使用されています。一般的なコックは霜の降りる天候の際に問題が発生することがわかったためです。合流チューブはラインチェックに接続されており、チェックと一緒に取り外すことができます。これにより、検査や修理が簡単に行えます。

コルティングインジェクター。

図4.
図4を見ると、このインジェクターは二重管式器具であることが分かる。最初の管は134 加圧された水を汲み上げて2番目のチューブに送り、ボイラーへの水圧供給を完了します。この配置により、部品の調整なしに、幅広い蒸気圧でインジェクターを作動させることができます。最初のチューブを適度に細くすることで高い吸引力が得られ、インジェクターは高温の水を供給することができ、沸点を超える温度でボイラーに供給することができます。Kortingインジェクターはハンドル1つで完全に操作でき、操作方法を習得するための説明書は必要ありません。供給量は、特許取得済みの調整弁と汚れ止めの組み合わせによって調整され、水の供給量を調整し、インジェクターへの汚れの侵入を防ぎます。

ハンコックのインスピレーション。

図5.
図5はハンコック式インスピレータの断面図です。このインスピレータは、基本的に揚水ジェットと揚水ノズル、そして強制ジェットと強制ノズル（インジェクタ）で構成されています。インスピレータが作動している間は、両方のノズルに蒸気が供給され、給水が強制ノズルに送られ、ノズルを通してボイラーに圧送されます。揚水ノズルと強制ノズルはどちらも固定されていますが、それらの比率は、蒸気圧や給水量の変化に応じてインスピレータを調整する必要がないように設定されています。排水バルブは、始動時を除き、装置の作動中は閉じられた状態に保たれます。ハンコック式インスピレータの二重ノズル配置により、高温の給水が可能です。この点では、通常のポンプと同様に機能します。135 インジェクターの利点をすべて備えているだけでなく、機関車用に特別に作られたインスピレーターもあり、これは片手で操作できます。

136

第12章
ボイラーと火室。
機関車ボイラーの手入れ。
蒸気工学の現在の傾向は、消費燃料1ポンド当たりの作業量を増加させる努力の一環として、非常に高圧の蒸気を使用することです。蒸気の初期圧力が高いほど、その膨張原理から得られる利点は大きくなります。機関車ボイラーが受ける膨大な圧力にうまく耐えるためには、しっかりと構築された強固なボイラーが不可欠です。そして、全国の様々な鉄道会社は、このようなボイラーが重大な事故をほとんど起こさないことからわかるように、必要な条件を見事な形で満たしています。機関車は一般的に使用されるボイラーの中で最も圧力が高いボイラーですが、全米で稼働している膨大な数のボイラーを考えると、爆発という最大の災害は稀です。これは、機関車ボイラーの製造、保守、そして管理における絶え間ない注意によるものです。自由を守ることと同様に、安全のためには絶え間ない警戒が不可欠です。

137

安全係数。
ボイラーは、シートが裂けるような内部の力に対して十分な抵抗力の余裕が維持されている限り、完全に安全に使用できます。しかし、機関車用ボイラーではこの余裕は一般的に非常に小さいため、保守と管理にはより細心の注意が必要です。何年も前に、機械工学の世界では、ボイラーの最大強度の5分の1を安全作動圧力とする規則が確立されました。つまり、作動圧力140ポンドのボイラーは、破裂する前に1平方インチあたり700ポンドの張力に耐えられる必要があります。この国の機関車製造現場では、この安全余裕の半分以上は確保されていません。劣化や事故によってこの余裕が減少すると、危険が始まります。

ボイラー爆発。
機械工学の経験主義者や非現実的な準科学者たちは、幾度となくボイラー爆発の原因を謎の輪で包み込もうと試みてきました。しかし、このテーマを特別な研究対象としてきた最も優れた科学者たち、そしてボイラー爆発の調査に長年の辛抱強い実験と研究を捧げてきた最高の機械工学専門家たちは、この恐ろしい現象の原因を、理解可能な原因のみに帰しています。機械工学界の実務的な部分の結論は、マスターメカニック協会の年次報告書の一つに簡潔にまとめられています。「爆発は過圧によって引き起こされる。ボイラー全体が、あるいはその一部が圧力に耐えられないほど脆弱であるかどうかは問題ではない。」

138

ボイラーの保存。
ボイラーの維持は、機関士の細心の注意と配慮に大きく依存しており、その安全性に最も関心を持つのは機関士自身です。ボイラーに過度の負担がかからないように、機関士は安全弁と蒸気計が適切に機能していることを確認する必要があります。これを確実にするために、蒸気計は少なくとも月に一度は点検する必要があります。安全弁への機関士の介入を禁じる、整備された道路における規則は非常に賢明なものであり、機関士自身ほどこの規則の厳守に関心を持つ者はいません。

ボイラーに損傷を与える可能性があります。
機関車が急勾配を越える際に、エンジンが回転を止めずに済むように、習慣的に安全弁を締める愚かな人がいます。これは犯罪的な無謀行為であり、すべての機関士はこれを抑制することに関心を持っています。水位低下はしばしばボイラーの災害の原因として誤って非難されてきました。水位低下を放置すると、いかなるシートも耐えられない爆発性ガスが発生するという説が有力でした。この説はずっと以前に否定されましたが、それでも水位低下は火室シートを劣化させ、ステーボルトを破損させることで爆発の道を開くことは確かです。注意深い機関士は、機関車が少しでも「焦げる」のを防ぐよう注意を払います。なぜなら、ほんのわずかな焦げでも、何日も経ってから大きな問題を引き起こす可能性があるからです。焦げの危険は、給水または給水管内の不純物の影響で機関車がひどく泡立っているときに最も差し迫っています。139 ボイラー。このような状況では、蒸気とともに水位が急激に上昇するため、計器は真の水位を示すことができません。真の水位を知るには、蒸気を止めなければなりません。このような問題が発生した場合、機関士は安全側に回るべきです。たとえ、ボイラーに水を満たした状態でエンジンを動かすには、計り知れないほどの忍耐力が必要であってもです。

泥とスケールの危険性。
ボイラー内の泥や加熱面に付着したスケールは、ボイラーの保全にとって危険な敵です。技術者は、可能な限りこれらを根絶し、その悪影響を防ぐよう努めるべきです。頻繁に洗浄することで多くの汚れを除去できます。また、最も軟水を選ぶことで、ある程度スケールの発生を防ぐことができます。タンク内の水が硬すぎて、石鹸を洗おうとすると泡立たず、固まってしまう場合は、そのタンクは可能な限り使用を避けるべきです。

ボイラーの吹き飛ばし。
ボイラーが高温の状態で吹き飛ばして急激に冷却することは、非常に有害な行為であり、多くの鋼板のひび割れやステーボルトの破損の原因となります。また、ボイラーの伝熱面に急速にスケールが付着する傾向があります。ボイラーが高温の状態で吹き飛ばされるたびに、水に石灰分が含まれていると、伝熱面に泥の膜が残り、鋼板が熱いうちに乾燥して固まります。定期的にこの吹き飛ばし過程にさらされるボイラーから採取したスケール片をよく観察すると、薄い層が複数存在し、それぞれの層が吹き飛ばし期間を表していることがわかります。140 岩石の層がその形成過程を如実に示しているのと同じように、ボイラーを洗浄などの目的で急速に冷却する必要がある場合は、蒸気を吹き飛ばし、ボイラーに徐々に水を満たします。次に吹き飛ばしコックを開き、水が流れ出るのとほぼ同速で水を流し込み、温度が大気圧と平らになるまで続けます。これでボイラーを空にしても問題ありません。あるいは、40～50ポンドの蒸気圧で約2ゲージ分の水を吹き飛ばし、その後ボイラーを徐々に冷却して洗浄の準備を整えるという方法も良いでしょう。

熱いボイラーを吹き飛ばし、その後冷たい水に突入して洗い流すという行為の危険性はよく知られており認められていますが、より賢明な行動が期待される多くの道路で、いまだにこの慣行が続けられています。

過圧。
何らかの原因で安全弁がボイラーの圧力を逃がせず、蒸気が安全な張力を超えて上昇した場合、状況は危機的です。しかし、機関士は急激な圧力解放の方法に頼るべきではありません。そのような時に安全弁を勢いよく開けることは、極めて危険な行為です。最近、この原因で機関車のボイラーが大惨事を起こしました。安全弁の作動不良により、機関車が待避線に停車している間に、蒸気が作動圧力をはるかに超えて上昇したのです。機関士はこれに気づき、安全弁を開放レバーで開けると、ボイラーは瞬時に粉々に砕け散りました。スロットルバルブを急激に開けることで、141 同様の結果が生じた。このような事故の直接的な原因は、ある箇所での突然の圧力低下によって引き起こされたボイラー内の水と蒸気の激しい動きであったが、真の災害の原因は脆弱なボイラー、すなわち十分な抵抗力のないボイラーであった。ボイラーの最も弱い部分が、その最も強い部分である。これは矛盾しているように思えるかもしれないが、少し考えてみれば、ボイラーの最大の強度は、故障する点までしか達しないことがわかる。したがって、技術者は、ボイラーに不具合の兆候が現れたらすぐに、目に見えない欠陥がないか適切に検査する必要がある。スロートシートや継ぎ目の漏れ、ステーヘッドからの滴り、あるいは初期の亀裂は、弱さの兆候であり、遅滞なく対処する必要がある。

過剰な圧力を緩和します。
蒸気が安全圧力を超えて上昇していることに気づいた場合、技術者はヒーターを開けたり、インジェクターを始動させたり、火を弱めたり、あるいは笛を吹いたりして蒸気圧を下げる必要があります。笛は余分な蒸気を排出するのに便利な手段であり、その音はベルとバルブの開口部の間に布を巻き付けることで止めることができます。

破裂した煙突。
チェックバルブやブローオフコックなどのボイラーの付属品が吹き飛んだり破損したりした場合は、一刻も早く消火に努めなければなりません。これが第一の考慮事項です。煙道が破裂すれば、技術者は通常、消火の労力を省くことができます。この場合、技術者は圧力を下げることに注力すべきです。142 できるだけ早く蒸気を放出し、ボイラーから水が漏れる前に煙道を塞ぐことができるようにする必要がある。煙道プラグとそれを保持する棒は非常に必須のアイテムである。しかし、煙道プラグを打ち込む際には、ハンマーで強く打ち込みすぎないように注意しなければならない。そうしないと、煙道板が破裂する可能性がある。プラグは、それを保持する棒がなくても手元にあることが多い。そのような緊急時には、硬い木製のレールを使用することができる。プラグは、釘と針金、または濡れたコードを使用して端に固定される。鉄製のプラグが入手できない場合は、火の届かないところにしっかりと打ち込まれた木製のプラグは、破裂した煙道からの漏れを防ぎ、エンジンを動かすことができる可能性がある。しかし、木製のプラグは、そのような目的では非常に信頼性が低い。煙道の破裂がかなり内部にある場合は、木製のプラグは持ちこたえるかもしれないが、漏れの原因が煙道板に近い場合、木製のプラグは数分で燃え尽きてしまう。

143

第13章
バルブ動作に関する事故。
摩耗したエンジンを動かしています。
毎日最も重要な列車を時間通りに牽引する、我が国の最も成功した機関士の中には、遅延を回避できた幸運を、絶え間ない注意と労力によってのみ動かし続けることができた摩耗した機関車を運転または点火しながら若い頃に受けた訓練のおかげだと考える者もいます。そのような場合、彼らは道を切り開くために数え切れないほどの間に合わせの手段に頼らなければなりません。彼らは欠陥を直すために機械を頻繁に分解しなければなりません。彼らは、故障した機関車を最も効率的に持ち帰る方法、そして故障を最も効果的に防ぐ方法を、印象的な経験学校で学びます。機関助手や若い機関士は、一般的に、スクラップ山と呼ばれる摩耗した機関車で運転するよう任命されることに憤慨します。しかし、この試練を乗り越えなかった者は、経験のゴルコンダを逃したようなものです。その潜在能力は、行動に移すことなく石化してしまうのです。

思いやりとエネルギーは敗北に負けない。
船乗りの特定の階級では、何らかの理由で船を安全に港に帰すことができなかった船長は不名誉な者とみなされ、そのため、144 真の船乗りは、自分の船が遺棄されないように超人的な努力を尽くし、しばしば信頼を裏切るよりも、沈みゆく船を追うことを選ぶ。多くの場合、船員の心情や伝統は鉄道員に貴重な教訓を与える。機関士が指揮する船を管理する際に、命を犠牲にすることは望まれも期待もされない。しかし、機関士の名にふさわしい者は皆、自分の責任を負っている船が遺棄されないようにするために必要な個人的な努力を惜しまず、いかなる苦難も恐れない。かつて私は、足台で白髪になった白髪の機関士が誇らしげに「私の機関車は一度も曳航されたことがない」と自慢するのを聞いたことがある。彼の穏やかな言葉は、注意深さと忍耐強さについての雄弁な説教を伝えていた。彼は幾度となく苦難を経験し、衝突に遭い、機関車とともに沈没したが、常に援助なしに機関車を無事に帰還させてきた。

排気ガスを観察する。
脈拍が医師の病気診断の助けとなるように、排気音は機関士にとって機関車の正常な作動と不完全な作動を見分けるための手段となる。排気音からわずかな異常を察知する能力は、煙突を通して労働の調べを奏でる蒸気音を日々観察する訓練によってのみ習得できる。蒸気ポートが均一で、バルブが正しく設定され、ピストンパッキンがしっかりと固定され、バルブに漏れがなければ、排気音は鋭く響き渡る澄んだ音で規則的に連続し、一吹きごとに蒸気が蒸気の頂点で完全に遮断されるかのような音色となる。145 煙突。一見完璧な蒸気性能のこのケースから、途切れることのない轟音と不確かなゼーゼーとした咳き込みが混じった排気蒸気が噴出するまでの過程には、数多くの欠陥が存在します。

注意深い耳はバルブの劣化を検出します。
ピストンパッキンの劣化やバルブシートの丸みは、喘鳴のような排気音を引き起こしますが、エンジニアが排気音を聞き、その変化を記録する習慣を身につければ、その進行過程を追跡することができます。これは非常に重要です。長年の訓練で排気音の不自然な音に耳が敏感になっている人は、エンジンを様々な位置に置いた状態で蒸気を噴射し、どこから騒音が発生しているか（ピストンかバルブか）を調べる実験を行う必要はありません。

4つの排気音の位置を特定します。
運転席の窓から身を乗り出し、クランクの回転を観察し、噴出する蒸気の音とクランクの位置を比較する。急勾配で牽引している時は、バルブやピストンの作動不良を見つけるのに絶好の機会である。なぜなら、動きは比較的ゆっくりである一方、作動部にかかる蒸気の圧力は非常に大きいため、漏れがあれば顕著に聞こえるからである。観察する機関士は、駆動装置が一回転するごとに発生する排気音の4つの音が、クランクが到達する数インチ手前で発生することに気づく。まず、前部中央、次に下部四分の一、最後に後部中央、そして…146 4番目は上部の1/4です。1番目と3番目の位置の排気口は、右側のピストンの前進と後退のストロークから蒸気を排出します。2番目と4番目の排気口は、左側のピストンを駆動していた蒸気の排出によるものです。これらの事実を心に留めておけば、クランクが前部中央から下側4分の1へ、または後部中央から上側4分の1へ移動しているときに断続的な吹鳴が発生した場合、右側のピストンを検査する必要がある可能性が高いことがわかります。なぜなら、各ストロークの開始直後にピストンに最も大きな蒸気圧が加わり、その時吹鳴が発生するからです。右側のクランクが下側4分の1から後部中央へ、または上側4分の1から前部中央へ移動しているときに吹鳴が発生した場合、左側のピストンに問題があることを示しています。なぜなら、これらの期間、左側のシリンダーは最も大きな蒸気圧を受けているからです。

蒸気の音で欠陥を識別します。
一般的に、断続的または反復的な打撃音はピストンによるもので、一定の打撃音はバルブによるものと理解されています。しかし、バルブが断続的に打撃音を発し、あるストロークポイントでは締まっているのに、別のポイントでは漏れている場合があります。これらの打撃音の性質を区別するのは、熟練した耳でなければ、少々難しい場合があります。打撃音はドアが開いている時に最もよく聞こえます。初心者は、その状態で必ず音を聞き取るべきです。バルブの打撃音は、笛のような音を伴う一種のゼーゼーという音です。147 ピストンはきれいで誠実な打撃音を発し、十分な蒸気が通過すれば、それははっきりとした轟音となるでしょう。しかし、排気口からヒューヒューという音が聞こえても、それはバルブが確実に吹き抜けていることを示すものではありません。ノズルが潤滑油から出る粘着質の物質で詰まることもあり、その結果、はっきりとしたヒューヒューという排気音が発生することがあります。注意深く耳を澄ませば、バルブの劣化の進行は日々観察できます。それは徐々に進行する劣化であり、摩擦が擦れ合う面に与える避けられないゆっくりとした破壊です。ピストンは注意を喚起する兆候がより不安定です。ピストンの場合、何の前触れもなく力強い打撃が始まることはよくあり、その原因は一般的にパッキングリングの破損です。様々な種類の蒸気パッキングは、旧式のスプリングパッキングよりもリングが破損しやすいようですが、一般的にあまり注意を払わなくても長持ちします。

排気口からの警告に注意することで事故を防止します。
排気を注意深く監視する習慣は、機関士に蒸気分配装置の状態を知らせるだけでなく、様々な面で役立つことが期待されます。排気音はしばしば危険信号として機能し、決して無視すべきではありません。多くの機関車が片側で帰還し、弁装置の故障により寒冷地で曳航された例も少なくありません。機関士が誤排気の警告音に注意を払っていれば、このような事態は防げたはずです。ナットは偏心ストラップボルトに取り付けられており、それが外れるとストラップが開き、不均一な圧力が発生します。148 バルブの開閉が不規則な場合です。機関士がこれを聞き、すぐに機械を点検すれば、ストラップが切れる前に欠陥を発見できる可能性が高いでしょう。また、バルブヨークの片側が折れて、反対側に負荷がかかっている場合や、リンクや偏心ストラップの異なる部分のボルトが緩んでいる場合など、バルブの開閉の均一性が損なわれている可能性があります。また、偏心ストラップが緩んでいる場合にも同様の結果が生じる可能性があります。このページを読んでいる若い機関士の皆さんは、機関車が不規則な音を出すときは必ず、検査ステーションまで運ばずには済まないような何か問題が起きていると考えるべきでしょう。偏心が少しずれているだけで、大惨事には至らないような事故である可能性もありますが、一方で、より危険な性質の何かである可能性も否定できません。

警告を無視する。
D&E鉄道のジョイ機関士が、偏心ストラップが破損した状態で現場に急行した。事故について尋ねると、駅を出発した際に機関車から奇妙な排気音が2、3回聞こえたという。しかし、彼は時間通りに運転していたため、機関車の点検のために停車して遅延を引き起こしたくなかった。しかし、半マイルも行かないうちに停止して機関車を切り離す必要があると気づき、その結果、急行列車が40分も遅れてしまった。

偏心ストラップが火室に穴を開ける様子。
明白な警告を無視した典型的な事例が、少し前にイリノイ州の道路で発生しました。ジョン149 トーマスは貨物列車を坂道で牽引していたとき、彼自身の言葉を借りれば、「機関車が、これまで聞いたこともないような奇妙な方法で力尽き始めた。機関車の長さほどの間、三脚で走行し、その後はこれまでと同じように真っ直ぐ正確に動くが、それはほんの数回転しただけで、またもや力尽きた。」この機関士は何かがおかしいと感じ、次の停車地点で機関車を検査することにした。しかし、このような場合の遅延は危険に満ちている。彼が坂道を越え、蒸気を止めると、逆転レバーが激しくガタガタと鳴り、続いて機械が恐ろしいほど激しくぶつかる音がした。路盤が引き裂かれ、砂利が列車に降り注いだ。そして、蒸気と水が噴き出す悲鳴が他のすべての音をかき消し、機関車は目もくらむような蒸気の雲に包まれた。偏心ストラップロッドの一つの前側のボルトが外れ、ロッドの端がレール上に落ちてしまった。そして、ボルトは折れ曲がり、ムービングベルトの側面全体を破壊した。さらに、破損した偏心ストラップの一部が火室に穴を開けた。こうして破壊への道が開かれた。小さなピンが紛失し、重要なボルトのナットが緩んでしまった。そして、このボルトは何度も衝撃と衝撃を受けながら、リンクから外れ、一級の故障に至る条件が整った。

エンジニアの間でのバルブモーションへの関心。
機関士たちが機関庫、ロッジ、あるいは分室に集まると、必ずと言っていいほど、バルブの運動について有益な会話や議論が交わされます。興味深い意見がしばしば聞かれます。150 この複雑なテーマについて。それを正しく理解している人は比較的少ない。しかし、それは賢明な人もそうでない人も等しく惹きつける魅力を持っている。そして、ラップとリード、膨張と圧縮の真の意味を全く理解していない人は、このテーマを熱心に研究したエンジニアよりも、バルブの動作について饒舌になる傾向がある。

バルブ動作に問題があります。
各技術者がそれぞれの業務をどれほど深く理解しているかに関わらず、ある点においてはすべての技術者が完全に一致しています。それは、走行中にバルブ装置のトラブルに遭遇することを嫌うということです。バルブは機械の肺であり、その接続部に損傷や欠陥があれば、重要な臓器に打撃を与えます。良好なバルブ動作と適切な設定により、蒸気は各部品をほぼ均等に分配され、規則的な回転で供給されます。そして、放出は均等な順序で行われます。これにより、排気音のピッチと周期が均一になります。この均一性が突然崩れた場合は、バルブ動作に何らかの問題があることを示しています。これは作業を中断し、徹底的な調査を行う合図です。その際、不規則性の原因について早急に結論づけることを避け、バルブの開閉に影響を与える各部品を個別に冷静に調査する必要があります。

間違った結論。
フレッド・ビーミスは、あまりにも安易に結論を出しすぎて運を逃した。エンジンに何かが起こり、彼は衝動的に停止したが、151 どちらの方向にも動かない。片側の偏心器が両方とも滑っていると確信した。自分ならいくらでも偏心器を調整できると考え、降りて、正しい位置と思われる位置に調整した。しかし、エンジンを動かそうとしたが、それでも動かない。偏心器を調整し続けたものの、水が底をつき、火を捨てざるを得なくなった。その結果、エンジンは冷え切ってしまい、自宅まで牽引された。調べたところ、バルブヨークの破損が原因であることが判明した。

バルブ動作の欠陥箇所の特定。
バルブの動きに何か不具合が生じた場合、まず最初に調査すべきことは、どちら側に問題があるのかを突き止めることです。これは、シリンダーコックを開き、エンジンに蒸気を供給すれば確認できます。リバースレバーを前進させると、クランクピンが車軸の下を移動しているときに前方シリンダーコックから蒸気が噴出し、クランクピンが車軸上で同様に回転しているときに後方シリンダーコックから蒸気が噴出します。この蒸気分配方法から少しでも逸脱すると、片側がもう片側と反対方向に作用するようになります。技師は、どちら側に不具合があるかを確信した後、偏心器とそのストラップとロッド、リンクとそのハンガーとサドル、ロッカーボックスとアーム、そしてこれらを接続するボルトとピンをすべて徹底的に検査するとよいでしょう。些細な欠陥と思えるものが、エンジンを不調に陥らせることもあります。バルブステムキーの緩みがエンジンの直角を大きく狂わせた例を私は知っています。偏心ロッドの滑りも、しばしばこのような現象を引き起こします。152 偏心部品が適切な位置にあり、ロッカーボックスがシャフトにしっかりと固定され、すべてのボルト、ピン、キーが適切な位置で整然と配置されている場合、故障は蒸気室で探すことができます。

偏心の位置。
偏心器をシャフトに固定するためにキーが使用されていないエンジンでは、路上で偏心器が滑るのはよくあることです。偏心器ストラップのオイル通路が詰まったり、ストラップやバルブへのオイル供給を怠ったりすると、偏心器に不要な張力がかかり、シャフト上で滑ってしまうことがよくあります。エンジニアは、偏心器の正しい位置をシャフト上にマークしておくべきです。そうすれば、滑りが生じた場合、正しい位置を計算する際にしばしば生じる遅延なしに調整できます。クランクピンがフォワードセンターにあるとき、ゴーアヘッド偏心器の本体は車軸の上にあり、バックアップ偏心器の本体は車軸の下にあり、各偏心器は直角位置からクランクピンに向かって約1/16回転分進んでいます。より正確に言えば、偏心器の中心は、バルブのラップとリードに等しい水平距離だけ進んでいます。もしバルブにラップもリードもなければ、偏心器はクランクに対して正確に直角に立つはずです。現状では、偏心器とクランクはどちらもクランクに密着する傾向があります。偏心器はクランクに続く蒸気の分配を調整します。すべてのエンジニアは偏心器の正しい位置を把握しておくべきです。そうすれば、運転中にバルブギアにトラブルが発生した場合でも、容易に対処することができます。

153

ずれた偏心を設定する方法。
片方の偏心輪が滑った程度では、止めネジが容易に届く位置にある限り、すぐに直せます。前進用偏心輪の場合は、機関車を故障側の中央（どの中央であっても構いません）に置き、リバースレバーを象限弁の後ろのノッチに入れ、ナイフでバルブステムのグランド付近に線を引きます。次に、レバーを前側のノッチに入れ、滑った偏心輪を動かして、線が引かれた位置に現れるようにします。止めネジを締めれば、機関車が列車を前進させるのに十分な位置にあることが確認されます。偏心輪を動かす際は、全体がもう片方と同じ位置にならないように注意する必要があります。そうしないと、両方とも後退するように設定されてしまいます。前進用偏心輪がそのままの状態で予備の偏心輪が滑った場合も、同様の方法で調整できます。エンジンを全開にしてバルブステムに傷をつけ、全開にして偏心器の調整を行う。この方法の原理は、前進または後退のストローク開始時にバルブがほぼ同じ位置にあること、そして移動していない偏心器の位置が、滑った偏心器の正しい位置を見つけるのに使われるというものだ。片側の偏心器が両方とも滑るという異常な状況にエンジニアが遭遇した場合、別の調整方法を採用する必要がある。最も体系的な方法は、エンジンを前輪に置き、前進偏心器を車軸の上に、バックアップ偏心器を車軸の下に置くことである。後進レバーを前ノッチにして、上側の偏心器を車軸の上に置く。154 フロントシリンダーコックから蒸気が出るまで、偏心輪をクランクピンの方向に回します。これは、車輪をブロックし、スロットルを少し開けることで確認できます。これで、ゴーアヘッド偏心輪が走行に適した位置に近づきます。バックアップ偏心輪については、リバースレバーを後退させ、フロントシリンダーコックから蒸気が出るまで偏心輪をクランクピンの方向に回します。これで、その部分の動きが正常になります。あるいは、片方の偏心輪が滑った場合は、前述のように、フォワード偏心輪を使ってバックアップ偏心輪を調整することもできます。

スリップ偏心ロッド。
スロットロッドが使用されている場合、しばしば滑りが発生し、エンジンの不調につながります。このような場合のトラブルの原因は、シリンダーコックを開いた状態でエンジンをゆっくりと動かすことで特定できます。ロッドの滑りによってバルブの動きが規則的に乱れると、シリンダーの片側では蒸気が早めに流入し、もう片側では流入が遅れます。バルブは排気センターの片側で、もう片側よりも大きく移動するように作られています。バルブステムを長くしたり短くしたりすると同様の効果がありますが、この場合、エンジンは両方のギアで不調になります。一方、偏心ロッドの滑りは、そのロッドが属する動きにおいてのみエンジンの不調を引き起こします。ただし、これには若干の修正が必要です。後退時の偏心ロッドが大きく直角にずれていると、エンジンが直角に近い状態で運転しているときに前進時の正確な動きに影響します。しかし、フル稼働時には、その影響は感じられません。

155

排気不良の原因を突き止める。
シリンダーコックを開いた状態でエンジンをゆっくりと前進させた際、ピストンが中心または死点にほぼ到達する前に蒸気がシリンダーに流入したり、ピストンが後部シリンダーコックから後部中心を通過した後まで蒸気が流入しない場合は、偏心ロッドが長すぎます。ロッドが短すぎると、正反対の効果が生じます。蒸気は後退ストロークでは遅れて到達し、前進ストロークでは早く到達します。これは、偏心ロッドが滑った場合の蒸気の作用とは異なります。この場合、両ストロークの開始前に蒸気が先行して流入するか、または両ストロークで後進、つまり遅れて到達します。例えば、前進用偏心ロッドを例に挙げましょう。偏心ロッドがシャフト上で後方に滑ると、各ストロークの開始後まで蒸気の流入が遅れます。一方、前方に滑ると、ピストンが各ストロークの開始点に到達する前に蒸気ポートを開くバルブのリードが加速されます。

偏心器、ストラップ、またはロッドが壊れた場合の対処方法。
これらの事故が発生した場合、最も安全な方法は、故障側のストラップとロッドの両方を取り外すことです。前方のストラップまたはロッドが破損した場合、予備の偏心ストラップとロッドをそのままにしておく技術者もいますが、状況によっては多少危険です。偏心ストラップとロッドを取り外した後、リンクハンガーをタンブリングシャフトから取り外し、バルブステムを外し、バルブロッドをハンドレールに結び付けます。次に、バルブをシートの中央に配置します。156 両方の蒸気ポートを覆うようにし、グランドを斜めにねじ込むことでステムを挟み込み、その位置に固定します。メインロッドを取り外し、ガイドの後端でクロスヘッドをしっかりと固定します。このためには、事前に準備した良質の堅木製のブロックを使用し、ロープまたはマーラインで固定します。クロスヘッドを固定するためのより簡潔な方法は、Frank C. SmithがTorch誌で説明しています。彼はこう言います。「鍛冶屋に、1.5インチの丸鉄片からフックを作らせなさい。また、長さ約15インチ、厚さ1.5インチ、幅4インチの片も作り、中央にフックの柄を通す穴を開けなさい。この柄にはナット用のネジ山が切られています。さて、ピストンを固定する必要がある場合は、ピストンを後端まで持っていき、フックをクロスヘッドの手首に回し、もう一方の端を、ガイドの後端を支えるヨークに当たっている真っ直ぐな部分に通します。フックの柄にナットを通し、クロスピースにしっかりと押し付ければ、ピストンは固定されます。」ピストンが適切に固定されたら、シリンダーコックを縛って開いたままにするか、完全に取り外しておくのが賢明な作業です。これで、エンジンは片側で作業を進める準備が整いました。

若い技術者は、機関を動かす前にクロスヘッドをしっかりと固定することの重要性を、いくら強調してもしすぎることはありません。私は、弱いブロッキングに過信しすぎて深刻な損傷を引き起こした例を何度も見てきました。この種の事故に対する賢明な対策は、シリンダーコックを取り外すことです。なぜなら、少しでも蒸気が流れていれば、157 バルブを通過することで、ピストンに大きな圧力をかけずに逃げるポートが確保されます。

クロスヘッドを固定するさまざまな方法。
エンジンの片側を取り外した際にピストンを固定する方法については、技術者の間で意見が分かれています。適切かつ迅速な方法は、ピストンをシリンダーの一端に移動し、バルブを同じ方向に押し込むことで、ピストンから遠い側の蒸気ポートが開くようにする、という方法だと主張する人もいます。こうすることで、シリンダー内に蒸気が充満し、ピストンの動きを抑制できます。しかし、万が一、バルブがシートの反対側に移動した場合、蒸気はシリンダーの反対側に流れ込み、ピストンは確実にヘッドを破損させてしまいます。作業を効率化しようとする人々が行うもう一つの危険な方法は、バルブをシートの中央に配置し、ピストンを固定せずにそのままにしておくというものです。このようなずさんな方法は、決して得策ではありません。

壊れたタンブリングシャフト。
この事故は非常に深刻です。機関車が動かなくなるわけではありませんが、機関士が自由に操る力は低下します。機関車を動かすには、列車を牽引するためにリンクが立つべき位置を計算し、ブロックとリンクの上部と下部の間にぴったり収まるように木片を切ります。こうすることで、リンクが所定の位置に保たれます。前進させる場合は、上部に短い木片を、下部に長い木片を入れます。後進させる場合は、木片を逆にします。一般的な方法は、木片を1枚だけ使用し、機関車をフルギアで動かすことです。

同じ処置でエンジンを動かし続けることができる158 タンブリングシャフトアーム、リーチロッド、リンクハンガー、またはサドルピンが破損した場合。リンクハンガーまたはサドルピンが破損した場合は、片側のみのブロックが必要になります。

バルブステムまたはバルブヨークの破損。
バルブステムが破損した場合、偏心ストラップまたはリンクを損傷する必要はありません。破損箇所が蒸気室の外側にある場合は、バルブステムロッドを取り外し、バルブをシートの中央に取り付けます。メインロッドを取り外し、前述のようにピストンを固定します。蒸気室の内側でバルブステムが破損した場合、またはバルブヨークが破損した場合は、追加の作業が必要です。蒸気室のカバーを取り外し、バルブを木片など、バルブが動かないように固定する材料で所定の位置に固定します。また、スタッフィングボックスを閉じ、バルブステムが破損した空間から蒸気が漏れないようにする必要があります。

ロッカーシャフトまたは下部ロッカーアームが破損した場合。
ロッカーシャフトの破損、つまりロアアームの破損には、メインロッドに加え、偏心装置とリンクの両方を取り外し、バルブとピストンを固定する必要があります。アッパーロッカーアームの破損はバルブステムの破損と同等であり、同様の処置が必要です。

バルブ動作に関するその他の事故。
ブリッジの破損などのバルブシートの事故は、ポートをカバーし、その側を剥離することで、エンジンを片側で運転できるように修正できます。159 エンジンのバルブヨークが破損した場合と同じように、バルブブリッジの破損も発生します。ブリッジに重大な破損が発生すると、排気口から猛烈な風が吹き出し、煙突から吹き出します。ブリッジの破損よりはるかに影響の少ない事故は、バルブが「コック」することです。この小さな事故が、より大きな事故と間違われる可能性が非常に高くなります。ヨークがきつく取り付けられている場合や、ステムのラインに対して真直度がずれている場合、一部のエンジンでは、バルブをシートから持ち上げてそこに保持するトリックが採用されています。これは通常、駅に入ろうとする場合に発生します。また、始動時に蒸気を使用すると、煙突から空洞の轟音が響きます。リバースレバーを使用してバルブを素早く動かすと、コックされたバルブは通常は元の位置に戻りますが、あまりに速く動かなくなってヨークから叩き出さなければならない場合もあります。

機関車にバルブの破損、ブリッジの破損、あるいはバルブのコック（傾き）を示す症状が見られる場合、機関士は蒸気室の蓋を開けて内部点検を始める前に、外部から状況を調査するあらゆる手段を尽くすべきである。逆止弁でバルブを揺すったり、機関車を少し動かしても噴流が止まらない場合は、バルブステムを外し、その方法でバルブを揺すってみる。

バルブが壊れて、エンジンのその側が使用不能になった場合は、バルブを取り外し、ポートに丈夫な松の板を固定する必要があります。

蒸気箱のカバーが壊れています。
蒸気分配装置に関連する非常に重大かつ厄介な事故として、蒸気箱または蒸気箱カバーの破損が挙げられます。160 このような事態に陥った場合、機関を動かすには熟練した管理が必要です。蒸気室やカバーが破損したときに蒸気の損失を抑える最も効果的な方法は、蒸気管を緩め、蒸気管の下部の接合部に、シートゴム、革、帆布、または蒸気の漏れを防ぐのに役立つその他の材料で裏打ちした鉄板を滑り込ませることです。これが適切に行われれば、接合部が締め付けられることで問題は解決します。しかし、高温の煙室で蒸気管の接合部を緩めるのは、しばしば困難を極めます。特に、何ヶ月も触れられていない場合によくあるように、ナットやボルトが腐食して固くなっている場合はなおさらです。そのような場合は、蒸気通路の開口部に木片を差し込み、蒸気室のボルトで固定するという、より不器用な工夫に頼る方がよいでしょう。創意工夫に富んだ人であれば、この方法を使えば、自宅まで牽引される屈辱を回避しつつ、作業に多くの時間を費やすこともありません。機関士が蒸気の漏洩を防ぐ手段を確保できたら、メインロッドを取り外し、バルブステムロッドをロッカーアームから切り離します。この場合、メインロッドを取り外した後は、ピストンにそれ以上の注意を払う必要はありません。シリンダーに蒸気が侵入して安全を脅かすことはないからです。

蒸気管が破裂しました。
煙室の蒸気管の破損は、蒸気室や蓋の破裂よりもさらに厄介な事故です。これに対する唯一の救済策は、固定することです。161 蒸気管の上部ジョイントに鉄板を取り付け、開口部を塞ぐ。硬い木製の重い栓を開口部に打ち込み、短い距離を補強することもできるが、煙室の高熱によって収縮するため、このような栓は固定するのが難しい。

バルブのテスト。
経験豊富な技術者であれば、エンジンが作動している時にバルブとシート間の漏れの有無を最も容易に判断できます。その弱点の兆候は既に確認されているからです。しかし、エンジン停止中にバルブの状態を検査したい場合もあります。これは、ロッカーアームが垂直になるようにエンジンを設置することで最も簡単に行えます。煙室の扉を開けて排気ノズルが見えるようにします。次に、車輪を塞ぎ、エンジンに蒸気を送ります。バルブが吹けると、検査対象のノズルから蒸気が出ているのが確認できます。スライドバルブはシートが凹状に摩耗する性質があるため、中央部はしっかりと締まっているのに、他の位置では漏れている場合があります。逆止弁を使って、蒸気ポートを開かずにバルブを可能な限り動かすと、この状態が確認できる場合があります。バルブを検査する際は、クランクを8分の1の位置に設置する必要があります。

162

第14章
シリンダーおよび蒸気接続部の事故。
機構のトレインにおけるピストンの重要性。
ピストンは機械の独裁者のような存在だ。何千マイルもの間、エンジンを前進させるために懸命に働き、その往復運動の範囲内であれば全てがスムーズに進む。しかし、ピストンの取り付け部分が壊れたり、ピストンの移動量を増やす鍵が外れたりすると、ピストンはシリンダーヘッドを突き抜けてしまう。

シリンダーヘッド破損の原因。
ピストンがシリンダーヘッドを破損させる最も一般的な原因は、クロスヘッドの破損、ピストンロッドの破損、そしてメインロッドの破損です。メインクランクピンまたはリストピンの破損は、シリンダーの片側をほぼ確実に破壊します。これらはシリンダーヘッド破損の主な原因と言えるでしょう。しかし、それらに劣らず破壊力の大きい軽微な原因も数多く存在します。ピストンロッドのキーが緩み始めます。時々ハンマーで叩いてもフィット感は改善されず、ある日完全に外れてしまい、ピストンは探索の旅に出ます。不注意な機械工がピストンのパッキンを調べていたところ、フォロワーボルトを締めている際に、そのうちの1つが…163 ねじりすぎた。フォロワーボルトをドリルで穴を開けるのは面倒な作業なので、不注意なミスターはそのままにしていた。走行中にこのヘッドが外れ、シリンダーヘッドが破損した。私が今まで見たシリンダー破損の最悪の原因の一つは、ピストンのパッキンリングが蒸気通路に引っかかったことだった。リングの一部が破損し、前進するピストンとシリンダーの間に挟まった。この楔がシリンダーを裂き、ピストンの残りの部分がシリンダーの破片を粉砕機のように粉砕したのだ。

シリンダーヘッドの破損は多くの場合予防可能です。
シリンダーヘッドの破損につながる原因は、予防可能な歪みに起因する場合が多い。例えば、クロスヘッドはメインロッド接続部の衝撃によって頻繁に破損する。そして、クランクピンを最終的に破断させるような弱点も同様に発生する。ピストンキーが緩んでいると、飛び出しによるトラブルがない限り、ピストンロッドが割れる可能性がある。ガイドが緩んでいると、ピストンロッドが跳ね上がり、不必要な負担がかかる傾向がある。ピストンのラインがずれているのも同じ理由で危険である。ポンププランジャーがラインから外れていたり、ラグにしっかりと固定されていないと、クロスヘッドに過大な負荷がかかる。こうして、潜在的な事故のリストは増えていく。絶え間なく降り注ぐ水滴が鉄の岩を摩耗させるように、些細な欠陥は時間の経過によって、どんなに巨大な機械よりも強力になる。

ピストンがシリンダーヘッドから抜け落ちるような事態が発生した場合、バルブロッドとメインロッドを取り外してエンジンを稼働状態にすることができます。164 バルブをバルブシートの中央にセットします。破損によって蒸気が漏れる場合は、クロスヘッドを塞ぐ必要はありません。破損すれば、ピストンにそれ以上の張力がかからず、損傷が拡大する恐れがありません。万が一、非常に幸運なことにピストンロッドが破損しただけで、他に損傷がない場合は、シリンダーヘッドを取り外し、ピストンを抜き取ります。次に、ポートを覆い、その側のメインロッドを取り外します。クロスヘッドに問題がない場合は、メインロッドはそのままにしておくことができます。クロスヘッドが破損した場合は、通常、ピストンを取り外し、バルブを中央に置き、その側のメインロッドを取り外します。

メインロッドが破損した場合。
メインロッドが破損しているがシリンダーヘッドが破損していない場合は、メインロッドとバルブロッドを取り外し、バルブをシートの中央に固定し、クロスヘッドをシリンダー後端のピストンでブロックする必要があります。

クランクピンが破損しています。
メインクランクピンが破損した場合、上記のエンジン分解方法に加えて、両方のサイドロッドを取り外す必要があります。片方のサイドロッドが機能しなくなるような事故が発生した場合、もう片方のサイドロッドも取り外す必要があります。そうしないと、片方のサイドロッドだけでエンジンを始動しようとするとトラブルが発生します。サイドロッドはスリップが発生しない限り問題なく機能するかもしれません。しかし、エンジンがセンターを通過する際にスリップし始めると、サイドロッドはバッククランクに対しててこ作用を持たなくなり、ホイールを滑らせることができなくなります。その結果、ロッドまたはクランクピンが破損することはほぼ確実です。

破損したサイドロッド（他の損傷を伴わない）165 損傷を防ぐには、両方のサイドロッドを取り外す必要があります。これにより、機関車がスリップしやすくなるという不都合が生じます。しかし、レールが乾いていれば、機関車はサイドロッドなしでも問題なく動作します。

スロットルが切断されました。
スロットルバルブやその付属部品に事故が発生すると、機関士が蒸気を止める力が失われ、非常に危険であり、迅速な対応が必要です。蒸気圧を50～60ポンドまで、あるいは逆回転レバーで容易に制御できる圧力まで速やかに下げてください。

パワーブレーキの助けにより、機関士は、シリンダーからの蒸気の排出を妨げる事故が発生した後でも、軽い列車を何とか運転することができます。しかし、絶え間ない警戒と思慮深い作業が必要です。

スロットルが切断されているときにバルブにオイルを注入します。
蒸気室に蒸気で作動する自動供給装置が装備されていない限り、バルブに油を注ぐのは非常に困難になります。

起伏のある道路を走行している場合、機関士は運転席からバルブに油を差すことができます。丘の頂上で蒸気を降ろし、高速で下ります。また、平坦な道でも、火を弱火にして機関車が到達できる最高速度まで上げ、その後給油を全開にすることで、同様の作業が可能です。蒸気が急激に減少したら、後進レバーを全開にしてください。そうすれば、バルブに油を差せる可能性が高くなります。

166

スロットルが切断される原因は何ですか。
スロットルのトラブルで最もよくある原因は、ドーム内のバルブを操作するボルトの破損または脱落、バルブロッドの破損、あるいは接続部を固定するナットの破損です。バルブが閉じた状態でスロットルが故障し、機関士が機関の引き込みを防ぐためにドームカバーを外す必要がある場合、一般的には前述の接続部、あるいはスタンドパイプの底部近くにあるベルクランクのボルトに問題があることが分かります。スロットルバルブステム上部のナットが外れる場合もありますが、その場合、バルブを開けること自体は問題ありません。問題は、機関士がバルブを閉じようとするときに発生します。一部の蒸気管には、機関を逆回転させた際に強い背圧から管を解放するために、スロットルの近くに逃がし弁が備えられています。エンジンの急激な逆流により、このバルブがシートから外れ、ボイラーと蒸気室の間に開いた通路ができてしまうことがあります。これは軽度のスロットルの不具合のような状態であり、同様の方法で制御する必要があります。

乾いたパイプの破裂。
乾いたパイプの破裂は、スロットルが開いたまま外れたときの現象に似ています。そして、開口部の大きさによっては、制御がさらに困難になることもあります。機関士ハリデーはこの種のケースで苦労しました。重い貨物列車を引いてE.F.&G道路を走行していたとき、開いた遮断機から馬の群れが飛び込み、機関車のすぐ前を駆け上がってきました。167 少し先に橋が見えたので、ハリデーは事故を起こさないようにと、機関車を後進させた。機関車が列車を押し戻し始めた瞬間、列車は一瞬停止した。ハリデーはレバーを中央に投げようとしたが、これほどの圧力を感じたことはなかった。何度も何度もレバーを倒そうとしたが、そのたびに非常に苦労し、レバーの留め具が最後尾のノッチに引っかかってしまった。一方、列車は逆方向に速度を上げており、数マイルも後ろに旅客列車が迫っていた。事態の真相に気づき始めたハリデーは、ブレーキをかけ、火室の扉を開け、ダンパーを閉じ、インジェクターを始動させた。そして、火夫にバケツに水をかけて火を消すよう指示し、自身は汽笛レバーを固定して蒸気を噴かせた。蒸気圧を下げる最も迅速な手段が今まさに作動しており、次に彼がとった行動は、再びレバーを後進させることだった。二人はレバーを掴み、力を合わせて中央を通り抜けた。サムソンの髪は切られた。後に判明したことだが、乾いたパイプに長い裂け目が開き、ボイラーの全圧力がバルブにかかっていた。バルブは乾燥していたため硬く動いていた。逆流する高温ガスがバルブを通り抜け、潤滑油の痕跡をすべて舐め取っていたのだ。

その他のスロットル事故。
スロットル接続部の事故に起因する深刻なトラブルの事例は容易に複数に及ぶだろう。発生条件は類似しているものの、結果が大きく異なる2つの事例があれば十分だろう。フェルプス技師168 満載の石炭列車を、濡れても乾いてもいないレールの上を引っ張っていた。レールにはちょうど霜が降りて、ひどい状態になっていた。滑って大変だったが、辛抱強く作業を続けていたところ、スロットルが外れ、バルブが開いたままになってしまった。機関車はたちまち滑り出し、大惨事になりそうだったが、機関士が逆転レバーを真ん中のノッチまで引いてすぐに制御できた。F・G・H鉄道の機関士クックは、滑りやすい日にスロットルバルブのステムが折れるという不運に見舞われた。車輪がくるくる回り始めたので、クックは気が狂いそうになり、スロットルレバーを操作して止まろうとし続けた。しかし、無駄だと分かると、砂よけレバーを掴み、バルブを力一杯引っ張った。騒動がしばらく続き、機関車がやがて停止すると、それは悲惨な残骸となっていた。残骸の様子から、機関車のどの部分が最初に壊れたのかは分かりませんでしたが、片側のクランクピンはきれいに剥がれ落ち、ピストンはシリンダーヘッドから飛び出していました。反対側のサイドロッドはストラップの近くで破損し、ゼンマイのようにねじれていました。

動作部分の叩きつけ。
野心的な若い機関士が、自分の使命を徹底的に極めたいと願うなら、時折、適切に管理された自動停止機関が稼働している部屋に入り、その滑らかで静かな動きを観察するのは良いことです。そこで、機関車がどのように動くべきかという理想を見出すかもしれません。機関車が行う仕事の性質上、無音で運転することは不可能であり、その動作の滑らかさは常に保たれなければなりません。169 しっかりと作られた固定式エンジンと比べると劣りますが、機関車の動力を伝達する接続部は、適切な比率で巧みに組み立てられていれば、衝撃や揺れは発生しません。

ドキドキする原因のいくつか。
冷静な心を持つ機関士にとって、エンジンのゴロゴロという音は絶え間ない苛立ちの種です。ゴロゴロという音の原因が、機関士が対処できるものであれば、注意深い機関士はすぐに騒音を止めるための必要な作業を行います。ゴロゴロという音の原因を突き止めるのが難しい場合もあり、多くの場合、機関士の力で止めることはできません。一部の機関車は、フルギアで運転している時でも常にゴロゴロと音を立てます。そのような機関車の場合、神経質な機関士はくさびを無理やり押し上げ、固くくっついてしまうまで押し上げ、元に戻すのに果てしない苦労を強いるでしょう。機関士はメインロッドの接続部を熱くなるまで押し上げ、機関車が壊れるだろうと予言するでしょう。しかし、機関車は結局はうまく機能し、リード線不足、あるいは圧縮不足を感じているだけです。圧縮やリード線不足によってピストンへのクッションが不足している機関車では、各ストロークの終わりにピストンとコネクティングロッドの運動量が突然抑制されます。これらの作動部品への衝撃は非常に大きいため、振動が発生します。機関車が中央に向かってフック状に移動すると、この振動は止まります。これは、動きが後退するにつれてリードの開きが大きくなるためです。機関車で振動が発生する最も一般的な原因は、メインロッドの接続部の摩耗、駆動箱のジョー内での緩み、または駆動箱内の真鍮の緩みです。サイドロッドが軌道から外れている場合は、170 あるいは真鍮がひどく摩耗していると、センターを通過する際にポンピング音が発生することがあります。クロスヘッドガイドが摩耗して大きく開いていると、ポンピング音が発生します。この最後の欠陥はピストンロッドの曲がりを引き起こす可能性があります。ピストンロッドの接続が不良で、ピストンがシリンダーヘッドに接触すると、ピストンは途方もない音を立てます。また、ピストンロッドのスパイダーが緩むと、非常に不吉な音が発生します。クロスヘッド内でピストンロッドが緩んでいると、エンジン全体に響き渡ります。

謎のポンドを発見。
数年前、筆者は厄介で謎めいたポンピングに悩まされました。筆者は古いエンジンを運転していましたが、シリンダーはカウンターボアが全く残っていませんでした。ピストンの座面が摩耗し、ピストンのストロークの端に小さな隆起が残っていました。ある日、メインロッドを取り外し、再び取り付けたところ、ピストンのストロークがわずかに変化しました。エンジンは始動時にポンピングを起こし、そのままの状態を維持しました。読者の中に、運良く何とか持ちこたえているように見えるエンジンを、荒野の建設現場で運転した経験のある方がいらっしゃいましたら、もしいらっしゃいましたら。奥地の機械工場に助けや助言を求めることもできず、工具も熟練した技術もなしに自力で修理をしなければならない状況で。シリンダー後端のポンピングを見つけるのがどれほど困難だったか、ご理解いただけることでしょう。

シリンダーがフレームから外れたり、フレームが破損したりすると、機械全体が揺れます。これらの欠陥はどちらも深刻なため、機関車を列車と一緒に運ぶ際には細心の注意が必要です。駆動ボックスの真鍮が緩んでいると、大きな音が発生しますが、その原因を特定するのが難しい場合もあります。171 パウンド音の原因を探るには、クランクの片方を斜め上に向けてエンジンを始動し、車輪を固定し、機関助手にスロットルを少し開けてもらい、蒸気を流しながらエンジンを後進させるのが良いでしょう。各接続部を順番に注意深く観察することで、ピストンを通る蒸気がクロスヘッドに引力または推力を与える様子を観察することで、パウンド音の原因となっている欠陥を特定できる可能性があります。シリンダー内に強いパウンド音が入った状態で運転しないでください。これは、ほぼ確実にシリンダーが破損する兆候です。

172

第15章
コース外。—走行装置の事故。
捨てられる。
驚異的なスピードを誇る高貴な機関車が、車輪を宙に浮かせたり、泥や砂利の中に車輪の根元まで沈められたりしている光景には、どこか哀愁を帯びます。似たような光景としては、力強さと美しさを与えてくれる自然から遠ざかり、浜辺に打ち上げられた船や、深海の怪物である巨大なクジラが岸辺に取り残され、無力に横たわっている光景があります。

機関士で、長年運転していても、何らかの形で機関車が脱線するのを経験したことがない人はほとんどいません。分岐器の先端を越えたり、線路が悪かったり、あるいは重大な事故や衝突などで溝に落ちたり。ほとんどの機関士は、機関車が枕木を乗り越える衝撃を感じ、一瞬、どの位置で停止するのかと不安になり、その間、停止して損傷を防ぐために全力を尽くしました。

突然の緊急事態への対処。
もちろん、エンジニアの第一の義務は、人間が事故に遭わないようにエンジンを操作することです。173 先見の明はそれを助けることができますが、事故が避けられない場合、機関士の次の義務はその重大性を軽減するためにあらゆる努力を尽くすことです。我が国の鉄道で発生する重大事故の中で最も一般的なのは衝突です。最も頻繁に発生するのは追突ですが、正面衝突も毎年多くの犠牲者を出しています。この種の事故が差し迫っている場合、機関士は通常、わずか数秒の警告しか持ちません。しかし、このわずかな数秒をうまく活用することで、多くの命が救われ、事故の立役者に真の英雄的行為の証を刻むことができます。機関士は高速でカーブを曲がる際、別の列車が近づいてくるのを察知します。彼は即座に蒸気を止め、ブレーキをかけ、機関車を後進させ、砂防弁とスロットルを開きます。これには約10秒かかります。機関車が時速30マイルで走行している場合、列車は毎秒44フィート（約12.3メートル）を通過します。すべての停止装置が作動するまで減速が行われないと仮定すると、停止の準備として440フィート（約12.3メートル）を通過することになります。ウェスティングハウス社の自動ブレーキでは、ブレーキの作動と減速はほぼ同時に行われます。速度を落とすためのあらゆる手段を講じるまでは、機関士は自分の安全についてほとんど、あるいは全く考えません。たとえ死が目の前に迫っていたとしても。しかし、砂を敷いたレールとピストンに作用する蒸気の力でブレーキが効いていることが確認できたら、今度は自分の安全について考えます。2つの列車の位置を一目見れば、激しく衝突しているかどうかが分かります。機関士は状況に応じて、列車から飛び降りるか、機関車に乗ったままでいるかを選択します。これは、連続ブレーキを装備した列車にも当てはまります。

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危険の場合に貨物列車を停止します。
貨物列車の場合、機関士の手がすぐそばに停止手段を持っていない場合、機関士は危険を察知した時点ですぐにブレーキをかけ、機関車が逆回転することで列車の停止を補助するためにあらゆる手段を講じなければなりません。機関車ブレーキを使用する場合、機関士は逆回転した機関車に常に注意を払わなければなりません。なぜなら、厚い砂の上でも車輪はすぐに滑り始め、減速力が大幅に低下するからです。これを防ぐため、機関士は機関車ブレーキを緩め、車輪が回転し始めてブレーキを再びかけられるようになるまでシリンダーコックを開けておくべきです。このように作業と監視を行うことは、列車の停止に大きく貢献し、車輪のパンクを防ぐのに役立ちます。

加熱面を節約します。
機関車が溝に落ちた場合、機関士の第一の任務は、人命救助や列車の安全確保が急務でない限り、機関車の焼損を防ぐことです。機関車が煙突や火室の頂部に水が供給されない位置にある場合は、できるだけ早く消火する必要があります。砂や砂利を火の上に投げ込み、水で湿らせるのは、迅速かつ効果的な消火方法です。

エンジンを軌道に乗せる。
脱線後数分で、機関車を補助なしで線路に戻せるかどうかが分かります。場合によっては、別の機関車に引っ張ってもらうだけで済むこともあります。しかし、この場合も、機関車を持ち上げるには重い工具の助けがなければ何もできません。175 このような場合、直ちに解体業者を呼ぶべきです。機関車が側線を切り替えている最中に脱線し、路盤に沈み込んで動けなくなることはよくあります。このような場合、数インチジャッキアップすることで、機関車をレールまで戻すことができる場合がよくあります。スクリュージャッキで吊り上げる前に、駆動箱の底と台座の支柱の間に鉄片を挟んでおくと、労力を節約できます。車輪が砂利から浮き上がり始めたら、1インチでも浮いた車輪をしっかりと支えるために、板材や木のくさびを車輪の下に打ち込みます。レール上で機関車を解体しようとする場合は、車輪が枕木から外れて沈み込むのを防ぐため、横方向に木材を敷きます。ジャッキアップに頼らざるを得ない場合、機関車を持ち上げるのはしばしば困難です。フレームを持ち上げると、台車が泥沼に落ちてしまうことが多いためです。最善策は、機関車前部をジャッキアップして所定の高さまで持ち上げ、十分な人員を乗せたレールで台車を持ち上げ、車輪の下にシムを打ち込んで固定することです。一般的に、機関車はレールから外す方がレールに載せやすいです。

脱線した機関車を別の機関車で線路上で牽引する場合、作業は慎重に、そして十分な検討をもって行う必要があります。牽引の準備が整った時点で、両方の機関車を全開で始動させるのが最善策であるかのように行動する人がいますが、これは往々にして当初よりも状況を悪化させます。台車の車輪が線路に対して斜めになっている場合は、片側にチェーンやロープを取り付けて、車輪を一直線にする必要があることがよくあります。牽引用の轍（レッキングフロッグ）は、176 車輪の外側のレールの前に敷設し、内側の車輪の前では車輪の踏面をレール面より上に上げるのに十分なブロックを敷きます。その後、ゆっくりと前進すると、車輪がレールに乗る可能性が高くなります。最も簡単な方法は、継ぎ目で線路を開き、車輪の線路まで移動させてそこに釘を打ち込み、機関車を牽引または走行させることです。

エンジンが軌道から外れている状況では、大量の文書化された指示よりも適切な判断の方が重要です。

ランニングギアを理解する。
駆動輪、車軸、箱、フレーム、そして台車とその付属部品は、扱いが少々汚れやすいものです。それらがどのように組み立てられ、どのように固定されているかを調べる作業は、汚れた環境下で行われます。おそらくこれが、これらの部品が本来あるべきほど研究されていない理由でしょう。油まみれの機関車の下に潜り込んで、車輪、車軸、台車箱を調べるのは、決して威厳のある行為とは言えませんが、非常に有益な行為です。走行装置は機械の根幹を成す部分であり、その構造全体を徹底的に理解する必要があります。台車の構造は非常に多様であるため、台車に起こる事故に関して明確な指針を示すことはできません。したがって、技術者が走行装置の構造に精通することがより重要になります。そうすれば、事故が発生した際に、どのように対処すべきかを正確に知ることができます。ディズレーリは「予期せぬことほど起こりやすいものはない」と言いました。これは鉄道工学に非常によく当てはまります。知識を熱心に蓄積し、177 機械のあらゆる部分が予期せぬ事態に対抗する適切な方法です。

駆動スプリングが破損しています。
一部の機関車の走行装置は、走行中に駆動バネが破損した場合でも、予備のバネを携行していれば容易に交換できるような構造になっています。しかし、平均的な機関車の運行状況や、フレームに取り付けられたブレーキ装置の複雑さを考えると、駆動バネの交換は面倒な作業であり、機関車が列車に連結されている場合は、作業に多大な遅延が生じる可能性があります。そのため、機関士は破損したバネの交換をほとんど行いません。機関士は、ずれそうな付属部品を取り外し、機関車を安全に停止させるだけで済みます。前方の駆動バネが破損した場合は、通常、バネをサドルとハンガーごと取り外すのが最善策です。次に、後方の駆動バネをくさびの上で持ち上げて前方の駆動バネの重量を軽減し、箱の上部とフレームの間に硬い木片またはゴム製のバネを挟みます。次に、前方の駆動部をくさびに当てます。これにより、後方の駆動部の重量が軽減されます。次に、ピンチバーを使ってイコライザーの端をこじ上げてレバーが水平になるまで持ち上げ、フレームとの間に木片を挟んで固定します。後方の駆動スプリングの場合は、この手順を逆にします。後方の駆動スプリングは、取り外すのが難しい場合が多く、故障の原因になりにくいため、そのままにしておくこともできます。

ハンガーが破損してスプリングの荷重が抜け落ちる場合、スプリングをフレームにチェーンで固定することで、この事故を修復できる場合があります。178 実行不可能な場合は、壊れたバネによって必要になったのと同じプロセスを実行する必要があります。

イコライザーが壊れています。
イコライザーが破損した場合、落下したり回転する車輪に引っかかったりする可能性のある部品はすべて取り除き、その側の両方の駆動箱の上部を木材またはゴムで塞ぐ必要があります。優れたスクリュージャッキを装備している場合は、機関車をくさびで持ち上げるのではなく、フレームの後端をジャッキアップして持ち上げる方が時間の節約になることがよくあります。くさびを使った方法が最も簡単な場合は、直線線路でのみ採用する必要があります。その場合、車輪がレールから外れないように注意しすぎることはできません。

トラックの事故。
イコライザーを介して重量を箱に伝える機関車のスプリングが破損した場合、イコライザーを取り外し、箱の上部でフレームをブロックする必要があります。箱の上部をブロックするのは、2つの硬い鉄の面が互いにぶつかり合って粉々に砕け散るのを防ぐためです。木材やゴムはより弾力性があり、バネとして機能します。どのような形状の台車であっても、スプリングが破損して剛性フレームが1つまたは複数の箱の上に落ちてしまう場合、機関車を中程度の速度で運転し、かつ機関士がそれ以上の破損を防ぎたいのであれば、フレームを持ち上げて柔軟な物質を挿入する必要があります。特にタンク車の場合、スプリングが1つ取り外されると、その部分でフレームの支持が失われるように配置されていることがあります。このような場合、179 この場合、バネが支える重量を支えるために、枕木またはその他の適切な木片をその場所に取り付ける必要があります。

壊れたフレーム。
壊れた台車のフレームは、通常、チェーンと、壊れたレールや木の梁を「継ぎ目」として使ってつなぎ合わせることができます。台車の車輪や車軸が壊れた場合は、チェーンでつないで機関車を最も近い側線まで移動させて新しい車輪を調達するか、壊れた部分を固定して機関車が慎重に元の位置に戻ることができるようにすることができます。機関車の後輪は、機関車フレームの上部に渡されたレールや枕木にしっかりとチェーンでつなぐことができます。前輪に事故が発生し、正常な車輪を入手できない場合は、側線に到達した時点で台車を方向転換する必要があります。炭水車の場合、車輪や車軸の事故は機関車と同じように対処できますが、チェーンでつながれた重量を支える横梁は炭水車の上部に渡して設置する必要があります。車軸が曲がったり車輪が壊れたりして台車がレールに沿って走れなくなった場合は、車輪を固定してレール上で滑るようにすることで、最も近い側線まで走らせることができます。

駆動車軸、車輪、タイヤが破損しています。
こうした事故は、機関車が完全に停止してしまうことがよくあります。しかし、適切かつ慎重な対応によって、機関車が自力でホームに戻ったり、あるいは側線に入ったりできるような破損が発生することもあります。駆動軸は通常、ボックス内、あるいはボックスと車輪の間で破損します。主駆動軸、あるいは180 前輪またはタイヤに重大な損傷が発生し、車輪をレールから持ち上げないと機関車を動かすことができない場合、機関士の第一の任務は、その側のメインロッドを外し、ピストンを固定し、次に両方のサイドロッドを取り外すことです。機関士が車軸を破損したまま、何も外さずに機関車を持ち込んだ事例も挙げられますが、これらの機関士は安全策を全く講じていませんでした。

ロッドが切断されたら、故障した車輪をくさびまたは木のブロックに押し付けて持ち上げ、軸箱と台座支柱の間にブロックを打ち込んで持ち上げた位置で固定します。軸箱をジョーに十分な高さまで持ち上げるには、軸箱の上部からスプリングとサドルを取り外す必要がある場合があります。車輪は破損しても粉々に落ちない場合もありますが、ゆっくりと移動させる場合を除いて、使用するのは危険です。タイヤは破損しても車輪に残ったままで、非常に慎重な取り扱いが必要です。一方、車輪またはタイヤが破損すると、車輪が使用不能になる場合があります。その場合は、破損した車軸の場合と同じ方法でレールから持ち上げる必要があります。また、機関車のその側のストリッピングに関しても、同様の予防措置を講じる必要があります。前方の駆動車が両方とも使用不能になるような事故が発生した場合は、両者をレールから持ち上げ、機関車を引き込み、台車と後方の駆動車で重量を支えます。両側のロッドを下ろす必要があります。

後輪の駆動軸の破損、あるいは車輪やタイヤの損傷は、重量を何らかの方法で支える必要があるため、対処が非常に困難です。このような事故が発生した場合、まず最初に行うべきことは、両側のタイヤを外すことです。181 ロッド。機関車をこれ以上変更せずに最も近い側線に移動できる場合は、そこへ移動します。次に、機関車の後部をジャッキアップし、レール2本をチェーンなどで機関車のフレームに固定します。レールの端はタンクデッキに載せます。こうすることで、ジャッキを下げた際に、タンクが機関車後部を支えるのに役立ちます。

牽引バーの鋳物にレールを一枚押し込むだけで、機関車を70マイル（約110キロメートル）も持ち上げることができた例を見たことがあります。後輪の片方を使えるようになれば、てこ式動力装置にかかる重量を軽減できます。片方の車輪が動かなくなった場合は、ジョーで固定しなければなりません。また、両方の車輪が使えなくなった場合は、両方の車輪を持ち上げ、できるだけ多くの重量を前輪の駆動装置に分散させる必要があります。

182

第16章
コネクティングロッド、サイドロッド、ウェッジ。
機関車ロッドの手入れ。
機関士が何ヶ月もの間、過酷な列車運行をこなしながらも、ブレーキロッドに何のトラブルも起こさないことが分かれば、その機関士は自分の仕事に精通し、巧みに作業に取り組んでいると安心して任せられるだろう。機械を正常に作動させるという点において、機関士の職務は主に監督的な性質を持つ。ピストンリングが破裂したり、ガイドを閉めたり、ポンプの調子が悪かったりすると、機関士は状況を報告し、不具合を修復するための作業が行われる。ブレーキロッドの場合は事情が異なる。機関士は自ら真鍮を削り取るわけではないが、キーの操作方法やブレーキロッドの扱い方によって、良くも悪くも大きな影響力を持つ。ブレーキロッドのキー操作を軽視することは、他の方向へのミスよりも多くの事故の原因となる。おそらく、今回のように列車が駅間で停車した際に、ブレーキレバーを戻しても無駄だと考えてしまう後部ブレーキマンのミスは例外だろう。

コネクティングロッドの機能
ロッドの役割はピストンの動きを駆動装置に伝えることであり、非常に重い負荷を担っている。183 機関車が高速で荒れた線路を走行する際に受ける摩擦は、多くの場合、ロッドによって支えられます。したがって、この部分の運動を良好な状態に保つことは特に重要です。メインロッドは、シリンダー内で発生した動力を、ピストンに作用する蒸気圧の総和に等しい引張力と推力の連続によってクランクピンに伝えます。作動部品に損傷を与えることなく、この交互の張力と圧縮力に耐えるためには、接続部がしっかりと密着しつつも、不要な摩擦を防ぐのに十分な余裕を持たせることが極めて重要です。メインロッドの真鍮部品を取り付ける際には、作業に都合が良ければ、クランクの位置は問いません。しかし、ピンを回転させてから機関車が運転されている場合は、クランクが中心にある状態でピンの水平直径をキャリパーで測定する必要があります。これは、ピンがクランクの長さに対して直角方向の側面で摩耗して平らになる傾向があることがよく知られているためです。メインロッドの真鍮の後端は、真鍮同士で接合する必要があります。この接合方法が最も確実な作業となり、接合部は堅固な箱型構造の利点をすべて備え、ストラップと真鍮が互いに叩き合って変形するのを防ぎます。これは、メインロッドの後端を接合する際に真鍮を開放する方法に間違いなく従うものです。前端の真鍮を少し開放したままにしても、接合に悪影響はありません。なぜなら、後端ほど張力の線が変化しないからです。

不適切なフィッティングの影響。
バックエンドの真鍮のセットを取り付ける作業が184 完成したら、ストラップに取り付け、ピンに取り付けてみます。キーを近づけた後、ピンの上で挟み込むことなく回転すれば、はめあいはきつすぎません。ロッドと真鍮の接合において最も重要なことは、真鍮が正確に穴あけされていること、そしてストラップに正しくはめ込まれた際に張力線がクロスヘッドピンとクランクピンと一直線になるように確実に取り付けることです。ロッドの後端がキーで固定され、先端が接続されていない場合、施工不良により、ロッドがクロスヘッドピンにまっすぐ向かず、左右に少しずれた線を描いてしまうことが時々あります。このずれは非常に小さい場合もありますが、それでも少なからぬ問題を引き起こす可能性があります。この状態でも、挟み込みや引っ掛かりによって接合することは可能ですが、ほぼ確実に熱くなります。そして、この状態のロッドは、熟練した機械工によって分解され、取り付けられるまで、満足に動作することはありません。後端は問題ないのに、前端が斜めに取り付けられている場合があります。これは最初のケースよりもさらに一般的で、影響は同じです。このような状態のロッドは、熱くなりやすいだけでなく、クロスヘッドがガイド上で左右に揺れ続け、場合によってはクロスヘッドがガイドを擦り傷つける可能性があります。ロッドは、ピン間で直接パワーを伝達するように取り付けられていない限り、決して冷たく、揺れのない状態を保つことはできません。

打撃ポイントとクリアランス。
メインロッドを組み付ける前に、ピストンの打撃点の位置をガイドに印を付けておく必要があります。そして、ロッドを組み付けた際に、クリアランスが185 クリアランスが両端に均等に分配される。これらの点の特定は、機関車を運転する機関士にとって、他の誰よりも大きな関心事である。なぜなら、これらの点の正確さが、運転の成功をある程度左右するからである。機関車はクリアランスが適切に分配されていない状態で運転を開始し、数日間は問題なく運転していたとしても、キーを打つとピストンがヘッドに衝突することがある。この種の重大な事例を私はかつて目にしたことがある。ある不注意な機械工がメインロッドの真鍮部品を加工する際に、ライナーを混ぜてロッドを短くしてしまい、ピストンがバックヘッドに接触し始めたのである。機関車の運転が軽い時はわずかな振動で済むが、負荷が大きくなると、振動ははっきりとしたポンピング音に変わった。機関士はノッキング音の場所を特定できず、駆動ボックスにあると考えがちだった。ある日、機関車がひどく滑ったとき、ピストンの衝撃で割れたバックシリンダーヘッドから蒸気が出始めた。その時、ポンピング音の原因が判明した。

道路上のロッドを観察する。
機関士がロッドと真鍮の研磨を終えてエンジンの作業を開始する際は、特に注意を払うべきである。もし、カラー内に動きの余地があるにもかかわらず、手で接続部を横に揺らすことができないなら、キーを緩めてそれができるようになるまで回すべきである。なぜなら、誰かが取り付けミスを犯しているからだ。エンジンがフルギアで力一杯回転しているとき、ロッドが中心を揺らすことなく通過する限り、真鍮の締め付けは十分である。新しく取り付けた真鍮で数マイル走行すれば、ロッドは通常、186 キーイング。ライナーは設置時に比較的緩い状態だったため、押し込まれると押し込まれてしまい、空転が生じます。真鍮同士を接合することはできますが、キーイングという点で技術者にはまだやるべき作業が残っています。キーイングを正しく行うには、特に側棒の場合、かなりの洞察力が必要です。主棒の後端の場合、真鍮をストラップにしっかりと固定するために、できるだけ早くキーを下ろします。しかし、この段階に達した後は、キーを叩き込んではなりません。中には、すでにしっかりと固定されているキーを叩き込み続ける人がいますが、その打撃によって真鍮が変形してしまいます。キーはくさびのように作用し、テーパーが小さい場合、乱暴に使用されたハンマーによる打撃は、キーを押し込む際に非常に大きな力を発揮します。何かが屈曲する必要があり、真鍮はピンに向かって跳ね上がり、摩擦面となる隆起が生じます。この隆起が熱くなり、遅延を引き起こします。キーをしっかりと押し込めば、キーの役割は完了です。ピンが空転を示した場合は、ロッドを取り外し、真鍮を削り落とす必要があります。メインロッドの場合は、叩きつけるような動きの兆候が最初に現れた時点でこれを行う必要があります。空転は可動部に大きな衝撃を与えるからです。メインロッドの先端部は細心の注意を払い、接続部が振動しないようにする必要があります。この部分に定期的に油を差し、空転が起こらなければ、ほとんど問題はありません。しかし、一般的なクロスヘッドのリストピンは、一度放置して切断してしまうと、再び良好な状態に戻すのは困難です。ピンが鋳物の一部となっているタイプのクロスヘッドは、よく使用されるとはいえ、非常に扱いにくいものです。187 フィットして形状を維持する。2本のガイドバーの間に設置され、その軸がピストンロッドと一直線になるクロスヘッドの形状は、当然ながら人気が高まっています。

サイドロッド。
サイドロッドを廃止する試みは数多く行われてきましたが、サイドロッドは確かに機械の安定性を保つのに厄介な部品です。しかし、駆動輪を連結するより優れた方法は未だに考案されていません。駆動輪を連結し、複数のペアを接着できるようにする最初の方法は、歯車と伝動装置でした。これはポケットプーリーを介して作動するエンドレスチェーンに改良されましたが、それでも非常に粗雑な装置で、激しい衝撃とプレス機のような騒音を伴いました。ジョージ・スチーブンソンが機関車にもたらした最初の真の改良の一つは、サイドロッドの発明でした。サイドロッドを安全に作動させるために機関車構造上不可欠な要素は、接続されるすべての車輪の円周が同じであることでした。一部の鉄道では、圧延機から出てきたばかりの新しいタイヤを旋盤にかけずにそのまま車輪に取り付ける慣習があります。このようなタイヤはサイズが正確でないことが多く、特にサイドロッドに多大な問題を引き起こします。これは利益を生まない経済的慣行の 1 つです。

サイドロッドの調整。
駆動輪を完璧な調和で一緒に動くように接続するために、それらが同じサイズであることを確認した後、次のポイントはクランクピンを固定することです。188 車輪の中心から等距離に。これが行われ、車輪が運動線と平行に移動する時、ロッドはクランクピンの中心が駆動車軸の中心と正確に同じ距離にある平面上を動きます。ロッドは蒸気量を上げることで最も効果的に調整でき、ボイラーの熱によってフレームはエンジン作動時とほぼ同じ長さになります。ボイラーの熱による膨張は、フィート定規で測るとわずかですが、サイドロッドのスムーズな動きに著しく影響します。

サイドロッドをトラミングする前に、駆動ボックスのくさびを、駆動ボックスがジョー内で引っかかることなく垂直に動く程度に締め付ける必要があります。駆動軸の中心とクランクピンの中心間の距離が等しいことが確認されたので、ロッドを取り付けます。各接続部はピンにしっかりと固定され、真鍮同士が接合されます。真鍮をクランクピンのサイズにぴったりと穴あけし、ロッドを正確に取り付けることで、2組の駆動部を一体として動作させる接続部を構成できます。ただし、荒れた軌道という障害物が存在する必要があります。不均一な軌道と摩耗したタイヤでは、接続部がぴったりと接合されているロッドに非常に大きな張力がかかります。この危険源に対処するため、バックピンの真鍮は緩めに取り付けておきます。真鍮とピンの間には柔軟な隙間が確保されますが、真鍮とキーやストラップの間には隙間が確保されません。後者の接続はぴったりとフィットする必要があります。そうでないと、ストラップはすぐに叩かれて変形してしまいます。

10輪式および統合式エンジンの場合、189 先頭の車輪の後ろにあるすべての車輪の真鍮は、ピンの64分の1の大きさに穴を開ける必要があります。通常はこれで十分です。ピンが弾力を失った場合（これは珍しいことではありません）、真鍮には、ピンが最もきつい箇所を挟むことなく通過できるだけの余裕がなければなりません。中央は、サイドロッドを取り付けるのに適切な位置です。中には、クランクを8分の1の位置に取り付けてサイドロッドを取り付ける人もいます。そこに最も大きな負担がかかるため、そこに取り付けるべきだと考えているからです。これは誤った考えです。ロッドを8分の1の位置で組み立てても、中央を通過する際にピンがひどく引っかかる場合があります。一方、中央を簡単に通過できれば、残りの円は安全に一周できます。

サイドロッドのキーイング。
機関士がサイドロッドをキーアップする必要がある場合、線路がまっすぐで、できるだけ平坦な場所を選ぶべきです。そしてクランクを中央に置き、作業完了後に接続部を横方向に動かせるように注意します。もし機関車を移動させてクランクを反対側の中央に置き、ロッド接続部がまだ動かせるようであれば、その側は問題ありません。反対側も同様に扱えば、ロッドに問題が生じる可能性は低くなります。摩耗した機関車と荒れた路面では、サイドロッド接続部の緩い状態と締まり具合の真の平均値を維持するのは困難です。しかし、疑わしい場合は、緩い状態の方が安全です。しかし、ほとんどの機関士は危険側に踏み込みがちです。190 なぜなら、彼らは通常、ガタガタ音を防ぐためにロッドを締め付けるからだ。西部の鉄道では、真鍮製のエンドピンが採用されていたため、真鍮製のエンドピンが摩耗し始めると、機関士たちがサイドロッドから発生する騒音に抗議するのを耳にするのは、しばしば滑稽なものだった。エンドピンは区間の端から端までガタガタ音を立てたが、ピンが折れたり、ロッド自体が破損したり、運転室が粉々になったり、列車が脱線したりすることはなかった。これは、騒音防止のためにキーを取り付けた他のロッドでよく起こる現象である。クランクピンのバネ化やサイドロッドの破損は、キーの取り付けが不適切であることが非常に多い。

欠陥を見つけるのが困難。
機関車は互いに密接な関係を持つ部品が多く、部品の一つが故障すると非常に敏感に反応するため、不具合箇所をすぐに特定するのが難しい場合があります。多くの部品に欠陥があると、その兆候の一つ、あるいはその結果の一つとして「パウンド」という音が聞こえます。機関車におけるこの不具合は、人間のマラリアと同じくらい頻繁に、そして同じような感覚で耳にします。

ドライビングボックスとウェッジを叩き込む。
しかし、ここでは機関車における振動について考察し、最も深刻な振動が発生する箇所、すなわち駆動箱と楔について考察する。そして、なぜ振動が発生するのか、そしてどうすれば振動を防げるのかを検討する。楔の場合、原因は駆動箱の揺れ、あるいは楔の取り付け不良に起因する。191 機関車が修理工場にあったときに、くさびが取り付けられたり、並べられたりしたことがあるでしょうか。使用された機関車にくさびを取り付けることは、部品自体だけでなく、機関車の他の部品の現在および将来の動作において重要なことです。使用された機関車を分解すると、台座の表面にくさびが作用して、台座の表面がすり減ったり、溝が刻まれたり、またはその両方が起こっていることがわかります。これは「ライブ」くさび側で非常に頻繁に発生するため、台座がこの状態になっているのは例外ではなく、規則と見なすことができます。「デッド」くさび側では他の側ほど頻繁には発生しませんが、くさびが台座に固定されていない場合、またはフレームの上部と台座のバインダーブレースの間にしっかりと取り付けられていない場合は、デッドくさび側にも発生します。これらの欠陥はウェッジの裏側にも見られ、台座面の欠陥と同じ原因と動きによって生じます。これらの欠陥は、駆動箱の衝突やウェッジの揺れの最も一般的な原因です。なぜなら、機関車の運転中にウェッジを調整する必要がある場合、これらの欠陥によってウェッジ同士の平行が崩れてしまうからです。

くさびを再度取り付ける際には、これらの欠陥を取り除き、台座面を全長にわたって丁寧に真っ直ぐにし、くさびの背を取り付けます。台座面は滑らかであるだけでなく、全長にわたって真っ直ぐである必要があります。そうでない場合、くさびの調整が必要になった際に、台座の上端が高くなっていると、くさびが上端から外れてしまい、その部分で箱が固定され、下部が揺れてしまいます。

192

ウェッジを適切に装着することの重要性。
台座面が適切な状態であれば、くさびを台座上で異なる位置に動かしてもずれることはありません。そこで、くさびの配置方法と役割を検討する必要があります。この役割は、台座と箱の間の空転を吸収することであり、くさびの形状から判断すると、容易にその役割を果たします。この役割は単純ですが、くさびは機関車の他の部分に一切影響を与えずにこの役割を果たさなければなりません。この完璧な状態は、すべてのくさびが台座と互いに完全に平行である場合にのみ達成できます。最初の条件が満たされない場合、前述のように、箱がくさびの中で揺れることになります。後者の場合、エンジンがバネ上で安定するため、または機関車が走行しているときにバネの動きから位置が変わるため、台座内のボックスの位置が変化すると、車輪の中心間の距離とサイドロッドの長さが変わります。

ロッドが正しく機能しないという苦情の多くは、くさびが平行でないという欠陥が原因です。この欠陥によってロッド間の距離が変動し、ロッドに歪みが生じます。この歪みはロッド自体に影響を与えるだけでなく、箱をくさびに押し付け、バネの動きと同じ頻度で長さが変化するまで圧縮または伸長しようとします。バネの動きはくさびの長さに比例するものではなく、車輪の中心間の距離の変化もその比率に比例しますが、くさびが平行でない場合、動きがどのくらいの頻度で発生しているか、そして、くさびにかかる歪みがいかに小さくても、ロッドが箱をくさびに押し付けてしまうことを覚えておく必要があります。193 ロッドが何であれ、私たちはそれを、機関車が正しく安全に機能するためにはごくわずかな調整を必要とする機関車の部分に取り付けるのです。

半円形真鍮の影響。
半円形の真鍮が取り付けられた駆動箱は、底部が閉じる傾向があります。この傾向は持続的で、真鍮が摩耗すると最も顕著になり、締め付けが強かった真鍮による箱への負担が軽減されます。真鍮が適切に取り付けられ、カラーが適切に取り付けられている場合、箱はあまり閉じません。それでも、わずかな衝撃音が発生する程度の緩みは残ります。この形状の新しい駆動箱を取り付けた後、機関車を運転する最初の数日間は、機関車の重量による真鍮の圧縮により、箱の底部が閉じてしまい、箱が揺れる傾向があります。この悪影響は、底部で楔を少し近づけて取り付けることで、ある程度防ぐことができます。箱の底部が閉じてしまうことは、衝撃音を発生させるという悪影響と煩わしさだけでなく、楔の上部に肩部が形成されるのを早めるというさらなる問題の原因となります。軸箱は、たとえ正常な形状を保っている場合でも、移動の上下で肩部が摩耗する傾向があります。しかし、軸箱が下部で閉じて変形すると、摩擦面が本来の平面から外れ、摩耗がはるかに急速に進行します。バネが位置を保持し、軸箱に一定の可動範囲を与えている間は、摩耗した楔による深刻な影響は感じられません。しかし、機関車が荒れた轍や不良なレール継ぎ目を通過する際、バネの動きが大きくなると、194 フレームが箱に強く押し付けられると、箱は一瞬、くさびの肩の間の狭い隙間に固定されます。そのため、箱が緩み、バネが動きを再開するには力が必要です。そのため、軌道の状態によっては箱が頻繁に引っかかる場合があり、機関車が乗り心地を悪くすることがあります。場合によっては、箱が補助なしでは緩まないこともあり、くさびを引き下げて箱を緩めなければならないため、多大な時間と手間がかかります。

くさびの上部と下部に肩部が形成されるのを予測し、防止するためには、隆起部が形成される部分をかんな削りし、箱の長さとバネの動きによって覆われる空間だけを残します。これは箱に肩部が形成されるのを防ぐだけでなく、直角に仕上げる面を減らすことで、くさびを取り付ける初期コストを削減します。

ウェッジをセットアップする際のボックスの位置。
機関車が運行を開始する時点ではくさびは適切な状態ですが、台座とボックス間の空転を補う必要がある場合は、時折くさびの手入れと調整を行う必要があります。この作業を行う際には、駆動ボックスの位置と状態を考慮することが重要です。駆動ボックスの位置は、くさびが確実に、かつ手間をかけずに適切な締め付け度合いで固定できるような位置にする必要があります。駆動ボックスがくさびの調整時に動かないような車輪の位置を見つけることが重要です。この位置は、195 駆動ボックスはデッドウェッジに押し付けられます。なぜなら、その場合、空転はボックスと移動させるウェッジの間に発生するからです。車輪を挟むことで全ての駆動ボックスを一度にその位置にするのは困難です。ロッドの位置は、クランクピンの推力または引力によって、ホイールに対するロッドの作用方向を決定します。ロッドがホイールセンターより上にある場合、後輪の後ろを挟むと、その側のホイールとボックスの両方がデッドウェッジに押し付けられます。しかし、ロッドがホイールセンターより下にある場合は、挟み込みバーによる同様の作用で前輪のボックスがデッドウェッジから引き離され、サイドロッドがクランクピンを引っ張ることでこれを行います。これは常に、デッドウェッジが前部の台座にあることを前提としています。したがって、全てのウェッジをセットアップするためにエンジンを配置するのに最適な位置は、サイドロッドを上側の8分の1にすることです。そうすれば、後輪の後ろを挟むことで、全てのボックスがデッドウェッジまで押し上げられます。こうすることで、くさびボルトに不必要な負担をかけずに作業を行うことができます。くさびボルトは、頭の角が丸くなっていたり、ねじ山が損傷してバインダーブレースにねじ込めない状態になっていることがよくあります。これは、エンジンを適切な位置に置かずにくさびを無理やり押し上げようとした場合にほぼ必ず発生する状況です。構造上の欠陥や損傷のためにくさびボルトがくさびを持ち上げることができない場合は、打ち込みに頼ります。打ち込みとは、ボルトの先端を叩くことです。そして、打撃のたびに上部の灰や土埃がくさびの後ろに落ち、くさびが平行から外れ、くさびが切れる原因となる物質が入り込むことになります。くさびの上部に容易に堆積する灰や土埃は、196 箱は、一般的には認識されていないものの、終わりのないトラブルを引き起こします。ウェッジの設置を始める前に、これらの部品をきれいに掃除しておくと、通常は作業が効率的です。ウェッジが適切に調整されていないという苦情の多くは、ウェッジと箱の間に砂利が入り込むことで生じる乱れに起因しています。

ボックスとウェッジを清潔に保つ必要性。
機関車の欠陥を詳細かつ定期的に検査し、破損に発展して列車のトラブルや遅延を引き起こす前に発見するという慣行が増えていますが、この検査を駆動ボックスとウェッジに適用すれば特に良い結果が得られます。ウェッジを定期的に取り外して検査すれば、駆動ボックスの側面に油溝を切った際に表面に現れやすい隆起を、表面の歪みを引き起こす前に滑らかにすることができます。これはまた、台座と駆動ボックスを徹底的に清掃し、油穴を検査して適切に開けるのに適したタイミングです。こうした作業により、走行中に駆動ボックスが熱くなり、それに伴う遅延や費用（列車を押し進めなければならない場合はエンジンの交換など）が発生するのを防ぐことができます。熱くなった駆動ボックスを一度回転させると、2年間の毎日の走行よりも真鍮が摩耗することがあります。

考慮するべきボックスの温度。
ウェッジ調整の際に考慮すべきボックスの状態の一つは、作業時のボックス温度と、エンジン稼働時のボックス温度です。ウェッジ調整は、サイドロッドのライニングと調整の前段階として行われることが多く、これは197 多くの路線では、機関車が洗浄と定期修理のために入庫している整備日に行われます。その時は機関車が冷えているため、ボックスは最低温度になり、結果として最小寸法になります。そのため、ボックスの膨張を考慮してウェッジを調整する必要があります。考慮すべきもう1つの条件は、ボックスの稼働状況です。ボックスが高温または温暖な状態にある場合、通常、膨張を許容するためにウェッジを下げる必要があります。このボックスを再び梱包したり、その他のメンテナンスを行ったりした後、ウェッジを再び取り付けます。この際、高温になっているボックスは変形しやすく、ジャーナルベアリングが損傷する可能性があるため、真鍮がスムーズにベアリングに接触するまで、しばらくの間は高温になる可能性があることを覚えておく必要があります。ウェッジがボックスの膨張を許容しない場合、ジャーナルベアリングを拘束し、さらに高温になり、ジョーに引っかかる可能性があります。

乗り心地を悪くする小さな障害。
駆動ボックスやウェッジの振動について多くの苦情が寄せられますが、実際には問題は他の部分にあります。駆動スプリングサドルの脚部がスプリングバンドの上部の幅と同じ幅しかないボックスでは、バンドがサドルに乗る部分が丸くなかったり、ピンなどのセンターベアリングが取り付けられていなかったりすると、スプリングが動くたびにボックスが傾いてしまうことがよくあります。また、サドルがボックス上部の摩耗した座面からずれると、揺れや振動が発生します。さらに、スプリングイコライザーのベアリングに障害物があると、スプリングの動きが妨げられ、突然停止し、詰まったときのような動きが発生します。198 箱。機関車の中でも粗雑とみなされるような細部への配慮は、機関車の動作に非常に有益であることがしばしば証明されます。特に、バネの動きを伝達する部品においてはそれが顕著です。

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第17章
バルブの動き。
機関車のスライドバルブ。
機関車、特に高速列車に使用される機関車に求められるサービスの性質上、蒸気分配装置は複雑であってはならない。また、機関車の運転を円滑にするためには、作動部品に損傷を与えることなく、速やかに回転を反転させる手段を備えることが不可欠である。弁装置は蒸気の吸入と排出を調節する機能も備えており、機関車が高速を維持し、大きな牽引力を発揮できるようにする必要がある。これらの特徴は、一般的な機関車の弁装置において見事に組み合わされている。この形式の機関車の設計者は、簡素化の利点を大いに考慮してきた。一般的なD型スライドバルブを置き換える試みは数多くなされてきたが、その試みはすべて失敗に終わっている。

スライドバルブの発明と応用。
スライドバルブは、原型としては、前世紀末にイギリスのリーズのマシュー・マレーによって発明され、その後ワットによってD型へと改良されました。しかし、あまり実用化されませんでした。200 スライドバルブは、機関車時代までイギリスで主流でした。フィラデルフィアのオリバー・エバンスは、スライドバルブの利点を認識していたようです。彼は、機関車が実際に運行される何年も前に、自ら設計した機関車にスライドバルブを採用していたからです。D型スライドバルブは、初期の工学時代に試みられたどのものよりも高速機関車に適していましたが、その真の価値が初めて発揮されたのは機関車においてでした。必要に迫られた時代がスライドバルブを脚光を浴びせ、機関車の運行を成功に導いた機械の天才たちは、その最も価値のある特徴を認識し、すぐにこの形式の機関車を独占しました。賛否両論、そして多くの置き換えの試みを乗り越え、スライドバルブは高速可逆機関車の独占を維持してきました。

スライドバルブの説明。
一般的に使用されているスライドバルブは、実質的には長方形の鋳鉄製の箱で、バルブシート上で静止し、かつ移動する。バルブシートには、ブリッジと呼ばれる仕切りで区切られた3つのポートがあり、両端のポートはシリンダー間で蒸気を輸送する通路の開口部であり、中央のポートは排気蒸気を大気中に放出する送風管と連通している。バルブの下側には半円形の空洞があり、バルブが中央位置にあるとき、この空洞は排気ポートとブリッジにまたがる。シリンダー内の蒸気がピストンをストロークの終端に向かって押し出す役割を果たすと、バルブの空洞は蒸気ポート上を移動し、蒸気をシリンダー内に送り込む。201 排気ポートから排気管へと蒸気が排出されます。バルブの下の空洞は、このようにして排気蒸気を逃がすための扉の役割を果たします。これは非常に便利でシンプルな蒸気排出方法です。また、この方法はバルブのバランスを保つのにも役立ちます。なぜなら、蒸気がバルブの下部に激しく衝突することで、蒸気室の蒸気がバルブの上部に絶えず加えている圧力を打ち消す傾向があるからです。

原始的なスライドバルブ。

図6.
初期のスライドバルブは、図6に示すように、中央の位置に設置した際に蒸気ポートを覆うのに十分な長さしかありませんでした。この形状のバルブでは、わずかな動きで片方の端が開き、蒸気がシリンダーに導入され、もう一方の端は排気口を開きます。このような配置では、片方の端を閉じるともう一方の端が開くため、ストローク全体にわたって蒸気がシリンダーに導入されます。このシステムにはいくつかの重大な反対意見がありました。エンジンにクッションを与えるのは非常に困難でした。202 短いバルブの最大の欠点は、蒸気の膨張力を全く利用できないことでした。機関車の登場から数年間は、ボイラー圧力が1平方インチあたり50ポンドを超えることはめったにありませんでした。この蒸気圧では、機関車が稼働している状況では、膨張によって得られる仕事はほとんどありませんでした。しかし、より高い圧力が導入され始めるとすぐに、全圧の蒸気がピストンのストロークの終わりまで続くことで生じる熱損失が大きくなり、何らかの対策を講じなければ続けることができなくなりました。非常に簡単な変更でこの欠点は改善され、スライドバルブは省電力機器の中でも重要な位置を占めるに値するものとなりました。

外側のラップ。
スライドバルブの効率を大幅に向上させた変更点は、バルブ面を長くすることで、バルブがシートの中央にあるとき、図7に示すように、バルブの縁が吸気ポートから一定距離だけ突出するようにした点である。このバルブの突出は外側ラップ、または単にラップと呼ばれる。ラップの効果は、ピストンがストロークの終端に達する前に蒸気ポートを閉じることであり、蒸気ポートが閉じた点は遮断点と呼ばれる。蒸気が遮断され、シリンダー内に閉じ込められると、ピストンは203 その膨張エネルギーによって、シリンダーがストロークの最後まで蒸気室と連通したままであれば失われるであろう熱で作業を行います。

図7.
ロッカーアームまたはバルブステムに直接接続された偏心装置によってスライドバルブが作動する場合、独立した遮断バルブを使用しない限り、重なり量によって生じる遮断点は、バルブまたは偏心装置のストロークが変更されるまで同じままです。旧式のフック機構を備えた機関車は、この不利な点を抱えて動作していました。なぜなら、フックはバルブの移動量を変化させることができず、これは通常、遮断量を可変にするために用いられる方法だからです。リンクやその他の単純な膨張歯車は、このようにして遮断量を変化させる役割を果たします。

LAP のいくつかの効果。
ラップバルブは、ストロークの終端前に蒸気の流入を遮断するだけでなく、ストロークの終端前に排気ポートが開くようにバルブを設定する必要があります。排気ポートが開くポイントは通常、リリースポイントと呼ばれます。204 ピストンがストロークを完了する前に蒸気を放出し、戻りストロークの終端に達する前に排気ポートが閉じてしまうため、シリンダー内に残留する蒸気が閉じ込められ、圧縮が起こります。バルブに内側ラップがない場合、蒸気放出と圧縮は同時に起こります。つまり、シリンダーの一方のポートが開いて蒸気を放出し、もう一方のポートが閉じられることで、ピストンはシリンダー内に残留する蒸気をピストンクリアランスとして残された空間に圧縮します。

内側の膝。
場合によっては、バルブがシートの中央にあるときに、バルブキャビティの内側のエッジが蒸気ポートのエッジに到達せず、ブリッジ上で特定の距離オーバーラップします (図 7の点線で示すとおり)。これは内側ラップと呼ばれ、蒸気の分配に対するその効果は放出を遅らせることです。これにより、膨張期間が延長され、戻り行程での圧縮が速まります。内側ラップは、低速で動作するエンジンでのみ利点があります。内側ラップの大きいエンジンで高速化を試みると、蒸気はシリンダーから逃げる時間が十分になく、背圧と圧縮が非常に大きくなり、エンジンの動作に非常に有害になります。機関車技術者が言うように、エンジンは「ロジー」です。

通常採用されるラップの範囲。
機関車の実務においては、機関車が想定される用途に応じて、ラップの程度は異なります。アメリカの標準軌機関車の場合、205 ラップは1/2インチから1 1/4インチまで変化します。高速機関車の場合、ラップは7/8インチから1 1/4インチの範囲です。貨物機関車では、外側ラップが5/8インチから3/4インチ、内側ラップが1/16インチから1/4インチになるのが一般的です。一定の移動距離であれば、ラップが大きいほど膨張期間は長くなります。

LAP の最初の適用。
ラップバルブは、ヨーロッパで経済的な利点が理解される以前から、この国ではスライドバルブに採用されていました。1829年にはすでに、ニューヨークのジェームズが蒸気機関車のエンジンバルブにラップバルブを採用していました。また1832年には、チャールズ・W・コープランド氏が蒸気船のエンジンにラップバルブを採用し、彼の父親は、その利点が蒸気の膨張にあることを理解していました。米国初の蒸気鉄道が開通してから10年以内に、ラップバルブはアメリカの機関車の周知の事実となりましたが、その使用による燃料節約の理由は十分に理解されていませんでした。多くの賢明な技術者は、外側のラップバルブを使用することで排気口が早く開くため、ピストンへの背圧が軽減され、節約効果が得られると考えました。このようにして、彼らはラップバルブの採用による経済性の向上を説明しました。コルバーンが機関車にこの指標を適用して初めて、経済性の本当の原因は、蒸気を拡張的に使用することで得られる追加の作業にあることが実証されました。

アレンバルブ。

図8.
プレーンDスライドバルブの改良は、アレン社でシンプルかつ独創的な方法で実現されました。206 高速機関車でかなり好評を得ているバルブです。このバルブを図 8に示します。バルブには、排気キャビティの上に鋳造された補助蒸気通路A、Aがあります。バルブとシートは、バルブの外側の縁がBの蒸気ポートを覆い始めるとすぐに、補助通路がCで蒸気を受け入れ始めるように配置されています。これにより、移動距離が短いときにポートに蒸気を導入するための二重開口部が得られます。エンジンが高速で動作しているときはバルブの移動距離が常に短いため、この二重開口部の利点は非常に大きいです。ストロークの開始時にすぐに蒸気を導入し、カットオフポイントまでピストンに最大圧力を維持する効果があるためです。

アレンバルブの利点。
通常のバルブは6インチで遮断し、5インチの偏心ストロークを持つため、ポート開口部は207 蒸気の入口はめったに3/8インチを超えません。入口に与えられた瞬間に、これほど小さな開口部から蒸気の全圧力を流すのは至難の業です。この動作にアレンバルブを使用すれば、開口部は倍の3/4インチとなり、これは大きな違いとなります。このような変更の実際的な効果は、機関車が列車を牽引する際に、通常のバルブではリンクを8インチまたは9インチまで下げなければならないところを、アレンバルブでは6インチで切断できることです。このバルブはどのバルブシートにも適合するように設計できますが、図8に示す寸法は、当社の大型旅客機関車で最も適切な寸法です。古いシートにアレンバルブを設計する際には、蒸気ポートを1/4インチ以上広げ、外側の縁をその分だけ面取りすることが推奨される場合があります。補助ポートが排気ポートの上に重なるようなバルブの開閉は避けなければなりません。そうしないと、生蒸気が通過してしまうからです。シートに必要な変更を加える前に、適切な寸法を紙に書き出すのが最適です。

ボストン・アンド・アルバニー鉄道で、アレンバルブの性能を通常のバルブを備えたエンジンと比較するために非常に慎重に行われた実験では、アレンバルブによって 7 パーセントの燃料節約が達成されることが判明しました。

アレンバルブがその価値を証明した事例。
この国の主要な鉄道会社の一つで、機関士が快速列車の機関車を運転していましたが、カードタイムを稼ぐのは至難の業でした。給水所を通過すれば数分は節約できるのですが、208 これは重大な危険を伴って行われた。なぜなら、次の給水所に到着する頃には、炭水車はほぼ必ず空になっていたからである。鉄道の主任整備士は、この機関車にアレンバルブを装備することを決意した。そして、変更後、給水所を通過する際に危険はなくなった。次の給水所に到着する頃には、タンクには常に十分な水が残っていたからである。蒸気量が少なくなったため、機関車の蒸気出力は向上し、燃料も大幅に節約できた。この変更により機関車はよりスマートになり、最高速度の限界はなくなったようだ。このバルブは、わずかな費用であらゆる機関車に取り付けることができる。アレンバルブ専用に機関車を設計する場合、蒸気ポートとブリッジは通常、通常のバルブよりも少し広く作られる。このバルブを採用する上で唯一の難点は、鋳物を適切に製作することである。つまり、補助ポートが蒸気の通過に支障をきたさないよう、そして薄いシェルが圧力に耐えられるだけの強度を持つようにすることである。

内側のクリアランス。
高速機関車では、排気蒸気を迅速に排出する必要性が極めて高いため、バルブがキャビティの縁で切り取られることがあります。そのため、バルブをシートの中央に配置しても、蒸気ポートの内側を完全に覆うことはありません。これは内側クリアランスと呼ばれます。多くの場合、内側クリアランスは、主にバルブのストローク不足によって引き起こされる欠陥を克服するために、バルブ動作の設計ミスを修正するために採用されてきました。最速の機関車は209 全国の蒸気タービンは、バルブの挙動が設計上、内側クリアランスを必要としないため、内側クリアランスを必要としません。内側クリアランスは蒸気の早期放出を招き、膨張期間を短縮します。結果として、内側クリアランスは蒸気の無駄を生じさせるため、避けるべきです。

鉛。
機関車の運転において、ピストンがストローク開始時に蒸気ポートがわずかに開き、蒸気が流入するようにバルブを設定することで、いくつかの利点が得られます。この開口部はリードと呼ばれます。バルブの蒸気側では蒸気リード、排気側では排気リードと呼ばれます。リードは通常、シャフト上の偏心器を前進させることで生成され、その効果は、バルブのあらゆる動作、すなわち吸入、遮断、放出、そして圧縮を加速することです。最も完璧に構築された機関車でさえ、ロッド接続部とボックス内ですぐに空動きが発生します。この空動きの影響で、バルブの動きが遅れます。そして、リード開口部が設定されていない限り、場合によっては蒸気がシリンダーに入る前にピストンのストロークが開始されてしまいます。実際には、クランクをスムーズにセンター上に移動させるのに必要なクッションがなければ、この空動きによってピストンの移動方向が変わるたびに衝撃が生じることが分かっています。クッションがなければ、ピストンの移動方向の切り替えは、作動部品に負担をかける一連の衝撃によって行われます。ストローク開始時のリード開口部が、有害な反圧を生じるほど進んでいない限り、210 ピストンに作用すると、ストローク開始時に蒸気導入のためのポート開口が速やかに開き、エンジンの作動が改善されます。経済的な運転を重視するならば、この時にシリンダー内に完全な蒸気圧が必要です。したがって、適切に配置したリード開口は有利です。適切なタイミングでポート開口が開き、蒸気導入に寄与するため、ストローク開始時にシリンダー内にほぼボイラー圧力が加わる傾向があります。シフティングリンク機構では、リンクがセンターノッチに向かって引き戻されるにつれてリード開口が大きくなります。この増加量は、ほとんどの場合、偏心ロッドの短さに正比例します。シフティングリンク機構をフルギアにした状態での一般的なリード開口は1/16インチですが、センターノッチでは3/8インチにまで大きくなることがよくあります。摩耗と空転によってリードは相殺される傾向があるため、機関車が摩耗した場合、リードを大きくすると、一般的にエンジンの作動が改善されます。

シリンダー内の蒸気の動作。
蒸気機関の仕事は、クランクピンを引っ張る側または押し出す側のピストンにかかる蒸気の圧力に正比例するため、蒸気が一度にピストンの片側だけを押すことが重要です。そのため、優れた機関では、ストロークが完了するまでに、ピストンを押していた蒸気が逃げるようにバルブが操作され、戻りストローク中にピストンを妨げないようにすることで、反対側に圧力をかけている蒸気を中和します。機関が正常に作動している場合、蒸気は各ピストンに交互に供給されます。211 ピストンの反対側では、大気圧よりわずかに高い圧力に抗して作業が行われます。

シリンダー内の背圧。
何らかの原因で、ピストンのストロークの終わりに蒸気がシリンダーから速やかに自由に排出されない場合、大気圧よりも高い圧力がシリンダー内に残り、戻りストローク中にピストンの動きを妨げ、いわゆる背圧を引き起こします。蒸気がシリンダーに入るのに十分な開口部がないために問題が発生することはほとんどありません。なぜなら、圧力が非常に高いため、蒸気は非常に限られたスペースから流れ込むからです。しかし、蒸気が 2 倍または 3 倍に膨張すると、その圧力は比較的弱くなり、短時間で排出するためには広い開口部が必要になります。これが、排気ポートが吸気ポートよりも大きく作られる理由の 1 つです。ポートが短いエンジンのほとんどすべては、多かれ少なかれ背圧の影響を受けますが、この原因による出力損失の最も大きな原因は、極端に絞り込まれた排気ノズルの使用です。煙突に強力な人工通風を作り、火室に高熱を発生させる必要がなければ、排気口を排気管と同じ大きさにすることで、現在背圧によって失われている動力を大幅に節約できるだろう。これは機関車では実現不可能であるため、技術者は蒸気発生に適したノズルを可能な限り大きくするよう努めるべきである。

偏心ストロークが非常に限られているエンジンでは、接続時に逆圧が発生することがよくあります。212 バルブがポートを十分に開いていないため、自由に排気できません。

過剰な背圧に悩まされている機関車は、ほぼ常に問題を抱えています。いかなる状況下でも、エンジンは中程度の速度以上で加速させることができません。そして、すべての仕事は莫大な燃料の浪費によって行われます。ピストンの右側の蒸気圧のかなりの割合が、反対側の圧力によって失われているからです。これは、人が片方のクランクで砥石を回している間に、もう片方のクランクで少年が手をこまねいているという無駄な労働に似ています。少年が妨げている重量を、人が砥石を回すのに費やす正味の有効エネルギーを求めるには、少年が妨げている重量を、人が費やす力から差し引かなければなりません。同様に、ピストンへの背圧1ポンドごとに、反対側の蒸気によって行われる有効仕事1ポンドが失われます。

インサイドラップが多すぎることによる影響。
バルブの内側ラップが大きいエンジンは、高速回転時に背圧が発生しやすくなります。内側ラップは蒸気の放出を遅らせ、ピストン速度が高い場合、蒸気がシリンダーから抜け出すのに間に合わず、背圧を防げなくなります。

丘に向かって走る。
ほとんどのエンジニアは、一部のエンジンが「坂道に突っ込む」という特性を持っていることをよく知っています。つまり、坂道に差し掛かるとエンジンは急激に減速し、ある速度に達するとそのまま走り続けます。これは通常、エンジンの背圧によって発生し、エンジンの効率を低下させます。213 エンジンが低速で回転しているときは効果が低下します。

圧縮。
スライドバルブにラップを設けて早期遮断を行う必要性は、バルブが蒸気ポートを通過し、戻りストロークの終期に向けて限られた時間だけ完全に閉じることによって、圧縮を生じさせます。シリンダー内には排気ポートが開いている間に排出されなかった蒸気が残っているため、ピストンの前進によってこの蒸気は縮小する空間に押し込まれます。ノズルの収縮などによりシリンダー内に過剰な蒸気が残っていた場合、あるいはバルブ動作の設計ミスによりポートが長時間閉じられた場合、シリンダー内の蒸気はボイラーの張力を超えて圧縮され、有効な効果が失われます。適切な範囲内であれば、ストロークの終期前にポートを閉じ、シリンダー内に残っている蒸気を圧縮することで、弾性クッションが形成され、ピストンとその接続部の運動量が吸収され、クランクがスムーズに中心まで移動します。圧縮が可能な場合、あらゆるエンジンにとって望ましい圧縮量は、リードと合わせて、ストローク開始時にシリンダーの圧力をボイラーの圧力まで上昇させる程度である。この圧縮が調整可能であれば、圧縮は作動部品の衝撃を緩和し、隙間空間と蒸気通路を充填することで蒸気を節約するという望ましい機能を果たす。圧縮はおそらく214 放出期間中に冷却される傾向があるシリンダーを再加熱し、冷たいシリンダー内で蒸気の凝縮によって形成された水を再蒸発させることにより、ある程度の経済的なサービスを行います。

高速で走行するエンジンは、低速または中速で走行するエンジンよりも多くのクッションを必要とします。リンク機構は、リンクが接続されると圧縮が促進されるという特性を持つため、高速走行時には圧縮が有効な手段となります。

偏心の定義。
ほとんどの機関車では、蒸気ポートを適切なタイミングで開閉させるバルブの往復運動は、駆動車軸に固定された偏心器によって行われます。偏心器とは円板またはディスクで、ディスクの中心ではない軸を中心に回転するように車軸に固定されます。ディスクの中心から回転軸までの距離は偏心度と呼ばれ、偏心器のストロークの半分です。例えば、偏心器のストロークが5インチの場合、駆動車軸の中心と偏心器の中心間の距離は2.5インチになります。偏心器の動きは、同じストロークのクランクの動きと同じであり、偏心器が好まれるのは、クランクよりも用途が簡単だからです。

偏心の早期適用。
初期の機関車では、前進と後進のバルブを操作するために単一の偏心装置が使用されていました。215 運動。偏心装置には半円形のスロットが設けられ、これを前進または後進に必要な位置に回転させることができる。偏心装置は車軸に固定されたストップスタッドによって必要な位置に保持される。可動偏心装置のいくつかの形式が発明され、鉄道開業後最初の 10 年間に広く利用されたが、最も優れたものは逆転動作に極めて欠陥があった。固定偏心装置 2 個を可逆ギアとして使用した最初の技術者はニューヨークのウィリアム T. ジェームズで、1829 年に蒸気車両を製作し、両側に 2 個ずつ、計 4 個の偏心装置を使用して機関車を動作させた。偏心装置はリンクで接続されていたが、この接続形式の利点は当時この国では認識されていなかった。というのも、この接続形式が機関車に適用されたのはイギリスで普及し、ロジャースによってこの国に再導入された後のことであったからである。しかし、二重固定偏心装置の利点はジェームズが使用した当時から認識されていたようである。この設計は、我が国の最初の機関車製造者たちによって採用されました。1833年にフィラデルフィアで後にノリス機関車工場として知られる工場を設立したロングが製造した最初の機関車には、4つの固定偏心装置が搭載されていました。

ピストンとクランク、スライドバルブ、偏心体の相対運動。

図9.
機関車が走行しているとき、車輪はほぼ一定の速度で回転します。しかし、クランクや偏心装置から往復運動を受ける部品は、不規則な速度で動きます。図9は、半回転中のクランクピンとピストンの相対運動を示しています。クランクピンの軌道上の点は、216A、 1 、 2 、B、 3 、 4 、C でマークされた点は等距離にあります。これらの点から点 a、b、c、d、eへと伸びる垂直線は、クランクピンの位置に対するピストンの位置を表しています。つまり、クランクピンが半円ABC を半回転する間に、ピストンはクロスヘッドに導かれてシリンダー内を直線ACに等しい距離を移動します。クランクピンは全回転の間ほぼ一定の速度で移動しますが、ピストンは不規則な動きで移動します。したがって、クランクピンがAから1 に移動する間に、ピストンはAとaの間の距離に等しい距離を移動します。線と線の間の間隔から、ピストンはストロークの初めはゆっくりと移動し、進むにつれて速度を上げて、約217 半ストロークした後、最後に向かって速度を落とし、停止し、戻りストロークの準備が整います。

クランクを廃止しようとする試み。
一部の機械工や発明家は、ピストンのこの不規則な動きにひどく悩まされ、伝達される動力の均一な動きを確保するために、数多くの装置が開発されてきました。これらの発明は、通常、ロータリーエンジンの形をとります。おそらく、これらの人々が往復動エンジンに見出した欠点は、その最大のメリットの一つに過ぎません。なぜなら、ピストンが各ストロークの終わりに停止することで、蒸気がシリンダーに出入りするための時間的余裕が生まれるからです。

バルブの動き。
バルブはピストンと同様の動きをしますが、ストロークはピストンよりもはるかに短く、ゆっくりとした動きは移動限界に向かっていきます。図中の小さな円は偏心器の中心の軌道を示しており、バルブの移動量は円を横切る直線に等しくなります。もしバルブが移動範囲の外側で蒸気ポートを開くと、その時点での動きが遅くなるため、問題となります。しかし、バルブは移動速度が最大になる移動範囲の中央付近でポートを開きます。そして、移動範囲の中央付近で開くほど、より迅速に開きます。これは、機関車を駅から「スマート」に発進させることに大きく関係しています。

218

偏心位置に対するラップの影響。

図10.
最も初期の形式の機関車で使用されていたラップのない短いバルブでは、偏心装置は図 10の点線e上のクランクまたは「正方形」に対して直角に設定されていました。偏心装置を中央の位置から少しでも動かすと、蒸気ポートが開きました。この位置に設定された偏心装置の利点の 1 つは、バルブを最大速度で動かすときにポートを開閉できることです。ラップを設けてバルブ面を長くすると、偏心装置の位置が変わります。なぜなら、偏心装置を直角の位置のままにしておくと、偏心装置がバルブを一方の端のラップの長さと同じ距離動かすまで蒸気ポートは覆われたままになり、ピストンは蒸気なしでストロークを開始してしまうからです。

偏心の角度前進。
偏心位置の変更は、偏心量をeからFに進めることです。これは、偏心量の重ねとリードに等しい水平距離であり、偏心量の角度前進と呼ばれます。中心FとB は、ピストンが後退ストロークの開始時にロッカーが使用される位置にある前方偏心量と後方偏心量の全体、つまり「腹部」を表します。偏心量は両方ともクランクピンに向かって傾斜し、バルブを制御する偏心量はクランクピンに追従することが分かります。したがって、エンジンが前進しているときはF がクランクに追従し、後退しているときはB が追従します。

エンジニアにとって、クランクに対する偏心装置の適切な位置についてよく知っておくことは良い計画である。その知識は、おそらく時間を節約するだろうからである。219 バルブの動きに何か問題が発生した場合、時間と手間がかかります。この知識を適切に理解しておけば、偏心装置に何か問題があるかどうかを判断するのに1分間の点検で十分です。

コネクティングロッドの角度。
ピストンとクランクの相対運動を追っていくと、いわゆるコネクティングロッドの角度に、運動の調和に奇妙な歪みをもたらす妨害要因があることに気づきます。ピストンがちょうど中間点にあるとき、メインロッドの真の長さは、リストピンの中心から駆動軸の中心までの距離で測定されます。この長さのトラムをこれらの点の間に延長すれば、ロッドの作業に慣れた機械工なら誰でも知っているように、正しい長さであることがわかります。さて、220 トラムの後端を、クランクが上または下1/4の位置に立ったときにクランクピンの中心があるはずの点に向かって上げたり下げたりする場合、トラムの点はクランクピンの中心には届かず、メインロッドの長さに比例した距離だけ短くなることがわかります。図11の点線a′とb′は、クランクの長さの7.5倍のロッドがどれだけ短くなるかを示しています。ロッドが短いほどこの傾斜は大きくなり、ロッドが長いほどこの傾斜は小さくなります。

図11.
コネクティングロッド角度のバルブ動作への影響
バルブによる蒸気ポートの開閉は、クランクと同じ動きをする偏心器によって制御され、偏心器はクランクに一定の距離を追従するため、クランクの動きの特定の位置で蒸気の流入と流出を繰り返す傾向があることは明らかです。もし半ストロークで蒸気を遮断するように設計されている場合、後退ストロークでは、クランクピンが1/4ストロークに達する前にピストンが中間ストロークを過ぎてしまうため、シリンダーのその端部はストロークの半分以上にわたって蒸気を受け取ることになります。しかし、ピストンの前進ストロークでは、クランクピンが1/4ストロークに達する前に1/4ストロークに達します。その結果、この場合、蒸気の遮断が早すぎます。この妨害効果は、221 連接棒の角度が蒸気分配に与える影響は大きく、蒸気遮断は前進行程よりも後進行程で遅くなる傾向があり、その結果、シリンダー前端に供給される蒸気量は後端に供給される蒸気量よりも多くなります。このリンク機構は、連接棒の角度に起因するバルブ開度の不均一性を修正する便利な手段となります。詳細については後述します。

バルブの動きの研究に役立ちます。
連接棒の角度の特異性を研究したい技術者や機械工は、文字による説明よりも、トラムや長い仕切り板を使う方が理解しやすいことに気づくでしょう。バルブ機構の研究においては、数多くの困難な問題に遭遇します。優れた模型の使用は、バルブ機構の研究に非常に役立ちます。各技術者や機関士は、会議室に機関車のバルブ機構の模型を備えるよう、一致協力して取り組むべきです。機関車の運行に携わる人々の余暇は、よく考えられた模型によって得られる幅広い研究に費やすのが最も効果的です。バルブ機構の研究には、このテーマに特化した良書が大いに役立ち、機関車に触れるだけで得られる以上の情報を提供してくれます。バルブとその動きは、非常に多くの複雑な影響に囲まれているため、賢い人は機関車の周りでバルブの設定やその他のギャングボスの仕事を何年も続けても、製図板を使ってバルブの動きを研究しない限り、222 あるいは、大きさや寸法を変えられる模型を使っても、製図室で数年間働いた聡明な若者よりも、ある動きの原因について知っていることが少ないかもしれない。機関車を走らせるだけでバルブの動きを研究し、その原理を理解できると考えている人は、自分を欺いている。機関士は、自分の機関車に関する情報を探すのに本や新聞を一度も見ないので、目に見えないものについてはほとんど知らない。しかし、こうしたタイプの人の多くは、賢そうに見え、賢明にも沈黙を守ったため、仲間内では非常に博識な人として見なされている。しかし、機関車の知識を求める機関助手が、そのような人に質問すると、「もっとよく知っているはずだ」という答えで、彼はすぐに黙ってしまう。

模型が入手できない場合、バルブの動きの研究を始める人は、薄い木片や厚手の紙片に、出版物に掲載されているものと同様のバルブとシートの断面を描くことで、自力で理解を深めることができます。シートにバルブを滑り込ませることで、ストロークのさまざまな部分におけるバルブの位置を、単なる説明よりも明確に理解することができます。偏心器の動きを表す仕切り板、偏心器、バルブロッド、ロッカーの役割を果たす木片、そしてそれらを固定するための画鋲があれば、テーブルや板の上に便利な模型を即席で作ることができます。学生がこの種の装置を使いこなせるようになる頃には、他の自力で解決できる方法も見出すでしょう。

ピストンストロークのイベント。
図10を参考にして、クランクと偏心接続部の相対的な動きを追ってみましょう。223 簡単にするために、偏心装置はロッカーアームに直接接続されているものとして表現されています。

クランクピンが点A、つまり前方中心にあるため、ピストンはシリンダーの前方、つまり後退ストロークの開始位置にある必要があります。すでに述べた角度前進により、偏心中心はFにあり、中間位置よりも一定の距離前方にあるため、ロッカーの下側アームをaからbに押し、上側アームを引き戻しています。その結果、上側アームがバルブを動かし、前方ポートiで蒸気がちょうど流入し始めます。クランクピンが回転すると、偏心体が追従し、偏心体がA に最も近い移動点、つまりストロークの限界に達するまで、蒸気ポートを大きく開きます。偏心がこの移動点にあるとき、バルブは移動範囲の外側にあるため、蒸気ポートは大きく開いています。このとき、クランクピンは四分の一方向に近づいています。この点を通過すると、前方偏心器が下部ロッカーピンを車軸の方へ引き寄せ、バルブを前方へ押し出すようになります。これは、クランクピンが中心を通過したときにピストンが戻るのと同じように、バルブが運動方向を変える点です。F が点Bに達すると、バルブはストロークの開始時と同じ位置にあります。しかし、反対方向に移動しているため、非常に小さな動きでポートが閉じられ、蒸気が遮断されます。このとき、クランクピンは点xに到達しています。F がgに達すると、バルブはストロークの中心点にあります。したがって、バルブは移動の中間点にあり、排気キャビティがブリッジの外側の縁をちょうど覆い、前縁が準備完了状態になります。224 蒸気ポートiを排気キャビティに連通させる。これにより、シリンダー前端から蒸気が放出される。同時に、バルブの内縁が後端ポートkを覆い、ピストンヘッドがシリンダー後部に残っている蒸気を圧縮する。ピストンが前進ストロークの開始点に達すると、偏心輪Fは点fに到達し、バルブは復行程に向けて蒸気を吸入し始める。この動作は前述の動作と同様である。

実際の蒸気分配は、これまで見てきた方法とは少し異なります。リンクモーションによって遮断が均等化され、両ストロークで均一になるからです。これによりストロークの動作が多少変わりますが、図に示されている動きを頭に刻み込めば、それほど大きな間違いはないでしょう。

エンジンを逆回転させるとシリンダー内で何が起こるか。
通常の運転中に機関車のシリンダー内で蒸気がどのように作用するかをある程度理解している人は多くても、機関車が逆回転しているときにシリンダー内でどのような動作が行われるかについては全く理解していません。列車運行に少しでも関わったことがある人なら誰でも、機関車が逆回転すると、たとえボイラーに蒸気が供給されていない場合でも、列車を停止させる作用が働くことを知っています。しかし、この結果がどのようにして生じるのかは、はっきりと理解できません。この問題についてまだ研究していない人のために、この件について少しでも理解を深めていただくために、ある出来事を追ってみましょう。225 通常の作業と同じように、逆の動きでストロークします。

逆行運動における脳卒中の出来事。
エンジンが前進しているときに急停止が必要になり、リバースレバーが後方ノッチに引き込まれたとします。クランクピンが前方中心に位置し、ピストンがシリンダー前端で後退を開始しようとしているとき、図10に示すように、バルブは前方ポートをリード量に等しい距離だけ開きます。しかし、バックアップ偏心器がバルブを制御しているため、バルブは前方に押し出され、ピストンが後退し始めると前方ポートを閉じます。これにより、シリンダー前端との連通が完全に遮断されます。後退するピストンは、同様の状況下でポンププランジャーが行うのと同様に、その背後に真空状態を作り出します。このとき、シリンダー後端は排気口に開いており、ピストンは空気を大気中に自由に排出します。ピストンが約5cm移動すると、バルブは中間位置に達し、その直後にシリンダー前端を排気口に開き、後方ポートを閉じます。この現象が起こると、シリンダー前端の真空状態は煙室から流れ込む高温ガスで満たされます。後退するピストンは、残りのストロークの間、このようにしてシリンダー内に空気を吸い込み続けます。そして、その部分からの空気は、ほとんど必ず少量の灰を巻き上げながらシリンダー内に吸い込まれます。後方の蒸気ポートは、バルブのラップが通過するストロークの約5cmの間だけ閉じられます。226 ピストンが4インチ（約10cm）移動した時点で、後方の蒸気ポートが蒸気室に開き、ピストンは残りのストロークの間、蒸気管を通して空気をボイラーに送り込みます。前進ストロークは、前述の後退ストロークの繰り返しに過ぎません。

機関車を後進させる必要がある場合、一部の人がそうするように、機関車を過酷な使用から守れると誤解してレバーを中央から1、2段ほどずらして配置するよりも、レバーをかなり後ろに引く方が賢明です。リンクを完全に逆転させると、シリンダーは単なる空気ポンプの役割を果たします。リンクを中央付近に配置すると、バルブのストロークが短くなり、ピストンがシリンダーの片側で真空状態を作り、もう一方の端で空気を圧縮する時間が長くなります。その結果、前者の場合、排気口が開くと、煙室から大量の燃え殻を含んだガスが勢いよく吹き込みます。後者の場合、ピストンはシリンダー内の空気を非常に強く圧縮するため、出口を探してバルブをシートから引き離します。これが、後進レバーが中央付近にある状態で蒸気を使わずに機関車を運転した場合によく知られている、蒸気室でのカタカタ音の原因となります。

ピストンパッキンの不具合がある機関車は、後進時に安定した走行ができません。ピストンパッキンの種類によっては、特に低速時に機関車が後進すると正常に動作しない場合があります。バルブの内側のラップが大きい場合、シリンダーの片側に真空が発生し、もう片側に圧縮空気が流れます。227 シリンダーを膨張させる圧力がかかると、シリンダーの片端の空間がピストンを通して空気を吸い込み、反対側の圧力を中和する可能性があります。これは、レバーが中央付近に保持されている場合に最も起こりやすいでしょう。

ドライパイプの安全弁の目的。
スロットルバルブが閉まりすぎてシリンダーからの圧縮空気がボイラーに流れ込まない場合、蒸気室または蒸気管の一部が破裂する危険があります。圧縮空気はスロットルバルブの大部分を十分に押し上げるため、この原因による重大な危険は回避されます。一部のエンジンでは、ドライパイプにリリーフバルブが取り付けられており、この圧縮空気の通路が確保されています。エンジンのシリンダーコックが開かれると、逆回転時に圧縮空気の出口が形成され、ピストンがノズルから空気を自由に吸い込むことなく、吸入口へ空気が供給されます。現在では多くのシリンダーコックが自動的に開き、ピストンが空気を吸い込むように作られています。逆回転したエンジンは、シリンダーコックが開いているときでも閉じているときとほぼ同じように停止し、コックが開いている方がはるかに扱いやすくなります。コックが閉じられた状態では、煙室からの熱風が弁座の油をことごとく吹き飛ばし、蒸気室には（しばしばボイラーの圧力を上回る）高圧力がかかります。このような状況でエンジンが停止すると、逆流する傾向があります。機関士は、蒸気室とパイプを空にするまで、逆回転レバーで制御するのが困難です。

228

逆回転をブレーキとして使う。
逆回転したエンジンを列車停止用のブレーキとして利用し、停止時に失われる動力の一部を節約しようとする試みは数多く行われてきました。フランス人技師シャトリエは、この機械的な問題について長年実験を重ねました。彼は排気管に水ジェットを噴射し、煙室から流入する高温のガスや空気の代わりに、低圧の蒸気をシリンダーに供給しました。この蒸気は、戻り行程でボイラーに送り返されました。こうして、列車を停止させるという動作を利用して一定量の蒸気を圧縮し、停止時の仕事を熱に変換しました。この熱はボイラーに送り込まれ、列車の再始動を助けるために蓄えられました。このアイデアを改良したものが、特許庁で頻繁に審議されるスターターです。

シャトリエブレーキは機械的エネルギーを節約する手段としては成功しなかったものの、より優れた動力ブレーキがなかったため、ヨーロッパではいくつかの用途で採用されました。我が国の山岳鉄道の一部では、水ブレーキという名称で自動ブレーキの補助として使用されています。

229

第18章
変化するリンク。
早期の逆転の動き。
機関車や船舶のエンジンが使用されるようになる以前の世界の工学技術においては、エンジンを一方向以上回転させるための装置は必要とされていませんでした。可逆エンジンの必要性が初めて生じた際、それは非常に粗雑な装置で満たされました。機関車は稼働させられ、所有者に収入をもたらしました。機関車は、管理者がエンジンを停止させ、レンチを使って手動で偏心装置の位置を変えることで逆転しました。レンチの決定的な改良点は可動偏心装置で、ストッパーによって前進または後進ギアに保持され、逆転操作は機関士の席の近くにある踏み板などのアタッチメントで行われました。この形式の逆転装置に対する重大な欠点は、摩耗によってスロットの端が拡大し、ストッパーが摩耗して不正確になり、頻繁に破損するという点でした。いくらか優れた逆転機構は固定偏心装置で、偏心ロッドの先端にロッカーシャフトの上部または下部に噛み合う機構を備え、ロッカーシャフトがバルブステムを作動させるものでした。これは初期のボールドウィンエンジンで採用された逆転機構でした。他にも、程度の差はあれ欠陥のある装置が数多くありました。230 二重固定偏心器が導入される前に、リンク機構が実験されました。リンク機構がバルブ機構に適用されるまでは、二重偏心器（アメリカの発明）は、機関車のバルブ機構において、機関車が誕生して以来、最も重要な改良点でした。Vフックは、二重偏心器と組み合わせることで、それ以前のどの機構よりも優れた逆転機構を実現しました。フック機構の欠点は、走行中に機関車を逆転させる必要が生じた場合、フックをピンに引っ掛けるのが非常に困難だったことです。リンク機構は、単純で迅速かつ確実な逆転機構として、これまで試みられたどの機構よりもはるかに優れていることがすぐに認められました。

リンクの発明。
リンク機構を蒸気機関に初めて応用したのは、ニューヨーク出身のウィリアム・T・ジェームズであることは疑いようがありません。彼は非常に独創的な機械工であり、二重偏心装置も発明しました。ジェームズは1830年から1840年にかけて、一般道路用の蒸気機関車で多くの実験を行い、その過程でリンク機構を発明しました。彼の研究は商業的には失敗に終わり、バルブ機構の改良は当時は認められませんでした。しかし、フィラデルフィアにノリス機関車工場を設立し、そこで製造された機関車に二重偏心装置を搭載したロングは、機関車の運動方向ごとに別々の偏心装置を設けるというアイデアをジェームズから受け継いだ可能性が高いでしょう。

通常のシフトリンクを発明した功績は231 イギリス、ニューキャッスルのウィリアム・ハウ氏によるものです。この発明者はロバート・スチーブンソン社の工場で型枠職人を務め、1842年にほぼ現在の形のリンクを発明しました。ハウ氏の発想は、逆転動作を改良することでした。彼は鉛筆でリンクのスケッチを描き、雇い主にその考えを説明しました。工場長はこの発明に好意的で、ハウ氏に動作の型枠を作るよう命じ、それが完成しました。そしてそれがスチーブンソン氏に提出され、スチーブンソン氏はリンクを承認し、機関車で試すよう指示しました。スチーブンソンはハウ氏に発明の応用方法を与えましたが、ハウ氏はその実際の価値を理解していなかったようで、リンクは特許を取得していませんでした。そしてスチーブンソン氏は、保護する価値があると判断した装置には必ず特許を取得しました。

このリンク機構はミッドランド鉄道会社向けに製造された機関車に採用され、その日から成功を収めました。この発明の優れた効果を目の当たりにしたロバート・スティーブンソンは、ハウに20ギニー（105ドル）を支払い、このリンク機構を自社の機関車の弁装置として採用しました。こうして、このリンク機構は「スティーブンソン・リンク」と呼ばれるようになりました。この発明の功績は、決して高額な報酬で支払われたわけではありません。

リンクが蒸気の流入と放出を変化させる能力を持っていることは、発明者には理解されていなかったようで、リンクが使用されるようになってからしばらくの間、機械業界は、リンクがコネクティングロッドの角度による蒸気分配の不均一性を調整するために使用できることに気づいていなかった。

232

シフトリンクの構築。

図12.
アメリカの機関車でよく見られる構造と同様に、リンクは円弧状に湾曲したスロットブロックで、233 駆動車軸の中心とロッカーピンの中心の間の距離にほぼ等しい半径。リンク動作の一般図は、図 12に示されています。ロッカーピンを囲むブロックがリンクスロットにスライドするように取り付けられています。偏心ロッドはリンクの背面にピンで固定されています。前方の偏心ロッドはリンクの上部に接続し、バックアップの偏心ロッドはリンクの下部に接続します。リンクの側面と中央近くにはサドルがボルトで固定されており、ハンガーが取り付けられているスタッドを保持しています。これは、技術者がリンクを任意の位置に配置できるようにする反転ロッドによって操作されるリフティングアームに接続されます。

リンクのアクション。
最も単純な形で見ると、フルギア時のリンクの作用は、バルブの動きに対して単一の偏心装置の場合と同じである。図のように、偏心ロッドピンがロッカーピンと一直線になっている場合、偏心ロッドがロッカーに取り付けられている場合とほとんど変わらないことがわかる。ここでは、前方偏心装置がバルブの動きを制御しているように見える。リンクを後方に動かすと、後方偏心ロッドの端部がロッカーピンの反対側に移動し、その結果、バックアップ偏心装置がバルブを操作する。リンクブロックがリンクの中心に向かって移動すると、ロッカーピンの水平移動が減少し、その結果、バルブの移動量が減少する。通常のエンジンでは、フルギア時のバルブの移動量は偏心装置のストロークに等しく、上部ロッカーアームと下部ロッカーアームは234 偏心ロッドとリンクとの連結部から伝達される運動は、リンクを、バルブのラップとリードに等しい水平移動を持つ中心に軸支されているかのように揺動させる。リンクの先端、つまり偏心ロッドの反対側の点は、偏心ロッドの全ストロークに等しい距離を揺動する。リンクによって実現されるバルブの移動量は、フルギア時の偏心ストロークから、ラップとリードの範囲に一致するミッドギア時の距離までである。これらの様々な移動量を得るには、ロッカーピンを取り囲むブロックがリンクの中央に近づくようにリンクを動かす。

エンジンをレバーを中央ノッチに入れて運転すると、蒸気はリード開口部からのみ供給されます。フルギアでは、ロッドエンドがロッカーピンと一直線になっている偏心器がバルブの動きをほぼ完全に制御します。しかし、リンクブロックが中央に向かって引っ張られると、両方の偏心器の影響を受けるようになります。

図12をよく見ると、エンジンがセンターにあるときに、片方の偏心ロッドの正しい位置がもう一方の偏心ロッドによって決まる理由が明らかになる。図では、クランクピンは前方中心に描かれており、その位置では、偏心ロッドの中心は両方ともメインシャフトの中心から等距離前方にある。各偏心ロッドが同じ距離前進するため、バルブは前進ギアでも後進ギアでも実質的に同じ位置を占める必要があることは明らかである。後進ギアにすると、バックアップが235 偏心ロッドピンを、前方偏心ロッドに属するピンが現在占めている位置に移動します。

高速旅客機関車のバルブモーション。
リバースレバーを象限の中心に、そしてリンクブロックをリンクスロットの中心に引き寄せることでバルブの移動量を減少させると、蒸気の遮断が早まるだけでなく、ストローク全体を通して他のすべての蒸気分配過程も同様に加速されます。この点を説明するために、実際に運用されている、高速列車の走行において優れた経済性を発揮してきた、優れた設計の機関車の動きを例に挙げてみましょう。バルブの移動量は5インチ、ラップは1インチ、内側ラップなし、フルギア時のリードは1/16インチ、サスペンションポイントはリンク中心から9/16インチ後方です。

バルブトラベルの変更による影響。
このエンジンがフルギアで作動している場合、蒸気はピストンの後ろからストロークの約18インチまで自由に吸入され、そこで遮断が行われます。そして、蒸気の放出口、つまり排気口はストロークの約22インチで始まり、蒸気の膨張のために4インチの余裕が生まれます。さて、このエンジンのリンクを、ストロークの6インチで遮断が行われるように接続した場合、蒸気はストロークの16インチで放出され、その時点でシリンダーの反対側で圧縮が始まります。

リンクモーションの弱点。
リンクモーションが持つ、カットオフと同時にリリースと圧縮を加速するという特性は、経済的な運転に非常に有害である。236 低速で走行する機関車の場合、高速エンジンは、戻りストロークの開始前に蒸気を逃がす時間を確保するために、事前の蒸気放出を必要とします。一方、圧縮は、各ストロークの終わりに急激に方向転換しなければならない高速往復運動部品からの強い衝撃を吸収し、ストロークの開始時にシリンダー内の圧力を速やかに上昇させるのに有効に活用されます。一方、ほとんどの作業を低速ピストンで行う機関車の場合、蒸気がストロークの終わり近くまでピストンに追従していれば、背圧の問題は発生しません。そのため、非常に短い圧縮時間で十分です。もし、これまで検討してきた動作をするエンジンが、16インチで蒸気を放出する代わりに、6インチで蒸気を遮断した後、ストロークの22インチまでピストンに追従させることができれば、大幅な出力向上が期待できます。さらに、戻りストロークの2インチ以内で圧縮を開始すれば、出力損失を回避できるという利点もあります。

バルブトラベルを減少させると膨張期間が長くなる理由。
弁開度が減少すると膨張が増加しますが、これはスライドバルブの縁にラップが加えられた場合に膨張が生じる原因と似ています。弁の面が蒸気ポートを覆う程度の長さで作られている場合、蒸気の膨張は起こりません。なぜなら、弁が蒸気の流入を止めるとすぐに、蒸気ポートが排気口に開くからです。しかし、ラップが加えられると、蒸気はシリンダー内に閉じ込められ、237 蒸気ポートを通過する間、蒸気は逃げることができず、蒸気は逃げることができません。バルブがポートを素早く通過するような動きの配置は、膨張期間を短縮する傾向があります。一方、ポートをゆっくりと通過させると逆の効果があり、膨張を遅らせます。例えば、移動量が5インチのバルブは、ピストンのストローク中に比較的長い行程を移動します。そのため、ラップの端は蒸気ポートを素早く通過します。これは、移動量が3インチに短縮された場合よりもはるかに高速です。このような場合、単に移動量が減少する以上のことを考慮する必要があります。バルブの両端に1インチのラップがあるとします。バルブがシートの中央に立っているとき、その点の両側で2.5インチの往復運動をします。ストロークの開始時には、バルブは1インチ（リードは無視します）引き離されていますが、戻り始めるまでにはまだ1.5インチ移動する必要があります。一方、移動距離が3インチに短縮されると、バルブは中心からわずか1.5インチしか移動できなくなります。そして、1インチ移動させてポートを覆い隠すと、バルブが戻り始めるまでに移動できるのはわずか0.5インチしか残っていません。これは早期の遮断を招きます。なぜなら、バルブはゆっくりとした動きでポートを通過し、戻りストロークの前に反対側のポートを開く準備をしなければならないからです。したがって、移動距離が5インチの場合、バルブの外縁は蒸気ポートの外側から1.5インチ離れますが、移動距離が3インチの場合、0.5インチしか離れません。移動距離をさらに短縮すると、開口部も同様に減少します。

238

偏心スローがバルブに与える影響。
バルブの移動距離を短くするとポートの開度が減少するため、ストロークの早い段階で遮断が行われる時点に達すると、ポートの開度はリードによるポートの開度とほとんど変わらなくなります。これが、高速機関車の成功には長い蒸気ポートが不可欠である理由です。最もよく設計された機関車でも、短い遮断時にはポートの開度が極めて限られてしまいます。また、計画のまずい動作は、蒸気の流入に非常に短い時間が与えられる時点で開度を削減することで、機関の効率を著しく低下させることがあります。偏心ストロークの大きさは、早期遮断時のポートの開度に直接影響を及ぼします。ストロークが長いと開度が拡大する傾向があり、ストロークが短いと開度が縮小します。同じ遮断点で蒸気を導入する場合、ストロークの長い偏心弁は、ストロークの短い偏心弁よりも、バルブを蒸気ポートの端から遠ざけます。通常の 17 × 24 インチの機関車の場合、完全に低速運転専用でない限り、偏心ストロークは 5 インチ未満であってはなりません。偏心ストロークが 5 インチ未満の機関車も多数存在しますが、バルブラップが非常に短い場合を除いて、速度は必ず低下します。通常のラップの場合、偏心ストロークが 4.5 インチの機関車は、ラップを克服してリードを得るために非常に大きな角度の進みが必要となるため、ストローク開始時の偏心ストロークの直線運動は非常に小さくなります。つまり、偏心ストロークの中心は円軌道を下方に移動するため、バルブの動きがほとんどなく、これは中心付近でクランクがクロスヘッドの動きを弱めるのと同じです。

239

動作部品の調和。
これまで、リンクは偏心器の動きをバルブに伝達する機能のみを持ち、エンジニアの意志で移動量を減少させる機能も備えているとみなしてきました。しかし、リンクの動きは非常に複雑で、その動きは様々な影響を受けやすく、バルブへの作用を良くしたり悪くしたりします。良好なバルブ動作は、すべての作動部品の特定の寸法に基づいて設計されます。これらの部品の配置を変更すると、リンクの動きにほぼ必ず不規則性が生まれ、蒸気の分配に根本的な影響を与えます。偏心ストロークが4.5インチになるように設計されたリンク動作は、ストロークが5インチに増加すると正常に動作しなくなります。半径57インチのリンクを60インチのリンクに簡単に変更することはできません。タンブリングシャフトやロッカーアームの位置を変更すると、全体の動作が歪み、ロッドやハンガーの長さを変更すると、同様の影響が生じます。リンクが適切に機能するには、すべての接続が調和を保っていなければなりません。

リンクの調整。
リンクの非常に重要な特徴は、その調整機能です。これは、コネクティングロッドの角度による歪みの影響を打ち消すのに役立ちます。すでに説明したように、メインロッドの角度は、後退ストローク時にカットオフを遅らせ、前進ストローク時にカットオフを加速させる傾向があります。通常の接続長さでは、この不規則性はエンジンの動作に深刻な影響を与えます。しかし、240 リンクによってほぼ完全に克服され、リンクは、1 つのギアで両方のストロークの吸入期間と遮断点が等しくなるように吊り下げることができます。両方のギアの吸入と遮断の完全な均一化は、リンク動作では不可能であることが判明しており、設計者は通常、前進動作を調整し、後退動作は不正確なままにしておくことに満足しています。遮断の調整に最も大きな影響を与えるリンク上の点は、サドル、またはハンガーを接続するスタッドの位置です。このスタッドは吊り下げ点と呼ばれます。サドルをリンクの中心から上げると、蒸気の吸入が調整されますが、機関車の実際の使用では、サドルを上げることには実際的な反対意見があるため、サドルはほぼ常にリンクの中央に配置されます。蒸気分配の均一化は、ハンガースタッドまたは吊り下げ点をリンクスロットの中心線から 1/8 インチから 7/8 インチ離れた位置に配置することによって引き起こされます。

ハンガースタッドを動かすと、ピストンストロークの一部において偏心ロッドが一時的に伸長するのと同等の作用でリンクの動きが変化します。タンブリングシャフトアームの長さ、ハンガーの長さ、ロッカーとタンブリングシャフトの位置、リンクの半径、ロッドの長さはすべて、バルブ動作の正確な調整に影響を与えます。

リンクのスリップ。
バルブの動きを均一化し、角度による蒸気流入量の差を克服することで241 リンクハンガースタッドをスロットの中心から遠ざけることでコネクティングロッドの歪みが増すと、新たな歪みが生じます。リンクブロックはロッカーピンの底部にしっかりと固定されているため、ロッカーピンがほぼ水平に移動する固定円弧上を動きます。一方、偏心ロッドのリンクへの作用により、リンクはストロークの特定の部分で一種の垂直運動を強いられ、ブロック上で滑ります。ハンガースタッドを後方に動かすと、この滑りが増大する傾向があり、設計者が制限内に抑えなければ、滑りが大きくなりすぎて動作効率が著しく低下します。滑りが非常に大きい場合、動作は実用的ではなく、これは決して見過ごすことのできない考慮事項です。なぜなら、ブロックは急速に摩耗し、リンクギアのどの部分においても非常に望ましくない欠陥である空動きを生じるからです。機関車では一般的に長いロッドが使用されるため、設計者は滑りを実用的な範囲内に抑えることに何の困難もありません。しかし、船舶用エンジンでは、スリップを低減するために蒸気流入量の均一性を犠牲にしなければならない場合があります。スリップ量はフルギア時に最大となり、リンクブロックが中央に近づくにつれて減少します。

国内でほぼ普遍的に行われているように、偏心ロッドのピンをリンクアークの後方に配置すると、リンクがブロック上で滑る傾向があります。そのため、リンク機構の調整に必要な他の要件を満たすよりも、これらのピンを後方に配置しないよう注意が必要です。リンク機構の設計における権威として認められているオーチンクロスは、滑りが実用上問題となる場合、滑りを軽減できる4種類の変更方法を示しています。242 彼が用いる手段は、角度の進み量を増やす、移動量を減らす、リンクの長さを増やす、偏心ロッドを短くする、のいずれかである。設計者が最も都合の良い方法を選択することで、これらの方法のいずれか、あるいは組み合わせを採用することができる。

リンクの半径。
リンクモーションを設計する建設技術者の間では、最適なバルブモーションを生み出すリンク半径について、かなりの意見の相違があります。車軸中心と下部ロッカーピン中心間の距離は概ね正しいと考えられていますが、設計者によってはこの距離をわずかに長くする人もいます。一方、大手建設会社から出荷される機関車は、リンク半径が車軸とロッカーピン間の距離より1フィートあたり3/4インチ短く設定されており、この配置が優れたモーションを生み出すと主張されています。

アメリカマスターメカニック協会の委員会は、この問題に関して、車軸とロッカーピンの中心間の距離がリンクの適切な半径であると主張し、記録に残しています。同委員会は、前述の条件を前提として、リンク半径が可能な限り長くなるようにリンク動作を計画することを推奨しています。

リンクスロットの中央が半径円弧であることに留意してください。改造された機関車のリンクが、スロットの端を半径曲線として捉え、実際の半径から外れて仕上げられていた事例を私は知っています。

243

鉛の増加。
バルブの動きに少しでも精通している人は、シフティングリンクが中心に向かってノッチングするにつれてリードが増加するという事実をほとんど知っています。フルギアでバルブのリードが1/16インチの場合、ミッドギアで3/8インチのリードにまで開くのは珍しいことではありません。この現象はよく知られていますが、原因はよく理解されていません。

図13.
クランクが前方中心にあるときの、エンジンのリンクと偏心中心の相対位置を図13に示す。リンクは中央のブロックで示され、これは中間ギアを表す。ロッドが直接影響を受ける偏心体f とbの中心は、どちらも車軸中心から少し前方に位置しており、一方は上、他方は下に位置していることがわかる。ロッドが接続されている偏心ストラップは、偏心円を周回し、それによって制御される。リンクが上下に動かされると、リンクに取り付けられている各偏心ロッドピンは、それぞれの偏心点から引かれた半径を持つ円弧を描く。両方のロッドが車軸中心から半径を持って動かされれば、エンジンが死点にあるときにロッカーピンを全く動かさずにリンクを上下させることができる。しかし、既存の配置では、リンクは244 ブロックがリンクのどの位置にあっても、いずれかの偏心ロッドによって直接影響を受けます。図 13に示すように、エンジンが前方中央に立ち、リンクが中間ギアにあるとき、ブロックが車軸から最も離れた位置にあることが容易に認識されます。ロッドは水平距離が最大になるように配置されており、その結果、この位置でリードの開きが最大になります。ここでリンクを下げると、後方の偏心ロッドが直ちにリンクを引っ張り始めます。また、前方の偏心ロッドのピンが中心の動きの線に近づくと、これもリンクを引っ張り続けます。そのため、リンクがフルギアになる頃には、リードの開きはかなり小さくなります。

図14.
図14に示すように、エンジンが後方死点に位置する場合、偏心中心は車軸の反対側に位置し、偏心ロッドは交差する。中間ギアでは、リンクブロックはリンクの他のどの位置よりも車軸に引き寄せられ、その結果、リードの開きが最大となる。ここでリンクを下げると、前方偏心ロッドは水平位置に近づき、結果として中心運動線上でより遠くまで到達するため、リンクブロックを車軸から押し離し、リードを減少させる。リンクを後進ギアに引き込むのも同様の効果が得られる。

リンクモーションのリード増加傾向245 偏心ロッドを短くすることで、中心へのリードが大きくなります。偏心ロッドのストロークを大きくすると、偏心中心が離れるため、中心へのリードが加速されます。低速で牽引力が強い機関車では、リードの増加が不利となるため、前進ギアで後退偏心ロッドの角度前進を減らすことで、リードの増加傾向を抑制できる場合があります。ただし、この方法は、機構の設計に適切な配慮と工夫が凝らされている場合には不要です。

バルブの動作のこの部分を研究する上で、若い機械工や技術者は、厚紙からリンクのテンプレートを切り出し、木片を偏心棒として使うことで、非常に役立つでしょう。これらを使えば、製図板や机の上でリンクの様々な位置を試し、リンクの位置を変えた時の効果を分かりやすく記録することができます。

246

第19章
バルブの設定。
バルブセッティングを学ぶ男たち。
エンジン関連の仕事に従事する有能な機械工の多くは、バルブ調整の習得を目標としており、機会があればすぐに習得します。多くの工場では、バルブ調整を担当する人々が、その作業を偽りの秘密主義で覆い隠し、バルブ調整は非常に難しい作業であるという信念を根気強く広めるという慣行がありました。エンジンのバルブを直角に調整することが実際には骨の折れる作業であり、繊細な調整方法に精通していることが求められるケースも時々あります。しかし、建設現場、修理工場、機関車庫などで一般的に行われているバルブ調整は、単なる単純な測定作業に過ぎません。

バルブの設定方法を知らない人が一流のエンジニアである可能性もあるし、操作に精通していても、列車を時間通りに道路を通過させることだけが目的の場合、機関車を管理する能力が向上するわけではない。しかし、バルブの設定方法は、バルブの動作原理に関する知的な理解と非常に密接に関連しているため、247 自分のビジネスに幅広い関心を持つエンジニアは、バルブの設定方法に関する知識を習得したいと考えています。

バルブ設定を学ぶ最良の方法。
バルブセッティングを学ぶ最良の方法は、実際に作業に参加することです。この種のテーマに関する書籍で何が述べられても、実際の作業を経験することの代わりとなることはほとんどないでしょう。しかし、学びたいという熱意は、その機会を上回ることもあります。そこで、バルブセッティングの技術をボスから指導してもらえない人のために、この説明を可能な限り分かりやすく説明します。

エンジンのバルブ動作を設計する際には、さまざまな部品のサイズを調整します。この作業が有能なエンジニアによって行われる場合、バルブ設定に必要な変更はごくわずかです。

予備操作。
エンジンが17インチ×24インチのシリンダーを持つ、一般的な8輪機関車だと仮定しましょう。上下のロッカーアームは直線で長さが等しく、偏心ロッドはフルギア時のブロックと反対側に位置するようにリンクに接続されていると仮定します。これにより、バルブの最大移動量は偏心ロッドのストロークと等しくなります。次に、動作に関連するすべての部品がバルブ設定の準備ができていることを確認します。

まず、エンジンが作動しているときに駆動ボックスが占める位置とほぼ同じ位置に駆動ボックスを保持するために、くさびが適切に設定されていることを確認する必要があります。

248

偏心ロッドを連結してリンクします。

図15.

図16.
動きをよく見ると、偏心ロッドが適切に接続されていることに注目すると、前方偏心ロッドはリンクの上部に、後方偏心ロッドは下部に接続されていることがわかります。クランクピンが前方中心にある場合、偏心ロッドは図 15に示すように、ロッドが開いてほぼ水平になる位置にあります。両方の偏心ロッドの全部分がクランクピンに向かって進められるため、偏心ロッドの中心は、車軸の中心を通る垂線から、ラップとリードに等しい水平距離だけ進められます。クランクピンが後方中心にある場合、偏心ロッドの中心は車軸の後ろになり、ロッドは図 16に示すように交差します。クランクがこの位置にあるときにロッドが交差しなければならない理由は、前方偏心ロッドが車軸の下にあり、後方偏心ロッドが上にあるためです。前方偏心ロッド249 リンクの上部との接続を維持し、後方偏心ロッドが反対側にあるため、ロッドの交差は避けられません。この事実は記憶に刻み込む価値があります。なぜなら、エンジンがクランクを後方中央に置いた状態で、ロッドを開いたままにして誤った位置に取り付けてしまった事例を何度か知っているからです。

バルブステムのマーキング。

図17.
通常、バルブは蒸気室カバーを下げた状態でセットされ、バルブの弁座上の位置はバルブステム上のマークで識別されます。カバーを下ろす前に、バルブは図17のように、前方の蒸気ポートが開き始めた状態に置かれます。開度を測るために、通常は薄いブリキ片が使用されます。バルブがこの位置にあるとき、スタッフィングボックスのセンターパンチマークcからトラムをバルブステムに沿ってまっすぐに伸ばし、その点（ここではa）にマークを付けます。次に、バルブを前方に移動させ、後方ポートが露出し始めたところでトラムで再度測定を行い、バルブステム上の点bの位置を特定します。バルブがどの位置にあっても、トラムによって識別できるようになります。トラムが空間を切り開くと、250aとbの中間で、バルブはシートの中央に位置します。

機械工の中には、蒸気室蓋を締め付ける際に点がずれてしまう可能性があるため、スタッフィングボックスからのトラミングを良しとしない人もいます。こうした機械工は一般的にシリンダー鋳物上の点から測定しますが、この方法には欠点があります。

バルブロッドの長さ。
バルブロッドの長さが正しいことを確認するために、ロッカーアームをバルブシートに対して直角に設定し、これが中間位置となります。バルブはシートの中央に位置している必要があり、これはトラムポイントが aとbの分割点に到達することで示されます。ロッカーが中間位置にあるときにバルブが正しい位置にない場合は、ロッドを調整して正しい位置にする必要があります。

死点の位置を特定するには精度が不可欠です。
バルブの設定に進む前に、機械工は正確な死点の位置を慎重に決定しなければなりません。ストロークの終わり近くではクロスヘッドの動きがほとんどないため、ホイールが片側または反対側にわずかに動いても大した影響はなく、ピストンとバルブの相対位置に目立った変化は生じないと考える人もいます。これは重大な誤りです。ピストンはゆっくりと動いているものの、偏心輪は通常の速度で動いており、バルブは高速で動いているからです。時折用いられるような、死点を見つけるための大まかな、手っ取り早い方法は正確さにはつながりません。バルブの設定においては、正確さだけが求められます。

251

死点を見つける。
真の中心を見つける最もよい方法は、クロスヘッドをその限界移動距離の周囲で測定された距離だけ動かし、動きが均一な駆動輪タイヤ上の移動量を記録し、次にタイヤ上のマーク間の距離を二等分することです。その分割線が真の中心を示します。

図18.
つまり、図18に示すように、クロスヘッドが限界移動距離の1/2インチ以内に到達するまで、車輪を前方に回転させます。ガイドブロック上の点aから、クロスヘッド上にトラムを伸ばし、到達した限界点をb にマークします。ホイールカバーまたはその他の適切な固定点にセンターポンチマークcを付け、そこからタイヤの端にトラムを伸ばし、円弧dを描きます。次に、トラムを手に持ち、クロスヘッドを監視しながら、車輪をゆっくりと前進させます。クロスヘッドが中心を通過し、トラムaから伸びたトラムが点bに到達するまで後退したら、動きを止めます。再びホイールカバー点からトラムを伸ばし、タイヤ上に2番目の円弧を描きます。これはeになります。今度は、dが252 前回の測定で得られた距離を、二等分線でdとeの間の距離を二等分します。センターポンチで分割点Cに印をつけ、チョークリングでその周囲を囲みます。車輪がcからCまで伸びるように立つと、機関車は前死点に位置します。

他のすべてのセンターも同様のプロセスで見つける必要があります。

回転する車輪と動く偏心体。
前輪の測定を行う場合は、車輪を前方に回転させ、後輪の測定を行う場合は、車輪を後方に回転させます。回転方向を変えるたびに、車輪に発生するロスモーションを吸収するのに十分な回転を与える必要があります。偏心装置を動かす場合も、ロスモーションを吸収するために、偏心装置を反対方向に十分に回転させる必要があります。

リード開口部による設定。
リバースレバーをフルフォワードノッチにし、エンジンをフォワードセンターに置きます。フルギア時のリード開度を1/16インチにするには、フォワードエキセントリックを、バルブステム上の点a（図17）がトラムポイントからその距離だけ離れるまで進めます。リバースレバーをフルバックノッチにし、車輪を前方に回してロスモーションを吸収した後、フォワードセンターに戻します。後方エキセントリックを動かす必要がある場合は、バルブステム上で伸びたトラムが前進時に到達したのと同じ点に当たるまで動かします。ここで注目すべきは、バルブが前後で同じ位置を占めることです。253 エンジンがセンターにあるときに、後ギアにギアを戻します。リバースレバーを再びフォワードノッチに入れ、車輪を前方に回してセンターポイントに到達させます。次に、バルブステムを再びトラムし、両方のギアのリード開度がフォワードセンターと同じであれば、その部分は正しいです。ポイントをもう一度確認して、正しいことを証明するのが良いでしょう。しかし、後端のリード開度が最初の試行で正しくなる可能性は低いです。正しいリードではなく、バルブがポートに重なり、作業員が「ブラインド」と呼ぶ状態になるか、リードが長すぎます。バルブが1/16インチのブラインドであると仮定しましょう。これは、偏心ロッドが長すぎることを示しています。バルブが開度に合うまでロッドを短くし、エンジンを再びフォワードセンターに回すと、そこでバルブのリードが失われていることがわかります。しかし、変更によってバルブの動きが調整されたため、各センターでバルブは蒸気ポートを開き始めるだけです。偏心歯車を片側へ1/16インチ進めてリード線を1/16インチ増やすと、反対側にも同じ効果が現れます。また、戻し動作にも同様の処理を施して同様の結果が得られたと仮定すると、その側のリード線開度は適切です。この手順をエンジンの反対側でも繰り返す必要があります。

カットオフポイントの確認。
リード開口部が適切に配置されているので、次にバルブがどのように蒸気を遮断するかを検討します。各シリンダーとシリンダーの両端にほぼ同じ量の蒸気が供給されることが重要です。連接棒の角度は254 シリンダーの後端よりも前端に多くの蒸気を供給する傾向がありますが、この不均衡は、すでに説明したように、通常、ハンガースタッドをリンクアークの特定の距離後ろに配置することによって修正されます。

カットオフを確認するために、まずフルギアで試してみましょう。後進レバーを前方中央から完全に前進させ、車輪を前方に回します。このエンジンの動作は、フルギアでストロークの18インチでカットオフが起こるように設計されています。トラムを手に持ち、ステムマークで示されるバルブの動きを観察します。ピストンがシリンダーの前端から離れるにつれて、バルブはストロークのほぼ半分に達するまで開き続け、その後、最初はゆっくりと戻りますが、カットオフポイントに達するにつれて速度を増していきます。図17の点aが、トラムcから延長した部分が到達する位置に達したら、動きを停止する必要があります。これがカットオフポイントを示しているからです。次に、クロスヘッドがストロークの開始からどれだけ移動したかをガイド上で測定し、チョークで印を付けます。次に、車輪を同じ方向に回転させて後方中央を過ぎ、同じ方法で前進ストロークのカットオフを求めます。他のシリンダーのカットオフは、まさに説明した方法で見つけられます。

フルギアでカットオフを試すことに加えて、通常はハーフストローク、6インチ、またはリバースレバーをこれらのポイントに最も近いノッチでテストします。最初のノッチから始めて、カットオフポイントを各ノッチで追跡し、中央に到達するまで繰り返し、バックギアでも同じことを行う人もいます。

255

カットオフの調整。
様々な原因により、2つのストロークにおけるカットオフが不均等になったり、一方のシリンダーに他方よりも多くの蒸気が供給されたりすることがよくあります。例えば、エンジンの片側では前進ギアでバルブが18.5インチでカットオフし、もう片側では17.5インチのストロークでカットオフするとします。この不均等を調整する最も簡単な方法は、片方のリンクハンガーを短くし、もう片方を長くして、中間値に達するまで調整することです。差が小さい場合は、短側のハンガーを長くすることで調整します。

調整がより難しい不均等は、バルブがシリンダーの一方の端でもう一方の端よりも早く切断される場合です。新しい作業では、サドルスタッドによって簡単にこれを克服できますが、古い作業では、このような変更はほとんど認められません。切断ポイントを書き留めておくと、両端が 18 インチで切断される代わりに、一方の端が 17 インチで切断され、もう一方の端が 19 インチで切断される、ということがよくあります。これは何か問題があることを示し、不均等な動きの原因を探す必要があります。まず、ロッカーアームがバネ状になっていないかどうかを確認します。問題がない場合は、リンクを調べます。おそらく、リンクは本来の半径からバネ状になっています。ロッカーアームをまっすぐにするのは簡単ですが、焼き入れされたリンクの場合はそうではありません。ただし、バネ状に戻せる人もたくさんいます。不均一な遮断を欠陥の原因を修正することで改善することが現実的でない場合は、必要な調整を得るためにいくつかの方法が考えられます。最も一般的な方法の一つは、後退運動を抑制して前進運動を均一化することです。バルブが開弁した際にロッカーアームを垂直位置からずらすことで、256 弁座の中央にあるバルブロッドを短くしたり長くしたりすることで調整手段が得られます。遮断弁の均一性を確保するために、リード開度の均一性が犠牲になる場合もあります。歪んだ動きを調整するために必要な変更は、バルブ設定またはバルブ動作設計の経験を持つ者によってのみ、適切に行うことができます。

多くの整備工場では、エンジンが最も多くの仕事をするポイント、例えば6インチ（約15cm）にカットオフ調整を行います。他の熟練整備士は、ハーフストロークでイコライゼーションを行うように指示します。また、ハーフストロークと通常の作動ノッチの中間値を取る整備士もいます。

バルブ設定の最終調整は、エンジンが熱いときに行う必要があります。

257

第20章
J. G. A. マイヤー著。

リンクモーションのレイアウト。
図19は、アメリカの機関車に一般的に採用されているリンク機構の概要です。この機構を調整することで、スライドバルブの動きを制御し、シリンダーの両端に交互に等量の蒸気を供給することができます。

図19.
次の記事では、これをどのように実現できるかについて説明します。

満足することは誰にも勧めませんが258 大まかなルールや構成ではありますが、大まかな構成は単純であるがゆえにほぼ正しいため、厳格でより難しい理論的ルールを適用するよりも実用的価値が高い場合があります。

これらの説明によって、読者の皆様に、以下の構成がすべて経験則に従って行われていると理解していただきたいわけではありません。決してそうではありません。なぜなら、いくつかの点を除いて、すべて理論的には正しいからです。本稿の最後で、近似的に正しい点とそうでない点を指摘します。これにより、読者の皆様は、我々の構成があらゆる実用目的において常に正しいと確信していただけるでしょう。

以下では、シリンダーは常に車軸の右側にあり、リンクはシリンダーと車軸の間にあり、車軸は台座の中央にあるものとみなされます。

誤解を避けるために、使用されている用語のいくつかの意味を説明します。

クランクの長さは、車軸の中心からクランクピンの中心までの距離です。

便宜上、偏心ストラップの中心からリンクの偏心ピンの中心までの合計距離を偏心ロッドの長さと呼ぶことにします。

偏心のストロークは、車軸の中心から偏心輪の中心までの距離の 2 倍です。

コネクティングロッドの長さは、クランクピン穴の中心からクロスヘッドピン穴の中心までの距離です。

リンクハンガーの長さは、穴の中心から中心までの距離です。

259

条件。
この記事はリンク動作の調整についてのみ扱うため、以下の項目について理解し、確立しておく必要があります。この場合、バルブのラップは 3/4 インチ、偏心装置のストロークは 5 インチ、ピストンのストロークは 24 インチ、図 19に示すロッカーの位置、この場合は同じ長さのロッカーアームの長さ、図 19に示すリンクハンガーの長さとリンクのすべての寸法、およびコネクティングロッドの長さです。

リンク運動の調整は、ピストンとスライドバルブの相対運動に関する知識が必要となるため、一見難しい問題のように思えるかもしれません。しかし、この問題をいくつかの基本問題に分解することで、相対運動を支配する法則を発見し、明確に定義することができ、主題の明確な概念が得られ、当初の問題の解決を比較的容易に達成することができます。

どのような基本的な問題が適用可能かを知るために、図19に示すようなリンク機構が適切に調整された機関車を例に考えてみましょう。まず、バルブから見ていきましょう。バルブは上部のロッカーアームから動きを受け取り、下部のロッカーアームから動きを受け取ります。前述の条件によれば、両方のロッカーアームは同じ長さです。したがって、上部のロッカーアームが描く円弧は、下部のロッカーアームが描く円弧と同じ長さになります。また、下部のロッカーアームを動かすリンクは、260 ロッカーアームは、リフティングシャフトアームによって所定の位置に保持されます。すると、当然、このリフティングシャフトアームは特定の長さを持っている必要があり、リフティングシャフトの中心は特定の位置になければならないという疑問が生じます。その答えは「はい」です。これは、解決すべき基本的な問題の一つです。ここでも、サドルピンがリンクの中心にないことに気づき、「なぜですか?」と尋ねます。この答えもまた基本的な問題となります。次に、偏心ロッドに気づきます。調べると、これらは特定の長さを持っていることがわかります。この長さを見つけるのもまた基本的な問題です。次に、偏心装置を調べます。これらは車軸に固定されていることがわかります。また、クランクも同じ車軸に固定されているため、偏心装置の間には相対的な位置関係があることがわかります。これらの位置を見つけるのもまた基本的な問題です。さて、ロッカーをもう一度見てみましょう。2つのロッカーアームは同一直線上にありません。したがって、オフセット量を求めることはもう一つの基本的な問題です。そして最後に、シリンダーの両端でフルストロークした時のピストンの位置、そしてどちらの方向にもハーフストロークした時のピストンの位置に対応するクランクピンの位置を見つける必要があります。

つまり、ここには、当初の問題を解決するために理解する必要がある基本的な問題がすべて揃っています。

これらすべての問題を、これまで述べた順序とは逆の順序で説明しよう。つまり、次の順序になる。

クランクがフルストロークおよびハーフストロークのときの位置を見つけます。

2d、ロッカーアームの動きの中心線とオフセット量を見つけます。

3d、クランクピンと偏心輪の相対位置を求める261 フルストローク時とハーフストローク時。

4番目は、偏心ロッドの正しい長さを決定することです。

5番目、サドルピンの位置を見つけます。

6番目は、リフティングシャフトの中心の位置とアームの長さを見つけます。

図20.
問題 1、図 20および 21。—ピストンがフルストロークおよびハーフストロークにあるときのクランクの位置を求めよ。—図 20 のADと同じ直線上にホイールの中心があるとする。任意の点Cを中心とし、クランクの長さに等しい半径で円F、½ F、B、½ Bを描き、これをクランクピン円と呼ぶことにする。直線 AD は、円周と点FおよびBで交差する。点Fは、ピストンがシリンダーの前端でフルストロークにあるときのクランクピンの中心となり、点Bは、ピストンがシリンダーの後端でフルストロークにあるときのクランクピンの中心となる。点Fを中心とし、コネクティングロッドの長さに等しい半径で、点ADと交差する円弧を描きなさい。262 F′ ; 点Bを中心として、同じ半径で、直線 ADと点B′で交差する円弧を描きます。また、点C を中心として、同じ半径で、直線ADと点C′で交差する円弧を描きます。クランクピンの中心が F にあるとき、点F ′ はクロスヘッドピンの中心となり、クランクピンがBにあるとき、点B′ はクロスヘッドピンの中心となり、ピストンがハーフストロークにあるとき、点C′ はクロスヘッドピンの中心の位置となります。点C′を中心とし、半径がコネクティングロッドの長さに等しい円弧を描き、点Cを通り、点 ½ Fと点 ½ Bでクランクピン円と交差する円弧を描きます。これらの点が、ピストンがハーフストロークにあるとき、またはクロスヘッドピンの中心がC′にあるときのクランクピンの位置となります。

図21.
シリンダーの軸が車軸の中心より上にあることはよくあります。そのような場合は、図21に示すような構造にする必要があります。シリンダーの軸の中心から車軸の中心までの距離を2インチとします。

車軸Cの中心を通る直線ADを描き、そこから2インチ上に直線GHを描きます。263AD に平行になるように直線を描きます。この線はシリンダーの軸を通ります。直線AD上の車軸の中心Cを中心とし、半径がクランクの長さに等しい円F、½ F、B、½ Bを描きます。この円がクランクピン円になります。点Cを中心とし、半径がコネクティングロッドの長さとクランクの長さの合計に等しい円弧を描き、直線GHと点F′で交差する円弧を描きます。この点は、ピストンが完全に前進したときのクロスヘッドピンの位置になります。点F′と点Cを通り、クランクピン円と点Fで交差する直線を描きます。この点は、ピストンが完全に前進したときのクランクピンの中心の位置になります。また、点 Cを中心とし、半径がコネクティングロッドの長さからクランクの長さを引いた値に等しい円弧を描き、直線GHと点 B′で交差する円弧を描きます。この点は、ピストンがシリンダー後端でフルストロークしているときのクロスヘッドピンの中心の位置になります。点Bと点Cを通り、クランクピン円と点B で交差する直線を引きます。この点は、ピストンがシリンダー後端でフルストロークしているときのクランクピンの中心の位置になります。線GH上の点B′と点F′のちょうど中心に点C′を探します。つまり、距離B′ F′を点 C′で二等分します。点C′を中心とし、半径がコネクティングロッドの長さに等しい円弧を描き、½ Bと ½ Fでクランクピン円と交差する円弧を描きます。ピストンが半分のストロークにあるとき、これら 2 つの点がクランクピンの中心になります。リンクモーションでは、図19に示すように、シリンダーの軸は264車軸の中心より2インチ高い位置にすることが望ましい。そのため、以降は図21 に示す構造を採用する。

問題 2、図 22。-下部ロッカーアームの動作中心線とオフセット量を求めます。- Cを車軸の中心とし、 C を通ってAD に垂直な直線ADとKLを描きます。図 19で、ロッカーの中心は車軸の中心から 37½ インチ前方、7½ インチ上方にあります。したがって、図 22 の構築を続け、直線KL の37½ インチ前方に平行な直線MNと、 ADに平行で7½ インチ上にある別の直線 OP を描きます。これら 2 本の線は点Qで交差し、この点がロッカーの中心となります。Q を中心とし、下部ロッカーアームの長さに等しい半径で円弧RSを描き、点Cを通り円弧RSに接する直線CTを描くと、CT が動作中心線になります。

図22.
下部ロッカーアームのオフセット量を求めるには、上部ロッカーアームの中心線を265 バルブ面に平行に引いた線に垂直ですが、今回の場合、このバルブ面は線分ADに平行です。したがって、バルブ面に平行に引いた線も線分ADに平行になり、上部ロッカーアームの中心線はADに垂直になり、線分MNと一致します。点Qを通り、線分 CTに垂直で、点Uで円弧RSと交差する直線を引きます。すると、点Uから線分MNまでの距離が、下部ロッカーアームのオフセット量となります。

図23.
問題3、図23。ピストンがフルストロークおよびハーフストロークにあるときのクランクピンと偏心輪の相対位置を求める。Cを車軸の中心とする。Cを通る水平線ADを描き、フルストロークおよびハーフストロークにおけるクランクピンの中心の位置を求める。すなわち、問題1で説明され、図24に示されている点 F、½ F、½ B、Bである。266 図 21 。次に、問題 2 と図 22で説明したように、運動の中心線を描きます。点C を中心とし、半径を偏心輪のストロークの 1/2 (2.5 インチ) に等しくして円を描きます。この円を「偏心円」と呼びます。運動線 CT上で、 Cからロッカーに向かって 1 3/16 インチ(これはラップとリードを合計したもので、ラップが 3/4 インチ、リードが 1/16 インチ) の点を描きます。この点を通り、運動線CTに垂直で、偏心円と点xおよびyが交差する直線を描きます。クランクピンの中心がFにあり、フルストローク前進したとき、点x は前方偏心輪の中心になり、点yは後方偏心輪の中心になります。点Fと点Cを通り、点F″で偏心円と交わる直線を引きます。線FC はクランクの中心線を表します。偏心円上で測った点F″と点x間の距離は、前方偏心の中心がクランクの中心線からどれだけ後ろにセットされているかを表します。また、点F″と点y間の距離は、後方偏心の中心がクランクの中心線からどれだけ前にセットされているかを表します。クランクと偏心器は同じ車軸に固定されているため、クランクの中心線がどのような位置にあっても、クランクの中心線と偏心器の間の距離、つまり偏心円上で測ったF″とx間の距離、およびF″とy間の距離は一定のままです。したがって、クランクが1/2 F（半ストローク）にあるときの偏心輪の位置を見つけるには、クランクの中心線を表す直線1/2 FCを描き、偏心円と1/2 F″の点で交差させます。1/2 F″の点から、267 偏心円上で、クランクの中心線からF″xに等しい距離の点を離し、この点を ½ xで示します。また、同じ円上で測定した ½ F″から、クランクの中心線の前方に、 F″yに等しい距離の点を離し、この点を ½ yとします。すると、クランクピンが ½ Fにあるとき、点 ½ x が前方偏心位置となり、点 ½ yが後方偏心位置となります。まったく同じ方法で、クランクピンの中心がB (完全にストロークを戻した状態) にあるときの偏心位置を求めます。点Cと点Bを通り、点B″で偏心円と交わる直線を引きます。点B″から、 F″xに等しい距離を離し、クランクの後方の偏心円上に点を置きます。この点は、クランクが完全にストロークを戻ったときの前方偏心位置となります。これを他の偏心位置と区別するために、この点をaとする。また、 B″からクランクの前方にF″yに等しい距離に後方偏心位置を置き、この点をbとする。同様に、クランクピンが ½ Bにあるときの点 ½ aと ½ bを求める。これで、クランクピンが以下の位置にあるときの偏心位置が分かった。

前方に完全にストロークFすると、前方偏心はxになります。

半ストローク前進 ½ F、前方偏心は ½ xになります。

フルストロークのバックエンドBでは、前方偏心はaになります。

ハーフストロークのバックエンド ½ B、前方偏心は ½ aになります。

フルストローク前進F、後方偏心は268y で。

前方への半ストローク ½ F 、後方への偏心は ½ yになります。

フルストローク後端Bでは、後方偏心はbになります。

ハーフストローク後端 ½ B、後方偏心は ½ bになります。

図24.
問題4、図24。偏心ロッドの正しい長さを決定する。車軸の中心をcとする。この点を通る水平線ADと、 ADに垂直な線KLを引く。この問題でこれら2本の線を引く唯一の目的は、他の問題と同様に、他の線や点を見つけるための基準となる線を得ることである。問題2で説明され、図22に示されているように、ロッカーの中心とロッカーアームの中心線を求める。下側のアームは運動の中心線に垂直である。269 上アームは垂直です。アームがこの位置にあるとき、バルブが最大限に移動する間、ロッカーピンはこれらの中心線の両側に等距離ずつ移動します。

次に、クランクが完全に前方にストロークしたときの偏心中心xとyを求めます。また、問題 3 で説明され、図 23に示されているように、クランクが完全に後方にストロークしたときのa と b も求めます。先に進む前に、図 6 a ( p. 268 )に示されているように、いくつかの線に名前を付けましょう。リンクの開口部の中心を通って描かれた円弧c 1 c 2をリンク円弧と呼び、偏心ロッドのピン穴の中心を通って描かれた円弧d 1 d 2 を偏心ロッドのピン円弧と呼びます。これらの円弧は両方とも同じ中心、つまりリンクが描かれている中心から描かれています。次に、図 6 b (リンク構造) に示すように、紙のテンプレートを切り取ります。このテンプレートは、図 6 aに示すようにリンク上に置いた場合、テンプレートの円弧c 3 c 4がリンク円弧 c 1 c 2と、d 3 d 4が偏心ピン円弧d 1 d 2と、テンプレートの端d 3 c 3が線d 1 c 1と、端 d 4 c 4がd 2 c 2と一致するようにカットされています。このテンプレート上で、点c 3 c 4を直線で結び、この線を垂直線eeで二等分します。この線上にサドルピンの中心が位置します。この線の片側にee に平行な線ff 1を引き、もう片側にeeに平行な線 f 2 f 3を引きます。点fから点 f 2までの距離は偏心ロッドピンの中心間距離に等しく、fe はef 2に等しくなります。円弧d 3 d 4上の点f とf 2は、テンプレート上の偏心ロッドピンの中心の位置を示しています。運動中心線cT上で、 vから点v 1を離します。 270図 6 aに示すように、距離がc 1 d 1に等しい状態で、点x を中心として半径cv 1をとって円弧x 1 x 2を描きます。この円弧では、前方偏心ロッドの中心がxにある限り、上部偏心ロッドが位置します。点yを中心として半径cv 1をとって円弧y 1 y 2を描きます。この円弧では、後方偏心ロッドがyにある限り、下部偏心ロッドの中心が位置します。点a を中心として半径cv 1をとって円弧 a 1 a 2を描きます。この円弧では、前方偏心ロッドがaにあるときに上部偏心ロッドのピンが位置します。点bを中心として半径cv 1をとって円弧 b 1 b 2を描きます。そして、この円弧では、後方偏心棒がbにあるときに、下部偏心棒ピンの中心が位置します。次に、図面上でテンプレートを調整して、点fがx 1 x 2円弧内、点f 2が円弧y 1 y 2内、線eeが運動中心線 cTと一致するようにします。テンプレートの円弧c 3 c 4に沿って、紙に円弧を描きます。次に、点fが円弧a 1 a 2内に、点f 2 が円弧 b 1 b 2内に、線eeが運動中心線cTと一致するようにテンプレートを移動し、テンプレートの円弧c 3 c 4に沿って、紙に 2 番目の円弧を描きます。ここで、円弧RS上で点v (下部ロッカーアームピンの中心) から最初に描いた円弧までの距離が、円弧RS上で点 vから2 番目の円弧までの距離に等しい場合、半径cv 1偏心棒の正しい長さはcv 1 となる。しかし、 vから最初の円弧までの距離がvから2番目の円弧までの距離よりも短い場合、偏心棒の長さcv 1は短すぎる。この場合、 cv 1 の長さを、 vから最初の円弧までの距離とvから2番目の円弧までの距離の差の半分に等しい量だけ増やす必要がある。271 前に描いた 2 番目の円弧。このようにして求められた最後の長さが偏心棒の正しい長さになります。

ここで注意すべき点は、半径cv 1 は偏心棒の正しい長さであると仮定されていたが、偏心棒がaとbにあるときは棒が交差し、 x とyにあるときは交差しないため、半径cv 1 は常にわずかに短くなるということである。したがって、説明したように補正を行う必要がある。

いずれの場合も、偏心ロッドの長さは、線ee が運動中心線cTと一致するときに、円弧vv 2 (偏心がaおよび bにあるときにロッカーピンが線 Qv から車軸に向かって引き寄せられる量) が円弧vv 3 (偏心がxおよびyにあるときにロッカーピンが線Qvからシリンダーに向かって移動される量) と等しくなるように調整する必要があります。直線Qv は運動中心線cTに垂直です。

問題5、図25 —サドルピンの中心の位置を求める。 —この問題では、図6bに示す紙のテンプレートを再び用います。問題4で既に述べたように、サドルピンの中心はこのテンプレートに描かれた線ee上にあります。残っているのは、この点からリンクアークc 3 c 4までの距離を求めることだけです。

図23のクランク角Wと W 1の不等差は、クランクが半ストロークのときに最大となるため、クランクが半ストロークのときに等量の蒸気が交互に流入するようなサドルピンの中心位置を見つけることが極めて重要である。言い換えれば、272 ピストンが半ストロークを完了した瞬間に蒸気の流入を停止する必要があります。

図25.
他の問題と同じようにこの問題も始めましょう。273すなわち、図 25 に示すように、車軸の中心Cを通り、水平線ADと垂直線LKを引きます。図 21に示すように、ハーフストローク時のクランクの位置を求めます。次に、図 22に示すように、運動中心線CTの位置とロッカーの位置を求めます。図 23に示すように、ハーフストローク時の偏心体とクランクの相対位置を求めます。次に、前に決定した偏心ロッドの正しい長さに等しい半径 (図 24に示す) で、点 ½ x を中心として円弧 ½ x 1 ½ x 2を描きます。また、点 ½ y を中心として、同じ半径で円弧 ½ y 1 ½ y 2を描きます。さらに、点 ½ aを中心として円弧 ½ a 1 ½ a 2を描きます。また、点 ½ bを中心として、偏心棒の長さをすべての円弧の半径として使用して、円弧 ½ b 1 ½ b 2を描きます。

前方偏心器の中心が½ xにあるとき、前方偏心器ロッドピンは円弧 ½ x 1 ½ x 2内にあります。前方偏心器の中心が½ aにあるとき、前方偏心器ロッドピンは円弧 ½ a 1 ½ a 2内にあります。後方偏心器が½ yにあるとき、その偏心器ロッドピンは円弧 ½ y 1 ½ y 2内にあります。後方偏心器の中心が½ bにあるとき、偏心器ロッドピンは円弧 ½ b 1 ½ b 2内にあります。

次のステップは、蒸気が半ストロークで遮断されたときの下部ロッカーアームピンの相対位置を見つけることです。

図25b .
図8（274ページ）では、スライドバルブをポートの中央に配置しています。つまり、各蒸気ポートに均等に、つまり3/4インチ（約4/4インチ）重ねて配置しています。これは重ね合わせた長さに等しいです。この位置では、上部ロッカーアームの中心線はバルブ面に引いた平行線に垂直になり、下部ロッカーアームの中心線は運動中心線CTに垂直になります。したがって、図8の上部ロッカーアームMQの中心線は、275図25の線MQと一致し、図8の下腕QUの中心は図25の線QUと一致する。

次に、バルブとピストンの相対的な動きを見てみましょう。ピストンが後退を開始すると、図 8 aの矢印で示すように、バルブも同じ方向に移動します。ピストンが半ストロークを完了する間に、バルブは完全に後退し、矢印で示すように前進を開始します ( 図 8 b )。ピストンがちょうど半ストロークの位置に止まると、バルブの前端がちょうど前方の蒸気ポートを閉じ、その結果、ピストンが後退するときに半ストロークで蒸気を遮断します。このことから、ピストンが後退して半ストロークを完了すると、バルブの中心が排気ポートの中心の少し後ろにあることがわかります。バルブの中心と排気ポートの中心の間の距離は ¾ インチで、その重ね合わせの量です。図 8 bに示すように、上部ロッカーピンは線MQ の¾ インチ後ろに位置し、下部ロッカーアームピンは線QUの ¾ インチ前に位置します。したがって、図 25に、 QUに平行でその ¾ インチ前に直線を引きます。この線は、 ½ F 3の点で円弧RSと交差します。この点は、クランクが ½ Fにあり、蒸気がハーフストロークで遮断されているときの下部ロッカーアームピンの中心の位置です。ピストンを後方ストロークまで移動させ、次に矢印で示すようにハーフストロークに向かって前進させます (図 8 c )。この間に、バルブは前方への完全な移動を完了し、276 矢印で示され（図 8 c）、ピストンがちょうどハーフストロークのときに、バルブの後端が後方の蒸気ポートをちょうど閉じているため、ピストンが前進しているときにハーフストロークで蒸気が遮断されます。この位置では、図 8 c に示すように、バルブの中心線は排気中心の ¾ インチ前に、上部ロッカーアームピンの中心は線MQの ¾ インチ前に、下部ロッカーピンは線QUの ¾ インチ後ろにあります。したがって、図25に、 QUに平行で¾ インチ後ろの線を引きます。この線は、点 ½ B 3 で円弧RSと交差します。そして、この点は、クランクが ½ Bにあり、ハーフストロークで蒸気が遮断されているときの下部ロッカーアームピンの中心の位置になります。ここで、クランクが ½ Fにあるとき（図 25 ）、前方偏心は ½ x、後方偏心は ½ yになることを覚えておいてください。また、偏心位置が ½ xと ½ yのままの状態でリンクを上げたり下げたりすると、前方偏心ロッドピンは ½ x 1 ½ x 2の円弧で動き、後方偏心ロッドピンは ½ y 1 ½ y 2の円弧で動きます。

次に、シリンダーのどちらかの端で蒸気が半ストロークで遮断されたときのリンクの位置を調べてみましょう。

図25の点½ F 3と½ B 3が見つかったら、紙のテンプレートを図面上に置き、点f が円弧x 1 x 2内に、点f 2が円弧y 1 y 2内に、リンク円弧c 3 c 4が点½ F 3にちょうど接するようにします。テンプレートがこの位置にある間に、紙の縁c 3 c 4に沿ってリンク円弧の一部を描き、直線eeが占めていた位置をマークします。こうすることで、テンプレートを取り外したときに、紙に直線e 1 e 1を描くことができ、テンプレートの直線eeを表すことができます。次に、277 テンプレートを、点fが円弧 ½ a 1 ½ a 2上に位置し、点f 2 が円弧 ½ b 1 ½ b 2上に位置し、連結円弧 c 3 c 4が点 ½ B 3にちょうど接するように配置します。この位置で、連結円弧c 3 c 4の一部を紙に描き、線eeが占めていた位置をマークします。テンプレートを取り外した後、テンプレートの線 ee を表す線 e 2 e 2 を紙に描きます。次に、線c 1 c 1 上の点x 1と線 e 2 e 2 上の点 x 2 を試しに見つけます。これらの点から連結円弧までの距離が等しく、これらの点を通る直線が運動の中心線と平行になるようにします。

x 1からリンクアークまでの距離、あるいは点x 2からリンクアークまでの距離（これは同じ意味です）は、図6 aに示すように、サドルピンの中心とリンクアークとの間の正しい距離c 1 c 2となります。言い換えれば、図25の点x 1またはx 2の位置が、リンク上の吊り下げ点の正しい位置を示します。今後の参考のために、この吊り下げ点をテンプレートに印し、図6 b に示すように Xで示しましょう。

図26.
問題6、図26。—昇降軸の中心の位置とアームの長さを求める。—前回の問題では、ピストンが半ストロークのときにバルブが蒸気を均等に遮断するリンクの吊り下げ点を求めました。次に、シリンダーの両端に交互に最大量の蒸気が均等に流入するように、昇降軸の位置と昇降軸アームの長さを求めます。ここで、少し難しい点がありますので、説明が必要です。そうしないと、私たちの構成が従来のものと矛盾しているように思われるかもしれません。279 読者の皆様。先ほど述べた目的を達成するためにリフティングシャフトを配置するのは簡単です。しかし、そうすると、ピストンがフルストロークしたときに、シリンダーの両端のリードが等しくなくなります。また、リードが等しくなるようにリフティングシャフトを配置すると、最大カットオフは等しくなくなりますが、その差は比較的小さいため、エンジンの動作に支障をきたすことはありません。したがって、この最大カットオフの小さな差は、実務家の間ではほとんど重要ではないと考えられていますが、フルストローク時のリードが等しくなるようにすることは常に良い習慣と考えられています。そこで、リードが等しくなるようにリフティングシャフトを調整し、フルストローク時のリードが等しいときに最大カットオフが等しいと見なしましょう。

この問題では、前述の問題をすべて組み合わせる必要があります。車軸の中心Cを通る水平線ADと、それに垂直な線KLを描きます。問題1に従って、クランクがフルストロークおよびハーフストロークの位置を求めます。問題2に従って、ロッカーの位置を特定し、運動中心線CTと下部ロッカーアームのオフセット量を描きます。次に、問題3で説明したように、クランクがフルストロークおよびハーフストロークのときの偏心ロッドの相対的な位置を特定します。そして、問題4で説明したように、偏心ロッドの正しい長さに等しい半径で、

要点から × 中心として、弧 × 1 × 2
” ” y ” ” ” y 1 y 2
” ” 1/2 x ” ” ” 1/2 x 1 1/2 x 2
” ” 1/2年 ” ” ” 1年半 1/2年2月
” ” 1つの ” ” ” 1 2
要点から b 中心として、弧 b 1 b 2
” ” 1/2 ” ” ” 1/2個 2の半分
” ” 1/2 b ” ” ” ½ b 1 ½ b 2280
要点から b 中心として、弧 b 1 b 2
” ” 1/2 ” ” ” 1/2個 2の半分
” ” 1/2 b ” ” ” ½ b 1 ½ b 2
蒸気が半ストロークで遮断されたときの下部ロッカーピンの中心の位置を示す点 ½ B 3と ½ F 3を見つけます。問題 5 で説明され、図 25に示されているように、リンクが半ストロークで遮断する位置まで持ち上げられたときのサスペンションポイントの位置を示す点x 1 x 2を見つけます。

さて、リフティングシャフトの位置とアームの長さを見つけるためには、さらに 4 つの点を見つける必要があります。まず、ピストンがシリンダーの前端でフルストロークし、クランクピンがFにあり、バルブのリードが 1/16 インチで、エンジンが矢印点 1 で示すように前進しているときの、リンクのサスペンションポイントの位置です。また、ピストンがシリンダーの反対側の端でフルストロークし、バルブのリードが 1/16 インチで、エンジンが同じ方向を向いているときの、リンクのサスペンションポイントの位置です。これら 2 つの点を見つけるには、下部ロッカーピンの中心の対応する位置がわかっていなければなりません。図 8 aでは、ピストンが前方にフルストロークし、バルブのリードが 1/16 インチのとき、バルブの中心は排気中心線の 13/16 インチ後方にあり、したがって下部ロッカーピンは線 QUの 13/16 インチ前方にあることがわかります。同様に、ピストンがシリンダーの反対側の端にあるとき、下部ロッカーピンの中心はQUラインの後方 13/16 インチの位置にあることがわかります。

図26の下側のロッカーピンの位置を、図26の正面に平行な線を引いて確認してみましょう。281QU の後方、 QU と平行な 13/16 インチの線を引きます。この線は点F 3で円弧RSと交差し、この点はピストンがフルストロークで前進したときの下部ロッカーピンの中心になります。 QUの後方、 QU に平行な 13/16 インチの線も引きます。この線は点B 3で円弧RSと交差し、この点はピストンがシリンダー後端でフルストロークしたときのロッカーピンの中心になります。次に、紙のテンプレートを、線eeが動作中心線CTの下に、点f 1が円弧x 1 x 2上に、点f 2 が円弧y 1 y 2上に、リンク円弧c 3 c 4が点F 3にちょうど接するように置きます。この位置で、針を使ってテンプレートの点Xを紙にマークし、点x 3で紙にマークします。この点は、ピストンがシリンダーの前端でフルストロークし、バルブのリードが 1/16 インチのときのサドルピンの中心の位置になります。もう一度、テンプレートをスライドさせて、点f 1が円弧a 1 a 2上に、点f 2 が円弧b 1 b 2上に、リンク円弧c 3 c 4 が点B 3に接するようにします。紙にテンプレートの点Xをマークし、この点をx 4で示します。この点が、ピストンがシリンダーの後端でフルストロークし、バルブのリードが 1/16 インチのときのサドルピンの中心の位置になります。次に、ピストンがシリンダーの前端でフルストロークし、バルブのリードが 1/16 インチで、エンジンが矢印点 2 で示すように後進しているときのリンクのサスペンション点の位置を見つけます。また、ピストンがシリンダーの反対側でフルストロークし、バルブのリードが1/16インチ、エンジンが同じ方向に動いているときのリンクのサスペンションポイントの位置も確認します。このために、テンプレートをスライドさせてください。282 線eeが線CTより上になり、点f 1が円弧 a 1 a 2上に、点f 2 が円弧b 1 b 2上に、リンク円弧c 3 c 4が点B 3に接するまで、紙に点Xをマークし、この点をx 5で示します。この点は、ピストンがシリンダー後端でフルストロークしているときのサドルピンの中心の位置になり、バルブのリードは 1/16 インチになります。再び、点f 1が円弧x 1 x 2上に、点f 2が円弧y 1 y 2上に、リンク円弧c 3 c 4が点F 3に接するまで、テンプレートをスライドさせます。紙に点Xをマークし、この点をx 6で示します。この点は、ピストンがシリンダーの前端でフルストロークし、バルブが 1/16 インチリードし、エンジンが後進しているときの、サドルピンの中心の位置 (またはサスペンションポイント) になります。ここでもう一度、点x 3を中心とし、リンクハンガーの長さを半径として円弧を描きます。さらに、点x 4を中心とし、同じ半径で別の円弧を描きます。これらの 2 つの円弧は点gで交差します。もう一度、リンクハンガーの長さを半径とし、点 x 1 x 2を中心として、点g 1で交差する 2 つの円弧と点x 5 x 6を中心として、同じ半径で点g 2で交差する別の 2 つの円弧を描きます。最後に、点 g、g 1 、 g 2を通る円弧を描きます。円弧の中心となるhは、リフティングシャフトの中心となり、半径hgまたはhg 2は、リフティングシャフトアームの長さ、つまりリンクハンガーが取り付けられている 2 つのアームの長さになります。リーチロッドが取り付けられているもう一方のリフティングシャフトアームの長さは、エンジンのその他の詳細に合わせて決定されます。

蒸気の流入が同時に止まると283 ピストンがハーフストロークに達した時点で、バルブはハーフストロークで均等に遮断していると言えるでしょう。シリンダーの両端から交互に最大量の蒸気が流入する場合、リンクがフルギアにあるときにバルブは均等に遮断していると言えるでしょう。

リンクの動きが半ストロークで均等に遮断されるように調整され、またリンクがフルギアのときにも均等に遮断されるように調整されている場合、リンクがどの中間点にあっても、等量の蒸気が交互に供給されるということは、技術者の間では常に認められています。

さて、問題 5 を調べてみると、半ストロークで均等なカットオフを得るには、サドルピンの適切な位置を見つける必要があることがわかります。

再び問題 6 を調べると、リンクがフルギアのときに等しいカットオフを得るためには、また、フルギアとハーフストロークの間のどのポイントでも等しいカットオフを得るためには、リフティングシャフトの中心の適切な位置と、そのアームの正しい長さを決定する必要があることがわかります。

最後に、最初の 4 つの問題を調べてみると、それらは単なる準備の問題であることがわかります。

約束通り、近似的に見出された点と見出されなかった点について注意を喚起します。問題1、2、3は理論的に正しいです。問題4、5、6では、理論的推論のためにテンプレートの使用は認められませんが、構成が絶対的な正確さで行われれば、結果は理論的に正しいものとなります。

以下は、有名なメーカーが製造した機関車の寸法の一部です。

機関車の寸法284

 ボールドウィン。    ブルックス。
 標準的な乗用車用エンジン。   モーグルエンジン。   統合エンジン。 標準的な乗用車用エンジン。   モーグルエンジン。   統合エンジン。
 インチ。    インチ。    インチ。    インチ。    インチ。    インチ

シリンダーの寸法 17 × 24 18×24 20×24 18×24 18×24 20×24
蒸気ポートの長さ 16 16 16 16 15 16
蒸気ポートの幅 1¼ 1¼ 1¼ 1⅛ 1⅛ 1¼
排気口の幅 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
奇人の投げ 5 5 5 5 4½ 5
バルブの移動量 5⅜ 5⅜ 5⅜ 5 5 5½
バルブの外側ラップ ¾から⅞ ¾ ¾ ¾ ⅜ 13/16
バルブの内側ラップ 1/32から⅛ 1/32 1/32 1/64 1/64 1/64
車軸中心とロッカー中心間の距離 56 46 81 65 50 40
上部ロッカーアームの長さ、 10.5 10.5 10.5 10.5 9¾ 10.5
下部ロッカーアームの長さ、 9½ 9½ 9½ 10.5 8¾ 9½
リンクの長さ 55 46 81 65 50 40
リンクハンガーの長さ 13.5 15 15 13 13.5 15¼
タンブリングシャフトアームの長さ 17 16 16 17⅜ 18 16
コネクティングロッドの長さ 75 80 114½ 96 84 77
偏心ロッドピンの中心間の距離 11-9 /16 10.5 10¾ 11 11-3 /16 11
リンクセンターのリンクバックの停止 ⅜ 11月16日 1 ⅜ ⅜ ⅜
バルブのリードがフルギア 1/16 1/16 1/16 1/10 1/10 1/10
中央のバルブのリード ¼ 1¼ ¼ ⅜ ⅜ ⅜
機関車の寸法—続き285

 付与。 ピッツバーグ。
 標準的な乗用車用エンジン。   モーグルエンジン。   統合エンジン。 標準的な乗用車用エンジン。   モーグルエンジン。   統合エンジン。
 インチ。    インチ。    インチ。    インチ。    インチ。    インチ

シリンダーの寸法 17 × 24 18×24 20×24 17 × 24 18×24 20×24
蒸気ポートの長さ 16 16 16 15 16 18
蒸気ポートの幅 1¼ 1¼ 1¼ 1¼ 1¼ 1¼
排気口の幅 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
奇人の投げ 5 5 5½ 5 5 5
バルブの移動量 5 5¼ 5 5 15½ 5 -7/16
バルブの外側ラップ ¾ ⅞ ⅞ ⅞ ¾ ¾
バルブの内側ラップなし。 1/16 1/16 ⅛ 1/32 1/32
車軸中心とロッカー中心間の距離 68 -11/16 40 80 56 48 28
上部ロッカーアームの長さ、 10¼ 9⅞ 9⅞ 11 11¾ 11¾
下部ロッカーアームの長さ、 10¼ 8½ 10.5 11 10¾ 10¾
リンクの半径 63 39⅜ 80 56 48 80
リンクハンガーの長さ 12¾ 14 12¾ 14.5 18¾ 18.5
タンブリングシャフトアームの長さ 17 16 14 18 15 15
コネクティングロッドの長さ 85 69½ 112 88 85 114½
偏心ロッドピンの中心間の距離 12 12 12 12 12 12
リンクセンターのリンクバックの停止 ⅜ ⅜ 1 -3/16 ⅜ ⅜ 9月16日
バルブのリードがフルギア 1/32 1/32 1/32 1/10 1/10 1/10
中央のバルブのリード 5月16日 ⅜ ¼ 5月16日 11月32日 ¼
機関車の寸法—終了しました。286

 スケネクタディ。    石工。
 標準的な乗用車用エンジン。   モーグルエンジン。   統合エンジン。 標準的な乗用車用エンジン。   モーグルエンジン。
 インチ。    インチ。    インチ。    インチ。    インチ。

シリンダーの寸法 17 × 24 19 × 24 20×24 18×24 19 × 24
蒸気ポートの長さ 16 16 16 17 18
蒸気ポートの幅 1¼ 1¼ 1¼ 1¼ 1¼
排気口の幅 2.5 2¾ 2¾ 2.5 2.5
奇人の投げ 5¼ 5¼ 5¼ 5 5
バルブの移動量 5½ 5½ 5½ 5 5
バルブの外側ラップ ⅞ ¾ ¾ ¾ ¾
バルブの内側ラップ 1/32 1/32 1/32 1/64 1/32
車軸中心とロッカー中心間の距離 63 54 45 38 49½
上部ロッカーアームの長さ、 11 10¾ 11 9 9
下部ロッカーアームの長さ、 10 9¾ 10 9 9
リンクの半径 63 54 45 58 49½
リンクハンガーの長さ 13 16½ 16½ 10 10
タンブリングシャフトアームの長さ 16 16 16 20 20
コネクティングロッドの長さ 92½ 90½ 79½ 91 -3/16 84
偏心ロッドピンの中心間の距離 12 12 12 12 12
リンクバックの停止その上
リンクセンター ⅞ ⅞ ⅜ 3⅜ 3⅜
バルブのリードがフルギア 1/16 1/16 1/16 1/16 1/16
中央のバルブのリード 5月16日 5月16日 5月16日 5月16日 5月16日
287

第21章
スティーブンスバルブギア。
動きの説明
この動きは、セントラル・パシフィック鉄道のゼネラル・マスター・メカニカルであるA.J.スティーブンスによって考案されました。リンク機構のよく知られた欠点、すなわち、機関車が連結運転している際にストロークの早い段階で蒸気が漏れてしまうこと、また排気口が早く閉じてしまい過剰な圧縮につながることを克服するために考案されました。この動きは、ヨーロッパでよく知られているワルシャート機構から発展したもので、国内の狭軌機関車にもある程度適用されています。

動議の取り決め

図27.
スティーブンス式では、図27に示すように、シリンダーの両端に1つずつ、計2つのバルブが採用されています。これらのバルブには、蒸気と排気のための補助通路が設けられており、アレンバルブの改良版です。スティーブンス氏は自身のエンジン用に、補助排気ポートのないバルブを設計しており、補足図2と3（288ページ）に2つの位置が示されています。これらのバルブはアレンバルブとよく似ていますが、作動時には、蒸気は同じ通路を通ってシリンダーに吸入され、排出されます。この配置により、吸入面積が2倍になります。289 排気蒸気の面積が 2 倍になるという点も、特にピストン速度が速い場合には重要な考慮事項となります。

バルブの動き
バルブは 2 つの動きによって作動します。1 つは単一の偏心器から得られ、もう 1 つはクロスヘッドとの接続から得られます。単一の偏心器は前進と後進の両方の動きを与えるために使用され、どちらの方向の動きも生成できるようにクランクに対して適切な角度に設定されています。バルブの動きを逆転させるために、スライディングブロックrを動かす湾曲したロッカーアームR (図 27 ) が使用されます。スライディングブロックにはリンクHが取り付けられており、これはラップアンドリードレバーDに接続されています。このレバーの下端はリンクdによってクロスヘッドに接続され、レバーはクロスヘッドから振動を受け取ります。このレバーは、エンジンの任意の都合の良い部分からハンガーで吊り下げられます。ラップアンドリードレバーの片側からは 2 本のピンが突き出ており、これらのピンにバルブステムロッドm とnが接続されています。これらのピンは、レバー上で 90 度から 180 度離れた位置に取り付けられており、バルブに差動運動を与えます。この差動運動は、ピンがレバー上で反対側に取り付けられている場合には得られません。

バルブステムとスタッフィングボックス。
各バルブにはそれぞれ専用のロッドがあり、レバーとの接続もそれぞれ独立しています。ほとんどの場合、後部バルブのステムは中空に作られ、前部バルブのステムがそこに貫通しています。これにより、蒸気室に複数のスタッフィングボックスを設置する必要がなくなります。しかし、いくつかの例では、2つのスタッフィングボックスが取り付けられ、別々のバルブステムが並んで作動します。

290

バルブの動きを制御する方法。
バルブは独立したロッドによってラップアンドリードレバーに連結されており、偏心ロッドの作用により、両者は共に、そして概ね同じ方向に動きます。しかし、この両者に共通する動きに加えて、各バルブは、ラップアンドリードレバーの中心における回転運動または振動運動によって生じる2本のピンの角度位置によって制御され、作用を受けます。そして、各バルブは、一定の移動速度ではなく、可変の動きをします。この可変の動きの程度は、レバーが作用する中心からのピンの距離とレバーの長さによって決まり、構造上、一方の位置またはもう一方の長さを変更することで増減できます。ピストンまたはクロスヘッドが非常に高速で移動している間、ラップアンドリードレバーが中間位置にある間にバルブが受ける水平方向の動きは非常にわずかです。このバルブのゆっくりとした動きにより、ピストンがほぼストロークを完了するまで蒸気はシリンダー内に保持されます。一方、排気口は開いたままです。クロスヘッドがストロークのどちらかの端に近づくと、バルブの動きは非常に加速され、ラップアンドリードレバーと偏心装置の複合作用によってバルブの動きが受けられます。

排気ガス規制の方法
排気リードは、クロスヘッドがシリンダーの両端にあるときは中央、つまり水平にあるラップアンドリードレバーのピンによって制御されます。蒸気リードは、クロスヘッドがシリンダーの両端にあるときは垂直、つまりラップアンドリードレバーの中央より上にあるピンによって制御されます。291 クロスヘッドはストロークの両端にあります。蒸気と排気の供給は、すべての遮断点で均一です。この弁装置と弁の配置により、スライディングブロックをロッカーアームの中心に向けて移動させることで、ストロークのどの時点でも蒸気を遮断することができ、必要に応じてストロークの最後の1インチまで蒸気を保持することができます。受圧時には、蒸気はすべての遮断点で均一に分配されます。

このギアの部品数は普通のリンクギアとほぼ同じですが、構造上かなり安価で、はるかに耐久性があります。また、偏心部品 2 つと、それらのストラップおよび接続部も不要になります。

292

第22章
ジョイバルブギア。
動作の説明。
この形式のバルブギアでは、偏心器やそれに相当するものは一切不要です。バルブの動作はコネクティングロッドから直接得られます。ピストンの往復運動によるロッドの前後運動を個別に利用し、これをロッドの上下振動と組み合わせることで、任意のラップとリードを使用してエンジンのバルブを作動させるのに利用できる動きが生成されます。これにより、ピストンの両側の前後運動と、その間の拡張ポイントすべてについて、数学的にほぼ正しいカットオフが得られます。動作の概要は、ギアの3 つのビューを示す図 28を調べることで理解できます。サブ図 1、2、および 3 は、それぞれ立面図、平面図、および横断面での動作を示しています。

図28.
このギアをアメリカの機関車に適用する方法。
このギアを適用するには、アメリカの機関車でよくあるように、バルブと蒸気室をシリンダーの上に配置します。ただし、バルブステムの中心はシリンダー中心線と同じ垂直面上にあり、その真上にあります。こうして、すべてのバルブの動きはこの面、つまり完全に中心に配置され、歪や横方向の歪みは発生しません。図の点A、つまり連接棒に沿って約5分の2の位置から294 ピストン端には、小さなフックリンクが固定されています。このフックリンクの下端DにはレバーEが接続されており、当然ながらレバー E はコネクティングロッドとともに前後および上下に移動します。実際、点D は非常に不規則な楕円を描いて移動します。これについては後ほど説明します。レバーEの支点Fは、スロットリンクJK内をスライドするブロックに保持されており、このレバーEの上端からバルブステムロッドGがバルブに保持されています。このスロットリンクJK は、垂直からどちらの方向にも傾けることができるように中心に配置されています。垂直位置に立っている場合、エンジンは中間ギアにあり、バルブはリード時にのみ開きます。ただし、これは各端で正確であり、コネクティングロッドの中心線の両側でも正確です。スロットリンクがエンジンの前方に前方に傾いているとき、エンジンは前進時にフルギアになり、後方に傾いているときは後退時にフルギアになります。中間位置に配置することで、カットオフは必要な拡張度合いに合わせて調整され、ピストンの前部と後部には等しいカットオフ、つまり等量の蒸気が供給されます。

施工手順。
このバルブ動作を設計するには、クランクがどちらかの極端なストロークにあるときに、レバーEの中心または支点F が、スロットリンクJK が振動する中心と一致する必要があります。そうすると、エンジンがリード (つまり、ストロークのどちらかの端) にあるときにこれらの 2 つの中心が一致し、実際には逆転エージェントであるスロットリンクJK は、バルブを動かさずにあらゆる角度で前方または後方に動かすことができます。したがって、すべての膨張度で一定のリードが保たれます。

しかし、増加または減少を与えたい場合は、295膨張の程度に差がある場合、この差は、これら 2 つの中心の一致度を適宜変化させることによって、またはレバーE の作用を過小または過剰に修正することによって、あるいはリンクB上のDの位置を変化させることによって与えることができる。

ラップとリードがどのように規制されるか。
ラップとリードは、レバーEの中心Fと、バルブの動きの出発点となる中心との間の距離によって決まります。

この動議で主張される利点。
ジョイのバルブギアがリンク式バルブギアよりも優れているとされる第一の利点は、コストが大幅に削減され、作動部品が軽量であることです。しかし、軽量化は重量削減だけでなく、部品の簡素化によって工具や取り付けが容易になることにもつながります。

このバルブ機構が典型的なアメリカの機関車の要件にいかに容易に適応できるかは指摘するまでもないかもしれません。偏心器やその他の作動部品をなくし、ギアとそのすべての歪みを一直線にすることで、現在のバルブ機構の形状を大幅に簡素化し、また、エンジンの下部全体をクリアなままにして、火室を大幅に拡張できるようにすることで、非常に価値のある機能となっています。

すべての部品は機械で簡単に作れるようなもので、組み立てる以外は手作業は不要です。

296

動議のアクション。
バルブに伝達される動作は、リンクギアによって伝達される動作とはまったく異なります。このギアでは、レバーEに伝達されるコネクティングロッドの 2 つの異なる動作から動作が生まれます。この 2 つの動作は、互いに連動したり反対方向に作用したりして、バルブにカムによって生成される動作と似た性質を持つ結果動作を与えます。これは実際には加速と減速の動作であり、これらの加速と減速は、回転時に適切なタイミングで発生するように調整され、目的の結果をもたらします。

したがって、クランクが中心を通過するとき、レバーE はレバーとしてバルブにまったく影響を与えませんが、バルブに伝達される動きはEの中心がスロットリンクJの曲線を滑り落ちることによって生じます。これにより、リードがスムーズに開き、ポートが継続的にスムーズに開きます。バルブが完全に開いているとき、クランクが移動すると、レバーE はバルブに作用し始めますが、その中心はまだスロットリンクJKを滑り落ちています。2 つの動きは反対方向で、互いに打ち消し合うか、部分的に打ち消し合い、バルブの動きが遅くなり、ほとんど停止状態になります。そのため、バルブ経路図では、ポートが完全に開いたままで、クランクが移動し続け、カットオフが行われる時間に近づいているほぼ直線になります。レバーEは、その中心がスロットJK内での動きを終え、実質的に静止した状態で戻り始めると同時に、レバーとして機能するのに最適な位置にあります。このように、 Eのレバー作用は最大限に発揮され、ポートを急速に閉じます。回転中も同様に作用し、解放時間もその恩恵を受けます。

298

モーションの中心線を定めるためのルール。

図29.
シリンダーの中心線aa (図 29 ) とバルブステムの中心線bbを、適用するエンジンに必要な相対距離に配置します。ただし、バルブステムの中心線は、コネクティングロッドの振動面にあります。ピストンが半ストロークにあるときの上部と下部の両方の位置について、クランクピンの軌跡とコネクティングロッドの中心線cc 1 c 1を描きます。コネクティングロッドの中心線上に点dを取ります。この点では、 d 1とd 2の間の振動は、バルブの全ストロークの長さの約 2 倍に等しくなります (より少ないよりはむしろ多く許容する方がよいでしょう)。ただし、ガイド、ブラケットなどの位置など、エンジンの他の配置に合わせて厳密に選択できます。ただし、可能であれば、コネクティングロッドの振動がバルブのストロークの 2 倍に完全に等しくなるようにしてください。これは、最大前進または後進ギアにしたときにスライドリンクの角度が大きくなりすぎないようにするためです。

点dを選んだら、それを通ってaa に直角な垂直線zz を引き、両側に点e、eを描きます。これらは、前後のストロークにおけるコネクティングロッド上の点dの両端の位置です。これらの点から、垂直線上の点fまで線を引きます。この線は、それらの間の角度が 90° 以下になるようにします。余裕があれば、角度が小さいほど良いです（これらの線は、コネクティングロッドに固定された最初のリンクの中心線を表します）。コネクティングロッドの振動とともに上下する点fは、固定されたリンクによって、できるだけ垂直線上に近づくように制御されます。299f 1 のシリンダーの近く前方に配置するか、より便利な場合は後方に固定することもできます。

次に、バルブステムの中心線bb上で、垂直線zzの両側に、gg 1とgg 2の位置に、ラップとリードに必要な量を印します。gg 1 はシリンダー前端のラップとリード、gg 2はシリンダー後端のラップとリードです。次に、ピストンがシリンダーの前部にあり、コネクティングロッドの中心がhh 1 ( hはクランクピン) にあると仮定すると、運動の取得元として選択した点d はe 1、運動をバルブに伝達するためにコネクティングロッドに固定されているリンクはe 1 fになります。このリンク上の点 (最初に想定するj 、これはコネクティングロッドの振動の約半分、つまりd 1からdまで) から、 jとgを結んでいる、バルブを作動させるレバーの中心線を引きます。この線が垂直zzと交差する点は、レバーの中心または支点となり、また、レバーの中心を担うブロックがスライドする湾曲したリンクの振動の中心にもなります。この中心はmで示されています。リンクe 1 fと、それに接続するバルブレバーjの機能は、レバーの中心mの振動の誤差を除去することです。この誤差は、レバーの下端が通過する円弧によって生じます。点jの位置は計算で求めることもできますが、試行錯誤によって求める方がはるかに迅速です。想定される点j が正しいかどうかをテストするために、mの両側に垂直方向に、必要な正しい振動n 1 n 2をマークします。これは、垂直方向のコネクティングロッドの振動と同じになります。 300直線zz。次に、距離e 1 — jをd 1 — j 1と d 2 j 2に適用します。次に、長さjmをj 1 n 1（j 1から測る）とj 2 n 2 （ j 2から測る）に適用し、点mがそれぞれの場合にn 1 n 2より下になる場合は、 e 1 f上でjより上の点を取る必要があります。一方、mがn 1 n 2より上になる場合は、 e 1 f上でjより下の点を取る必要があります。この点は通常、2回目の試行で見つかります。

前述の通り、点m はリンクの振動中心とレバーの中心、あるいは支点を表します。ピストンがストロークの両端にあるとき、これらの中心は一致していなければなりません。この場合、リードは固定されています。リンクは前方から後方へ、あるいは任意の拡張点へ移動しても、リードは変化しません。これは、ギアが正しく設定されているかどうかのテストとみなすことができます。

点gはバルブステムリンクの取り付け点になります。このリンクの長さは任意の長さにできますが、その長さを半径として、平行線m – m 1上の中心m 1からリンクの曲線を描く必要があります。この曲線が垂直 (中間ギア) から設定される角度によって前進ギアまたは後進ギアが決まります。前方に傾いた角度s 1 (エンジンの前側) が前進ギア、後方に傾いた角度s 2が後進ギアです。極値振動の曲線上のs – s 1 またはs – s 2でマークされた角度は、その角度でのポートの全開度の 1/4 に等しくなります (つまり、1 インチのポート開度が必要な場合は、角度sからs 1までの角度は 1 1/4 インチにする必要があります)。また、カットオフ点は約 75 % になります。この形で配置すると、シリンダーの両端のリードとカットオフ、および前後方向のリードとカットオフは、実質的に完璧で等しくなり、301 ポートの開口部もできる限り均等にする必要があります。75 パーセントよりも長いカットオフが必要な場合は、前進ギアの場合は曲線ooの角度をs 1より大きくし、後進ギアの場合はs 2より大きくするだけで済みます。このギアでは、ラップとリードはレバーj、m、gのレバーとしての作用に完全に依存し、 mgの長さに応じて変化させることができることに注意してください。また、ポートの開口部 (リードとして指定された量を超える) は、曲線リンクooに与えられた角度の量に依存し、前述のように、極値振動ラインで測定した垂直からの角度の約 5 分の 4 になります。

上記の位置と比率から逸脱しても、結果の正確さに重大な変化が生じることはありません。

したがって、車輪、フレーム、またはその他のギアをクリアするために中心mを上げたり下げたりする必要がある場合は、 mm 1の角度がシリンダー中心線の平行から上または下に 13 分の 1 (13 分の 1) ずれるまで行うことができます。これを超えると良くありません。ただし、線mm 1とbb は平行になり、中間ギアの曲線ooの位置はmm 1に対して直角になります。

また、ロッドへの穴あけを避けたい場合は、点e 1 をコネクティングロッドの中心線の上または下に配置できます。e 1のピンは、コネクティングロッドの上または下に取り付けられた小さなブッシュまたはブロックに保持されます。

また、機関車の場合、車輪が小さすぎてリンクe 1 fが低すぎる場合は、 j点で切断し、このポイントをリンク llでクランクピンの小さなリターンクランクpに接続します。302 カウンタークランクのj 4 からj 4までのものと等しい。

この図は、クランク軸の中心がシリンダーの中心線上にあるエンジン用に描かれている。しかし、アメリカの機関車ではよくあるように、クランク軸の中心がシリンダーの中心線より下に位置する場合、バルブ装置自体の図を作成するための基準線は、クランク軸の中心を下げる際にコネクティングロッドが想定する平均中心線となる。この線は、中間位置であるcから、下げられた軸の中心を表す点、例えばrまで引かれる。垂直線zzはこの新しい基準線crに対して直角となり、他のすべてのプロセスはこれに従う。

図に示されている比率は平均的な最良の結果をもたらしますが、これらの比率はエンジン設計の要件に応じて、非常に広い範囲内で変更可能です。例えば、シリンダーが小さくストロークが長い場合など、シリンダー中心とバルブステム中心の距離が短い場合、リンクe 1 fをかなり長くすることができます。こうすることで点jが下がり、すべてのリンクなどに適切な角度が維持されます。シリンダーの中心線より下には、様々な動きのためのスペースを確保できますが、シリンダーの中心線より上にはスペースが確保できません。シリンダー径が大きくストロークが短い場合など、条件が逆転した場合は、部品の比率が逆になります。

この動作レイアウトシステムは、いくつかの変更を加えて、ストロング動作、およびメインロッドの水平および垂直動作によって形成される楕円を使用してバルブを作動させる他のすべての動作に適用されます。

303

第23章
蒸気機関インジケーター。
インジケーターの目的。
本書では、指示計について幾度か言及してきました。この計器は蒸気機関士にとって非常に役立ち、蒸気分配に関する問題を正確に判断するのに役立ちます。この計器がなければ、蒸気分配の問題は推測の域を出ないでしょう。この計器の図表は、蒸気機関のシリンダー内で何が起こっているかを正確に記録します。機関車を経済的に運転したい熟練整備士にとって、個々の機関車に関する指示計から得られる正確な情報を無視することはできません。

機器の説明。
指示器は基本的に小型の蒸気シリンダーで構成されており、その下側はパイプを介して検査対象エンジンのメインシリンダーに接続されています。指示器シリンダー内には、ぴったりと収まるピストンがあり、その上昇運動は既知の強度のバネによって抑制されています。ピストンロッドは指示器シリンダーの上部を貫通しており、その先端は鉛筆を操作してマークを付ける機構に接続されています。304 インジケーターピストンの動きと一致する線が描かれたカードの図。

インジケーターの操作。

図30.

図31.
図30はタボール式指示計の透視図であり、機関車などの高速エンジンに適した計器である。図31は指示計の断面図を示している。これらの図をよく見ると、計器の構造がよく理解できる。断面図では、ピストンとそのロッドがスプリングによって囲まれている様子がわかる。305 シリンダーの上部を通って上昇し、マーキングペンシルを操作するレバーと接続されています。巧妙に設計された機構により、レバーはペンシルを完全に真っ直ぐな垂直線に沿って動かします。マークするカードは、インジケータに取り付けられた紙ドラムに固定されています。このドラムは、クロスヘッドによって操作されるコードから円運動を受けます。この接続は、メインピストンがストロークを開始すると同時にドラムが回転し始めるように配置されています。ドラムの円運動は、ピストンがストロークの終端に達するまで継続され、306 ドラムは動きを逆転させ、開始した位置に戻ります。インジケータシリンダーはメインシリンダーと連通しており、メインシリンダーが蒸気を吸い始めると、インジケータピストンに圧力が加わり、インジケータピストンが押し上げられ、同時にその動きが鉛筆に伝わります。インジケータピストンはシリンダー内の蒸気圧に応じて上下し、ドラムの円運動とクロスヘッドの動きが一致するため、鉛筆はストロークの各ポイントにおけるメインシリンダー内の圧力を表す線図を描きます。

図の線。

図32.
図32は、ストロークの約3分の1で蒸気を遮断する、よく設計されたバルブ機構を備えた機関車から得られるインジケータダイアグラムを示している。図中の線IJは、307 指示ピストンに蒸気が入っていないときに鉛筆で描く線なので、これを大気圧線といいます。これは図の中立線で、指示ピストンの両側が大気にさらされているときの鉛筆の位置を表します。したがって、この線を基準として上または下の圧力が測定されます。線ABは吸入線で、始点Aがバルブからシリンダーに蒸気が入り始める点を表すので、このように呼ばれます。BCは蒸気線で、通常は吸入線の方向が正に変わる点から始まると考えられています。蒸気の吸入は点Dに達するまで止まりませんが、線引きは点Cで始まります。曲線DEは膨張線で、バルブが閉じていて排気が開く前に描かれます。圧力は膨張によって下がります。Eで放出が始まり、排気線はFまで伸びます。 FからG はピストンの戻り行程で排気が開いている間に描かれる反圧線です。GからAは、排気バルブが閉じた後の戻り行程中に描かれた圧縮ラインです。

図を分析するために必要なデータ。
エンジンの仕事量を図から計算で求める際には、垂直方向の測定値はシリンダー内の圧力を、水平方向の測定値はピストンの位置を表すことを覚えておく必要があります。図の表現を正しく理解するには、恒久的または偶発的な条件に関連するいくつかの事柄を知っておく必要があります。絶対に必要なのは、インジケータスプリングの目盛り、エンジンシリンダーの直径です。308 ピストンのストローク、毎分ストローク数、ボイラー圧力を把握しておくことが望ましい。また、蒸気管、蒸気ポート、排気ノズルの寸法も把握しておくことが望ましい。

機関車に表示灯を設置する利点。
このインジケータは、機関車において、バルブとピストンの状態を示すこと、そしてシリンダー内で蒸気が適切に使用されているかどうかを確認することに効果的に使用できます。これにより、シリンダーで発生した動力を計算できます。

このインジケータが機関車で日常的に使用された場合、現在、バルブやピストンの漏れによって蒸気が失われることで発生している大量の石炭の無駄を回避できるだろう。図に描かれた物語は、蒸気を絞った状態で機関車を運転するという通常の習慣を廃絶させ、破滅的な背圧の明白な証拠によって、ノズルを狭くすることは耐え難いものとなるだろう。

この種の書籍には、インジケータの操作方法やダイアグラムの分析方法を学びたいと考えている人にとって必要な情報を提供する余裕はありません。この分野の研究に参入したい意欲的なエンジニアは、このテーマを扱った標準的な書籍を入手する必要があります。

309

第24章
ウェスティングハウスのエアブレーキ。
ウェスティングハウスの大気ブレーキの発明。
この過酷な時代において、旅行者は、人間の過ちから生じる死亡事故を防止できないシステムを非難する傾向が強く、血なまぐさい戦争で失われるであろう命よりも多くの命を毎年救う装置の完成度を称賛する傾向ははるかに強い。ウェスティングハウス社のブレーキは人命救助に貢献してきたが、その大きな節約効果は鉄道業界以外ではほとんど評価されていなかった。1860年から1870年にかけての10年間、アメリカは鉄道事故の頻繁さと悲惨さで諸国の非難を浴びた。今日、アメリカの鉄道旅行者が自らの責任を超えた事故で命を落とす数は、世界中のどの国の旅行者よりも少ない。このように死亡事故が少ないのは、ウェスティングハウス社製のブレーキや、この発明に倣った他のブレーキの成功によるところが大きい。

発明の明確なクラス。
発明は2つの明確なクラスに分けられます。より多いクラスは、310 既知の機器の改良。もう一つは、稀少でより価値の高いクラスであり、これは、所望の動作を実行するための全く新しい方法を考案した最初の発明者に属します。この種の発明としては、蒸気機関を初めて商業的に成功させたワットの独立凝縮器、高速機関車の実用化を可能にしたネイサン・リードの多管式ボイラー、そして機関士が列車の速度を制御できるようにすることで高速走行を安全にしたウェスティングハウスの空気ブレーキなどが挙げられます。

良いブレーキが列車乗務員にもたらす利益。
乗客にとって、空気ブレーキは事故を免れるという大きな満足感をもたらしてきたが、その最大の恩恵は機関士に与えられた。鉄道事故の最大の被害者である彼らの生命と身体の危険は大幅に軽減された。かつては列車を時間通りに停止させて大惨事を回避することができなかった際にしばしば経験していた、苦痛に満ちた無力感は、管理の行き届いた現代の鉄道ではほとんど見られなくなった。精神は物質との闘いに勝利したのだ。機関士は必要に応じて、他の列車が線路を塞ぐ可能性のある地点から1マイル以内で蒸気を遮断したり、命を危険にさらして速度を維持したりすることなく、混雑した線路を高速で走行させることができる。鉄道の運行に詳しくない者は、連続ブレーキが供給される以前、機関士が高速列車を走らせるためにどれほどの困難に直面していたかを知る由もない。列車は定刻通りに運行しなければならず、列車が通過する可能性のあるすべての地点で311 予想される状況では、慎重に進入する必要がありました。これは速度を落とすことを意味しましたが、短距離では速度を落とすことができなかったため、ある規則を遵守するために別の規則に違反するリスクを負わなければなりませんでした。

ウェスティングハウスの大気ブレーキの最初の試験。
ウェスティングハウス社の大気圧ブレーキは1869年4月13日に特許を取得し、ほぼ同時期にパンハンドル鉄道で最初の公開試験が行われました。試験は非常に満足のいく結果となり、鉄道運行の効率と安全性を高める可能性のあるあらゆる優れた装置を惜しみなく支援することで知られるペンシルバニア鉄道会社が、このブレーキを搭載した列車を保有しました。これはウォールズ・アコモデーション・トレインと呼ばれ、頻繁な停車を必要とする列車であったため、ブレーキの真価を発揮するには絶好の条件でした。このようにして搭載されたブレーキは数々の公開試験で使用され、その一つが1869年9月中旬、ペンシルバニア鉄道ホースシュー・ベンドでマスター・メカニック協会によって行われた試験です。この試験では、1マイルあたり96フィートの勾配を時速30マイルで下る6両編成の列車が、420フィートの距離で停止しました。このような偉業は当時としては前例がなく、広く注目を集めました。

翌月、ペンシルバニア鉄道の役員らによってフィラデルフィア近郊で公式試験が行われた。その後、列車はシカゴへ運ばれ、西部の鉄道幹部らの立ち会いのもと、数々の試験が行われた。これらの試験でブレーキの効果が実証されたため、ミシガン・セントラル鉄道はすぐにこの試験を中止した。312 シカゴ・アンド・ノース・ウェスタン鉄道もそれぞれ列車にブレーキを装備するよう注文した。

ウェスティングハウスブレーキを採用した最初の道路。
ウェスティングハウス社製のブレーキ部品の最初の5セットは、ペンシルベニア州アルトゥーナにあるペンシルバニア鉄道会社の工場で製造されました。このブレーキを最初に標準装備として採用した鉄道会社は、ペンシルバニア鉄道、ピッツバーグ・シンシナティ・アンド・セントルイス鉄道、ユニオン・パシフィック鉄道、シカゴ・アンド・ノースウェスタン鉄道、ミシガン・セントラル鉄道でした。

ウェスティングハウスの大気ブレーキが初めて試されて以来、細部に多くの変更が加えられ、数多くの改良が行われましたが、本質的な点は変わっていません。そして、その後他の発明家によって生み出された最良のブレーキは、ウェスティングハウスのアイデアに基づいています。それは、スティーブンソンのロケットの設計を踏襲した様々な種類の機関車がそうであるのと同じです。

大気ブレーキの概要。
自動空気ブレーキは今やアメリカの鉄道業界でほぼ普遍的なものになりつつあるが、ほとんどの機関士は「ストレートエア」という名称で大気圧ブレーキの仕組みをよく知っている。ウェスティングハウス社製のブレーキは、発明当時、機関車に取り付けられた圧縮空気装置で構成されており、圧縮空気は機関車周辺のどこかに固定された鉄製ドラムに蓄えられていた。各車両の下部には、通常のブレーキ装置に接続されたピストンを内蔵したシリンダーがあり、これがブレーキを作動させた。313 ブレーキシリンダーは、機関車のエアドラムと鉄管で繋がれていました。列車の長さが変化する「伸縮」と「圧縮」の影響を受ける車両間の接続は、ゴム製のフレキシブルホースで行われていました。機関士がブレーキをかけたいときは、手元の三方コックから圧縮空気を供給管に送り込みます。この空気は車両の下にあるシリンダーに入り、ピストンを後退させ、ブレーキレバーを引きます。ブレーキを解除するには、空気をパイプから大気中に放出します。

こうして、本来は複雑な作業が、簡単に故障することのない機械によって、簡素な方法で実行された。長い列車のあらゆるブレーキを瞬時に作動させる権限は、機関士の手に委ねられた。危険の兆候が初めて現れると、機関士の手は詩人たちの想像力が想像する魔法の力をはるかに超える力を発揮した。

東部の鉄道会社がいかにしてウェスティングハウスのブレーキから距離を置いてきたか。
ウェスティングハウスのブレーキが一般の支持を得て成長したことは、この国の様々な地域の鉄道会社がそれぞれ異なる進取の気性を持っていたことを示す興味深い事例である。人口密度の高い州では、列車の運行本数が多すぎて粗雑なブレーキと信号のない状態では安全に運行できなかったため、安全性の向上を約束する改良装置を最初に導入したであろうことは当然のことである。しかし、東部諸州の鉄道会社は、数少ない信頼できるブレーキメーカーを擁していたものの、314 例外はあるものの、ウェスティングハウス社のブレーキを後押ししたのは最後だった。そして、世論の影響がもはや無視できなくなった時に初めて採用された。人口のまばらな平原を走る西部の鉄道は、列車の運行が少なく、停車スペースも概して十分だったため、ブレーキの発明者を最初に支援した鉄道の一つだった。

リビア鉄道事故の教訓。
ウェスティングハウスブレーキは、発明後2年間、西部を除いて実用化に向けてゆっくりと進歩しました。マサチューセッツ州では、ボストン近郊でリビア事故が起こるまで、ほとんど知られていませんでした。これは、信号もブレーキもほとんどなく、ごく原始的な装置しか備えていない混雑した道路で起きた事故です。急行列車が客車列車の後部に衝突し、29人が死亡、57人が重傷を負いました。時速25マイルで走行中の急行列車の機関士は、800フィート（約240メートル）離れた地点で客車のテールライトを発見しました。機関士はブレーキを鳴らし、機関車を後進させましたが、列車を止めることはできませんでした。

保守的なマサチューセッツ州全域の鉄道管理者たちは、効率的な連続ブレーキの存在について、強力な啓蒙活動を行いました。リビア号事故は、その教訓を悲惨な形で伝えましたが、信頼性が実証されているブレーキを放棄するわけにはいかないことを鉄道経営者に強く納得させるのに役立ちました。

315

大気ブレーキの弱点。
空気ブレーキは軽量列車であれば最短距離で停止できるため、乗客と車両の安全を確保しながら列車を停止させることが望ましいが、対策が必要な弱点もあった。列車が2両に分かれる事故（特に荒れた線路では頻繁に発生する）の場合、機関士が車両間の隙間を認識せずにブレーキをかけ、列車後部が前部に衝突する危険性があった。ベルロープの破断という合図は、この種の事故につながる傾向があった。直気ブレーキに対するもう一つの反対意見は、脱線や配管やその接続部が破裂するような事故が発生した場合、ブレーキが機能しなくなることだった。これらの弱点は、通常の運行には支障をきたさない。また、稀な事故に対応するために特別な装置を設けることは一般的にあまり考慮されていないため、通常の列車運行の条件を十分に満たしていなければ、このブレーキは実用上十分に完璧なものと見なされていたかもしれない。列車の長さが長くなるにつれて、大気圧ブレーキの効きが遅いことが分かりました。ブレーキをかける必要性が明らかになってから、機関車のドラムから長いパイプと多数のシリンダーに空気を充填する必要があり、ブレーキが効くまでに数秒を要しました。列車に車両を追加するたびに、パイプと充填すべきシリンダーの長さが長くなり、ブレーキをかけるまでの時間が長くなっていきました。316 危険が感知された瞬間、そしてブレーキが減速作用を開始した時間。ほんの数秒の延長かもしれないが、事故が差し迫っている時には、それはおそらく計り知れないほど貴重な瞬間となるだろう。

ウェスティングハウス自動空気ブレーキ。
この弱点を克服するために、ウェスティングハウス社の自動空気ブレーキが発明されました。優れた駅信号機が使用されている地域では、信号機の機構に何らかの事故が発生した場合に危険を知らせる信号機を設計しなければならないという原則が、鉄道当局の間では長年受け入れられてきました。この原理は、ウェスティングハウス社の自動空気ブレーキに実用化されました。ブレーキ装置に何らかの異常が発生すると、自動的にブレーキが作動する傾向があります。パイプが破断すると、ブレーキが突然作動します。各車両には、各車両のブレーキを複数回作動させるのに十分な圧縮空気が供給されています。この新しい仕組みにより、機関士が停止弁のハンドルを回すと、すべての車両のブレーキがほぼ同時に、そして瞬時に作動します。ブレーキはパイプ内の圧力を下げることで作動するため、列車が2両破断したり、空気パイプや連結器が破断したりすると、車両が破断した側に関係なく、すべての車両にブレーキがかかります。それ自体が連続ブレーキの非常に貴重な特徴であり、脱線した場合に車両が互いの破城槌のように作用するのを防ぎます。

自動ブレーキの命を救う価値。
数日ごとに公の印刷物に通知が載る317 自動空気ブレーキの迅速な作動によって、いかに恐ろしい事故が未然に防がれたかが語られています。しかし、このブレーキのおかげで人命と財産の損失を免れた数百件もの危機一髪の事故は記録に残っておらず、列車の運行に携わる従業員だけが知っています。列車運行に精通した人々、自動空気ブレーキによる人命救助を熟知している人々にとって、この装置や類似の装置なしに鉄道が運行できたとは驚きです。自動空気ブレーキがなければ、鉄道は安全に運行できなかったことは明らかです。

ウェスティングハウスの自動空気ブレーキを採用した最初の鉄道会社。
ウェスティングハウス社の自動空気ブレーキの特許は1872年3月に取得されました。翌年の冬、ペンシルバニア鉄道がこのブレーキの試験を行い、その後まもなくフィラデルフィア・アンド・リーディング鉄道会社が旅客列車の標準ブレーキとして採用しました。この会社の事例に続いて、セントルイス・カンザスシティ・アンド・ノーザン鉄道、シカゴ・アンド・アルトン鉄道、トレド・ウォバッシュ・アンド・ウェスタン鉄道、セントルイス・アイアン・マウンテン・アンド・サザン鉄道の各社が数ヶ月以内に旅客列車に自動空気ブレーキを搭載しました。

ウェスティングハウス自動空気ブレーキの必須部品。
ウェスティングハウスの自動空気ブレーキの顕著な特徴は、以下の主要部品から構成されています。機関車に設置された空気ポンプは蒸気シリンダーによって作動し、鉄製のドラムまたはシリンダーに空気を送り込みます。318 機関車デッキの下、または機関車周辺の適切な場所に設置されたリザーバー。空気は、機関車が牽引する列車の種類に応じて必要とされる密度まで圧縮されます。

運転室には、機関士の手元に位置する機関士用ブレーキ弁（通称「三方コック」）が備えられています。この弁は、主ブレーキリザーバーから主ブレーキ管への空気の流れを調節し、補助ブレーキリザーバーに空気を供給する役割を果たします。この弁は、主ブレーキ管から空気を排出することで列車ブレーキをかけ、再び主ブレーキ管に空気圧を戻すことでブレーキを解除します。

メインリザーバーから、メインブレーキパイプが機関士のバルブに接続され、そこから列車に沿ってすべてのブレーキに必要な空気を供給します。

各車両の床下には補助リザーバーが固定されており、ブレーキ作動に必要な空気を蓄えています。そのため、各車両はそれぞれ独自の空気供給装置を搭載しています。

各台車にはブレーキシリンダーが接続されており、その中でピストンが作動してブレーキをかけます。ブレーキレバーはピストンロッドと連結されており、空気圧によってピストンが押し出されるとブレーキが掛かります。

補助リザーバーにはトリプルバルブが取り付けられており、その動作によってエアシリンダーが補助リザーバーに接続されます。

エアポンプ。
空気ブレーキが発明された当時、シリンダー内の蒸気の分配は現代のポンプシリンダーとは異なっていました。蒸気弁は319 二重ピストンで構成され、ヘッドの縁には蒸気の出し入れを行うポートが設けられていました。このバルブは上下に動かず、蒸気シリンダーヘッド上部に設置された小型の補助エンジンからの振動運動を受けます。補助エンジンの動きは、メインピストンロッド内部で作動する逆転ロッド（通称キッカーロッド）によって制御されていました。この蒸気分配機構はやや複雑で、故障しやすいため、現在使用されている差動式蒸気バルブに取って代わられました。

エアポンプの仕組み。

図33a .
図33aでは、蒸気はボイラーのニップル35から流入し、主ピストンバルブ15と16のヘッド間の蒸気空間を満たし、ポンプ作動中はそこに一定の蒸気圧を維持します。主バルブの上側のヘッド面積は下側のヘッド面積よりも大きいため、圧力はバルブを押し上げる方向に作用します。バルブの下降は、主バルブ上部のシリンダー内で作動する独立した片頭ピストンバルブ20によって行われます。反転ロッド12はスライドバルブ13を操作し、第3ピストンへの蒸気の流入と排出を制御します。

彫刻に示されているシリンダーでは、メインバルブが下がっており、蒸気がメインシリンダーの下端に流れ込んでいます。ピストンヘッド16の近くに、上下に2つの小さなポートが見えます。上部のポートは開いており、吸入ポートです。下部のポートは小さなピストンによって閉じられており、蒸気を排出するためのものです。メインピストン7は上昇行程にあり、ピストンバルブ15の上に見える上部の排気ポートは開いていますが、そのすぐ下の蒸気ポートは、反対側の排気ポートと同様にバルブピストンによって閉じられています。メインピストン7が上昇行程の頂点近くに達すると、プレート10は突起に衝突します。322 反転ロッドのノブがスライドバルブ 13 を押し上げます。このスライドバルブの上端が通路aへの蒸気を遮断し、通路bを排気口に開きます。これにより蒸気がピストン 20 から取り除かれ、ピストン 15 が上昇して排気口が閉じ、上部の蒸気口が開きます。同じ動きでピストン 16 も蒸気口が閉じ、排気口が開きます。ピストン 7 は下降を開始し、シリンダーの底近くに達したときに、プレート 10 が反転ロッドの端にあるノブをつかみ、スライドバルブ 13 を図の位置まで引き下げます。次に蒸気が通路aを流れ、ピストン 20 がメインバルブを押し下げます。これで蒸気シリンダー内での動作の循環が完了します。

エアエンドの動作方法。

図33b .
ポンプの空気部分の動作は非常に単純です。蒸気シリンダーのピストンと同じロッド上にあるメインピストン（図33b ）が上昇する間、シリンダー上端の空気は排出バルブ32の下まで押し出され、適切な通路を通ってメインリザーバーへと排出されます。同時に、シリンダー下端は下部の受入バルブ34から吸い込まれた空気で満たされます。ピストンの下降ストローク中、空気はバルブ33から送り出され、シリンダー上部は上部のバルブ34から吸い込まれた空気で満たされます。

エアポンプ障害。
原理を理解していないエンジニア323 機関車の運行を熟知している人は、有能な機関車整備士とはなり得ない。太陽のように規則正しく列車を走らせることに最も成功している人、燃料と潤滑油の節約で走行距離表に最も良い記録を残している人、修理を最小限に抑えながらも機関車を最も長く走らせている人――こうした人は、機関車の各部の機能と、それぞれの部品が互いにどのような関係にあるかを理解している。こうした知識が機関車の心にしっかりと根付いていれば、機関車のあらゆる不具合を察知する能力は本能的なものとなる。放置すれば深刻な故障につながるような些細な欠陥も、やがて直され、機関車全体は個々の部品の調和によって円滑な作動状態に維持される。単なる機関車の停止係と始動係は、機関車の運行を支えきれなくなっている。機関車が完全に停止すれば、私たちが費やした1ドルあたりの走行距離は明らかに増加するだろう。

機関車の運転に適用される原則は、空気ブレーキとその完璧な接続の管理にも同様に当てはまります。この装置を操作する人がその動作についてある程度の知識を持っていなければ、適切に管理することはできません。

些細な困難が無知なエンジニアを打ち負かす。
旅客列車を運転し、機関車の仕組みに深い関心を持ち、その技術的側面を熟知している多くの機関士は、空気ブレーキについては全く理解しようとせず、列車が止まる限りその動作に満足している。空気ポンプは、その動作を理解する者にとっては驚くほど興味深いものであるが、324 必要な空気圧を維持し、稼働させるために必要な以上の注意は払われない。彼らは機械の始動と停止の方法を知っており、定期的にオイルを差すが、それだけが彼らの注意の限界である。もしポンプが止まってしまったら、他の多くの謎と同様に、原因は謎に包まれている。そこで提案される自然な解決策は、モンキーレンチでポンプの頭を叩くことだ。この処置でポンプが再び作動しない場合は、残りの行程はハンドブレーキに頼ることになる。そして、機関庫の親方か機械工が、故障箇所を特定するための頭の作業を行わなければならない。

主に手を使って働く人々の間では、怠惰はもっぱら肉体的なものだという考えが広まっている。これは誤りだ。精神的な怠惰が人類の半数の精神を矮小化させるほど蔓延していることは、形而上学者にもよく知られている心理学的事実である。余暇の半分を喜んで手を使って働き、エンジンを適切な状態に保つような人間が、新たな道筋で取るに足らない労働を強いられるのは、恐怖や嫉妬に駆り立てられた時だけである。

ブレーキが作動しなくなる原因は、多くの場合簡単に解決できます。
普通の知能を持つ技術者であれば、ウェスティングハウスの取扱説明書を2週間かけて1日1時間勉強すれば、ポンプから列車の後部に至るまでブレーキを非常によく理解し、その動作に何らかの欠陥が生じても、機関車の通常の欠陥と同じくらい容易に見つけることができるだろう。しかし、人々にそれを理解させるのは非常に難しい。325 旅客機関車を走らせ、この取るに足らない頭脳労働をさせる。その結果、ブレーキが効かなくなる原因は些細なもので、報告するのも恥ずかしいほどだ。モグラ塚がいかに小さな山になったかさえ理解しさえすれば、彼らは恥ずかしくなるだろう。私が知っているある事例では、機関士、機関助手、車掌、荷物係、ブレーキ係など、機関士全員が三連バルブをめぐって20分間格闘し、車両の空気を遮断する方法を見つけようとした。そして群衆が一掃されたとき、黒人のポーターがやって来て、やり方を見せてくれた。これは、通常、直通の空気が使われる路線での出来事だった。数年前の冬のある日、私が勤務していた路線の旅客列車が駅で何かを待って1時間以上遅延した。機関士が空気ポンプを始動させようとしたが、動かなかった。機関士は激怒し、15分間も手探りで作業し、銅槌薬をたっぷりと投与し、オイルをたっぷりと注入したが、すべて無駄だった。一ポンドも空気を送り出せなかったので、旧式のアームストロング機関車が投入されました。途中、この列車は本部の機関庫を通過する必要があり、機関士はポンプの修理が必要かどうか調べるために停車しました。たまたま私が診察を受けることになりました。ポンプが動かなくなった経緯を詳しく調べ、油っぽい廃棄物に火をつけ、エアドラムの逆止弁に火を当てました。するとポンプはすぐに動き始めました。問題は、逆止弁が弁座で固まってしまったことだったのです。私はあの機関士を気の毒に思いました。彼は、こんな小さなトラブルに困惑して、ひどく恥じらい、落胆しているように見えたのです。

326

エアポンプのお手入れ。
エアポンプを正常に動作させるには、まず第一に、賢明な管理と定期的なメンテナンスが必要です。エアポンプは多数の可動部品で構成されており、摩擦を最小限に抑えて動作させる必要があります。したがって、機械に適切な潤滑を施すことが重要です。10分間グリースをたっぷり塗布した後、余剰分で2時間運転するのではなく、可動部品を常に湿潤状態に保つために、少量のきれいなオイルを塗布します。これを実現するには、オイルカップを適切な状態に保ち、オイルが定期的に供給されなければなりません。エアポンプの性能が不十分になる主な原因は、オイルカップへのオイル供給が断続的であることを発見しました。オイルカップに汚れが入り込み、動作を妨げます。そのため、オイルを供給しようとカップを大きく開けると、オイルが痙攣してカップを通過し、ポンプの動作が不規則になります。蒸気ピストンがオイルを攪拌しているときと、オイルが空になったときが交互に繰り返されるからです。ポンプに何か不具合が起きると、オイル缶を乱用する人がいます。中には、スムーズに動くだろうと期待して、オイル缶にオイルをたっぷりと注ぎ込む人もいます。この方法では、特に鉱物物質が懸濁していることが多い粗悪なオイルを使用すると、永久的な損傷が生じることがよくあります。この固形物は熱によってオイルから分離し、小さな通路に沈殿して徐々に詰まり、最終的には蒸気が通過して蒸気弁を逆転させる経路がなくなり、ポンプが停止します。かつて私は、故障したポンプを修理しようと、粘着性の高いゴム状のバルブオイルをエアシリンダーに注ぎ込むランナーを見ました。彼はポンプを徹底的に修理しました。327 他の下手な医者が患者に時々するように、静かにしてください。

ポンプパッキン。
スタッフィングボックスのパッキンは、一般的にエアポンプの動作に大きな影響を与えるとは考えられていません。しかし、不適切なパッキンが原因でポンプの動作が不規則になり、深刻な空気漏れが発生した事例を目にしたことがあります。石鹸石やアスベストなど、冷えると圧縮されて硬くなる物質は、ポンプのエアエンドのパッキンには適していません。しばらく使用すると、この種の物質は非常に硬くなり、グランドをいくらねじ込んでもしっかりと締まらなくなります。そのため、ポンプのエアエンドの空気の大部分は、ドラムに流れ込む代わりに、スタッフィングボックスから漏れてしまいます。

蒸気通路が詰まる仕組み。
小型の逆転ピストン20が作動するシリンダーのブッシングの周りには、小さな蒸気通路があり、異物をシリンダーに通そうとすると詰まってしまう可能性が非常に高い。こうした異物は様々な方法で侵入することがある。シリンダーへの配管接続部にゴム製のガスケットが使用されている場合、ゴムが剥がれたり、小さな破片になって通路内のブッシングの周りに詰まったりして、不快な不具合を引き起こすことがよくある。通路が塞がれたり、適正サイズより小さくなったりすると、ポンプはすぐに不調に陥る。エアポンプの故障の謎めいた仕組みに精通していない機械工は、ポンプを分解しても何も問題が見つからないだろう。その後の作業は、328 仕事に携わる人の性質によって大きく左右される。機械工が保守的な性格であれば、装置を一切変更せずに元通りに組み立て直し、おそらく技師は空気ポンプの調子が良いかどうか分からないだろうと言い訳して安心するだろう。一方、より進取的な性格の機械工は、何かを変える必要があると考え、逆流防止弁ロッド12を長くしたり短くしたり（これは知識の浅い修理屋の常套手段である）、ポンプにとどめを刺す。そして、再び空気を供給して列車を停止させる前に、有能な機械工によるオーバーホールが必要となる。この有能な機械工は、問題の根本原因に直接対処する。この特定の仕事における熟練した技術者は、検査の結果、可動部に修理の必要がないことを確信する。そして、経験から得た知識と健全な感覚が、故障の原因をどこを探すべきかを彼に教えてくれる。

エアポンプの修理には賢明さが必要です。
エアポンプの修理に成功し、ポンプの動作から故障の原因を特定するには、深く賢明な思考を駆使する必要があります。故障自体は単純なものであっても、予期せぬ順序で発生するため、その原因を特定するのが極めて困難な場合があります。

実例を挙げましょう。ある日、調子がいまいちだったポンプの蒸気シリンダーにちょっとした修理をしました。組み立てて始動させようとしたところ、ポンプは全く動きませんでした。この作業をした機械工は、この仕事に非常に長けており、機械を修理に出すことにしました。329 もう一度分解したが、欠陥や調整不良は見つからなかった。蒸気シリンダーは、すべてのバルブ、ロッド、ブッシングとともに厳密に検査された。空気ポンプは、すべての接続部とともに徹底的に検査されたが、無駄だった。普通の人が、この種の検査に必要な忍耐強く思慮深い労力を調べて何も問題が見つからない場合、落胆し、自分は打ちのめされたことを認めがちである。この男性は、打ちのめされたという言葉が自分の仕事に当てはまるとは思っていなかった。彼は、「このポンプは、問題がなければ動くはずだ。動かないということは、何かが間違っているに違いない」と推論した。さらに忍耐強く粘り強く作業した後、彼は、逆転バルブ（通常、キックロッドバルブと呼ばれる）のブッシング 23 が緩んでおり、キャップを締めるとブッシングが回転して、蒸気を逆転ピストンに導く通路が閉じていることを発見した。小さな蒸気通路の側面には、ブッシングが少し動くように小さな溝が設けられていますが、これらの溝は詰まってしまい、ポートを開いたままにするという目的を果たせなくなっていました。

エアポンプの徐々に劣化します。
空気ポンプのシリンダー内の作動部品と固定部品は、非常に正確に調整されています。これらの部品が正常な状態であれば、ポンプはスムーズに作動し、空気を急速に圧縮します。摩耗やその他の原因でこれらの部品の寸法が変化すると、その影響はすぐに現れ、機械全体の動作に不具合が生じます。ロッドは、バルブやピストンが蒸気通路を開閉するように調整されており、余分な動きはありません。330 蒸気通路は非常に狭いため、蒸気のすべてが逆流の作業に必要となります。何らかの原因でバルブまたはピストンが開口部を部分的にしか開けていない場合、必要な量の蒸気が通過しません。ポンプの動作を注意深く観察すると、摩耗による劣化が日々進行していくのが分かります。蒸気シリンダー接続部の摩耗は、通常、出力の低下として現れます。ポンプは十分な性能を発揮できず、空気圧を維持するのが困難になります。この劣化は、修理によって劣化を食い止めない限り、ポンプが停止するまで続きます。空気ポンプのバルブが良好な状態であれば、吐出バルブ32と33の揚程は1/16インチ、吸入バルブ34の揚程は1/8インチです。これらのバルブがシートに継続的に叩きつけられると、バルブとシートが摩耗し、揚程が望ましい値よりも大きくなる傾向があります。吐出弁の揚程が大幅に増加すると、特に吸入弁に漏れがある場合は、ポンプの動作に極めて有害な影響を及ぼします。ピストンの動きが不安定になり、頻繁に停止するようになります。ピストンの上下運動はぎくしゃくした感じで、見ている人はポンプがどちらの方向に動くべきか確信が持てないように感じます。しかし、空気弁の劣化だけが、不調なポンプでよく見られるぎくしゃくした動きの原因ではありません。曲がった逆止弁ステム（キッカーロッド）は、逆止弁に斜めの引力と推力を与え、弁座から外れて蒸気が逆方向に流れる傾向があります。破損した主蒸気弁リングも同様の影響を及ぼします。蒸気が弁の逆端に流れ、弁が破損するからです。331 平衡状態にあり、その反転、あるいは反転後の動きに決定的な要素は何もありません。その動きは、優柔不断な人間の動きに似ています。その方向へ進みたくないのに進み、その後、残りの行程の間ずっと考えを変えようとし続けます。蒸気通路が閉塞すると、ポンプが完全に停止するほど悪化する前に、優柔不断な動きを引き起こすことがあります。

ポンプを動かす原因。
ヘッドへの衝撃音は、劣化したエアポンプによく見られる症状です。破損またはひどく摩耗したエアバルブは、ポンプの衝撃音の原因となることがよくあります。上部エアバルブに問題がある場合、上部ヘッドへの衝撃音でその異常が示されます。また、下部バルブの不具合は、下部ヘッドへの衝撃音を引き起こします。ポンプの動作が不安定になったり、衝撃音が発生したりして、技術者がどこに問題があるのか確信が持てない場合、エアバルブの状態を調べるのが安全です。エアバルブは簡単にアクセスできるため、多くの場合、そこに欠陥が見つかります。メインバルブロッドの底部が固定されているピン、またはロッド自体の摩耗は、メインピストンによる上部ヘッドへの衝撃音を引き起こします。蒸気シリンダーのドレンコックを常に開いたままにしておくことで、乾燥蒸気を確保できると考える人もいます。この習慣は有害であり、ポンプに悪影響を及ぼします。なぜなら、ドレンコックが閉じているときピストンが受けるクッションが非常に少ないため、コックが常時開いているときに生じる減少を許容できないためです。その結果、クッションが失われ、下部ヘッドが叩かれることになります。

私は、悲惨な結果が生み出されていることを知っています332 ポンプの上部ヘッドに新しいガスケットを取り付けたのですが、厚すぎました。入手できた中で最も薄い銅板でしたが、シリンダーの上端が目に見えて長くなり、リバースステムの下部ノブがメインピストンのリバースプレートに、作動する前に当たってしまいました。エアポンプの調子が悪いという報告を何度か受けましたが、原因は空気と一緒に吸い込まれた浮遊植物質がメッシュを通過できずにエアストレーナーの一部に詰まっていたことだけでした。また別のケースでは、ポンプが全く動かず、欠陥箇所の特定に苦労しました。ボイラー製造業者が煙室で作業していたのですが、何らかの理由で排気管の先端が燃え殻で固く詰まってしまったのです。誰もそのような詰まりの原因に遭遇したことがなかったので、ポンプから排気管を取り外すことを思いつく前に、原因の特定にかなりの労力を費やしました。

トリプルバルブ。
この部品を操作することでブレーキが自動的に作動します。この形式のブレーキに反対する人々は、トリプルバルブの複雑さに強い異議を唱えてきました。しかし、この装置を少し理解してみれば、その機能を考えると、決して複雑なものではないことがわかります。ピストンバルブとスライドバルブが一体になっただけのシンプルなものです。

トリプルバルブの部品の配置を図34に示します。

図34.
トリプルバルブにはピストン5があり、334空気は主管から四方コック13を通ってドレンカップAに入り、チャンバーBに流れ込み、ピストンを押し上げます。チャンバー上部の小さな供給溝が露出し、そこから空気がピストンを通過して補助リザーバーに流れ込みます。同時に、通路d、e、f、gを介してブレーキシリンダーから大気圏に連通しています。補助リザーバーの圧力が主ブレーキ管と同じになるまで、空気は補助リザーバーに流れ続けます。

トリプルバルブの作用。
ブレーキを最大限効かせるには、補助リザーバ内の高圧によってピストン5が供給溝の下まで押し下げられ、リザーバからブレーキ管への空気の逆流が防止されると同時に、主ブレーキ管内の圧縮空気が排出されます。ピストンが下降すると、スライドバルブ6も連動して動き、補助リザーバからブレーキシリンダへ空気が直接流入します。これによりピストンが押し出され、ブレーキが作動します。ブレーキは、主リザーバから主ブレーキ管へ再び圧力が流入することで解除されます。この圧力は補助リザーバの圧力よりも高いため、ピストン5は図に示す位置まで押し戻され、リザーバが再充填されると同時に、ブレーキシリンダ内の空気が排出されます。

ブレーキを軽くかけるには、メインブレーキパイプの圧力をわずかに下げ、ピストンをゆっくりと下げて、目盛り付きスプリング9で停止させます。この時点で、335 スライドバルブはポートfの反対側にあり、補助リザーバからの空気がスライドバルブの側面にある穴を通って開口部lからブレーキシリンダに送られます。通路lは、ピストン 5 に取り付けられ、ピストン 5 と共に移動する小さなバルブ 7 によって開閉されます。バルブ 6 を動かさずにこれらの部品を限定的に動かすための措置が講じられています。補助リザーバ内の圧力がブレーキシリンダ内に膨張して主ブレーキ管内の圧力と同じになるまで低下すると、段階的スプリングがピストンを押し上げ、小さなバルブ 7 が供給開口部lを閉じます。これにより、ブレーキシリンダ内の圧力が保持され、ブレーキ管内の圧力低下に比例した力でブレーキが作動します。

ブレーキのクリープオンを防止します。
ブレーキパイプの漏れによるわずかな圧力低下でブレーキが効かなくなるのを防ぐため、シリンダー本体に半円形の溝が切られています。この溝は幅9/64インチ、深さ5/64インチで、ピストンが溝をパッキングレザーで覆うまでに3インチ移動する必要があります。漏れなどによって三連バルブからシリンダー内に少量の空気が入ると、ピストンはわずかに前進しますが、溝を塞ぐほどにはならず、空気はピストンを通過して流れ出てしまいます。しかし、通常の方法でブレーキをかけると、わずかな漏れがあるにもかかわらず、ピストンは前進し、溝を覆います。この溝の長さは3インチであることが非常に重要です。336 面積は上記の寸法を超えてはならない。これまでは漏れ弁と漏れ穴が使用されてきたが、これらの漏れ穴は動作が不安定であることが判明したため、これらの穴を塞ぎ、シリンダーの溝をできるだけ早く交換することが推奨される。

四方コック13のハンドルを下げると、主ブレーキ管からブレーキシリンダーへ直接接続され、三方弁と補助リザーバーが遮断されます。この装置は、主ブレーキ管とブレーキシリンダーに空気を送り込んでブレーキをかける非自動ブレーキとして作動させることができます。何らかの理由で特定の車両のブレーキを停止する必要がある場合は、四方コックを中間位置に回してブレーキシリンダーとリザーバーを遮断し、主ブレーキ管を遮断せずに残りの車両に空気を供給します。

排水カップAは蓄積した水分を集め、下部のナットを緩めることによって排水します。

ブレーキのかけ方と解除方法。
すでに説明したように、ブレーキはブレーキパイプ内の圧力が急激に低下したときに作動し、圧力が回復すると解除されます。

蒸気圧が低下したり、ポンプが停止したり、1台以上の車両が停止しているときにパイプの一部に漏れが発生したりして、空気圧がゆっくりと低下することがあるということを、すべてのエンジニアが心に留めておくことは非常に重要です。337 切り替えの目的で取り外す必要があり、その結果、各シリンダーにすでに述べた漏れ溝を設けることが絶対に必要であることが判明しました。漏れ溝により、ピストンを動かさずにわずかな圧力を逃がすことができ、上記のいずれかの原因で圧力が徐々に低下したときにブレーキが作動するのを防ぎます。

ブレーキが誤って作動することに対するこの対策を考慮に入れる必要があります。そうしないと、ブレーキパイプから空気が非常にゆっくりと排出されるため、かなりの漏れが発生し、一部の車両の下の空気が無駄になり、意図したとおりにブレーキがまったく作動しないという事態が発生することがあります。

したがって、まず十分な量の空気を十分な速さで排出し、すべての漏れ溝を閉じることが非常に重要です。漏れ溝はブレーキが解除されるまで閉じられたままです。漏れ溝を閉じるためのブレーキパイプの減圧は、いかなる場合でも4～5ポンド未満にしてはいけません。この減圧によりすべてのピストンが押し出され、ブレーキシューが車輪にわずかに接触するようになります。この最初の減圧後、状況に応じて圧力を下げることができます。

長い列車では、三方コックを突然開き、次に素早く閉じると、ゲージで示されるブレーキパイプ内の圧力が機関車で突然大幅に低下し、その後、列車後方から来る空気圧によって圧力が上昇します。したがって、三方コックを常にゆっくりと閉じ、ゲージで示される圧力が増加しないようにすることが重要です。338 さもなければ、機関車と炭水車のブレーキ、そして場合によっては先頭の1両か2両のブレーキが、本来はオンのままでいなければならないのに外れてしまいます。同様に、ブレーキをかけている間は、三方コックを、メインリザーバーからの漏れによってブレーキ管の圧力が上昇しない位置に維持することが非常に重要です。ブレーキ管の圧力が少しでも上昇すると、ブレーキが外れてしまうからです。

長い下り勾配では、列車の速度を制御しつつ、良好な作動圧力を維持することが重要です。これは、ポンプを適切な速度で運転することで容易に実現できます。こうすることで、ブレーキ作動中にメインリザーバーに高圧が蓄積されます。ブレーキをしばらく使用した後、圧力が60ポンドまで低下したら、速度が最大許容値に達する前に、列車のパイプとリザーバーに可能な限り充填する必要があります。充填直前に列車の速度を大幅に減速し、勾配の変化を利用することで、充填時間をより長く確保できます。

メインリザーバーには安全弁や漏れがあってはなりません。そうでないと、急速な再充填に必要な余剰圧力が得られません。

ブレーキを確実に解除するには、メインリザーバーの圧力をメインパイプの圧力よりも高くすることが重要です。機関士がブレーキの一部が効いていないと感じた場合は、三方コックのハンドルをメインリザーバーを閉める程度まで回し、さらに15～20ポンド（約6.5～8kg）の圧力を加えるのが最善です。これにより、すべてのブレーキが確実に解除されます。これらの作業は、列車が走行している間に行うことができます。

通常の停車駅では、飛行機の利用を非常に経済的に339 まず第一に、駅から十分な距離を置いてから始めるように注意しながら、列車が高速で走行している間に 8 ～ 12 ポンドの圧力を放出することで効果を発揮します。

ポンプガバナー。
これはすべての空気ブレーキポンプに接続する必要がある重要なアタッチメントです。機関士が過剰な空気圧をかけて車輪の滑りを引き起こすのを防ぐだけでなく、ブレーキ作動中にメインリザーバーに過剰な空気圧を蓄積することで、ブレーキの迅速な解除を保証します。また、ポンプの速度を制限し、結果として摩耗も抑制します。

図34b .
ポンプ調速機は図 34 bに示されており、その目的は、蒸気管内の空気圧が一定の限度、たとえば 70 ポンドを超えたときに、ポンプへの蒸気の供給を自動的に遮断することです。

この調速機の動作は次の通りです。ホイール8がねじ込まれ、弁10の上部に過剰な圧力が加わることで弁座が開き、蒸気が開口部AとBを通ってポンプへと流れます。蒸気管から調速機の上部に接続され、圧縮空気がステム14を迂回してダイヤフラムプレート18の上部へと流れます。ダイヤフラムプレート18はスプリング16によって所定の位置に保持されており、スプリング16はダイヤフラムにかかる圧力、例えば70ポンド/平方インチに耐えられるだけの強度を備えています。ダイヤフラム18にかかる空気圧がこの圧力を超えると、340 ダイヤフラムを押し下げてバルブ 13 を開放し、バルブ 10 の上部にある蒸気を排気口 6 から逃がします。これにより、バルブ 10 の下部に過剰な蒸気圧が発生し、バルブがシートに押し付けられ、ポンプへの蒸気の供給が遮断されます。

ブレーキをかけることで蒸気管内の圧力が減少すると、ダイヤフラムはスプリング 16 の作用によって示された位置に戻ります。バルブ 13 はスプリング 12 によって固定され、ポートCを通過する蒸気圧がバルブ 10 の上部に蓄積されてバルブを押し下げ、空気圧が再び必要な限度の 70 ポンドまで回復するまで、ポンプへの蒸気の通路を開きます。

341

第25章
イームズ真空ブレーキ。
ブレーキの操作。
真空ブレーキは、その名の通り、空気ブレーキのシリンダー部分として機能する接続部に形成される真空を利用して作動します。空気ブレーキでは、圧縮空気がブレーキレバーが取り付けられたピストンを動かすことでブレーキをかけます。この空気は鉄管とゴムホースによって列車全体に送られます。真空ブレーキも同様の接続部で同様の方法で動作しますが、圧縮空気をパイプや装置内に強制的に送り込むのではなく、すべての空気を排出し、大気圧を利用してブレーキをかけます。

横隔膜。

図35.
図35に示すように、列車の各車両の下部には、シリンダーとピストンの機能を兼ねたダイヤフラムがしっかりと固定されています。ダイヤフラムは、やかん型の鋳物で、口にはゴム製の重いアヒルの円盤が固定されています。円盤の中央には鉄板が設けられ、その中央をアイボルトが貫通して、シリンダーとの接続を形成します。342 ブレーキレバー。ダイヤフラムの内側は列車に沿って延びるパイプに接続されており、その先端は機関車のエジェクターに接続されている。

エジェクター。

図36.
図36では、切込み内のエジェクターの位置が明確に示されています。デッキの下にはダイヤフラムも見えており、運転席ブレーキを操作する際に使用されます。エジェクターは水インジェクターと同じ原理で動作しますが、水ではなく空気を吸い上げるために使用されます。インジェクターの断面を図36に示します。機関士がブレーキをかけたい場合、ハンドル41（切込みで破断）を引きます。これによりバルブB49が開き、エジェクター本体A1に蒸気が入ります。蒸気はチューブ5の端を上方に流れ、速度が加速されます。344 蒸気は、管の上部に残された狭窄部を通過する際に、管3と6を通過する際に、中空の底を持つ柱状に噴出する。この底部は、トレイン側の配管およびダイヤフラムに接続された管5によって形成される。このような条件下で蒸気が排出されると、管5に電流が流れ、バルブB7が引き上げられ、配管およびダイヤフラム内の空気が吸い出される。ダイヤフラム内に真空が形成されると、大気がフレキシブルな端部を互いに押し付ける。この圧縮傾向はブレーキロッド接続部によって抑制され、ブレーキロッドはダイヤフラム上の大気圧に等しい引力を受ける。ブレーキレバーは、ブレーキを効果的に作動させるために、ブレーキシューに適切な張力を伝えるように配置されている。エジェクター前面に設置された真空ゲージにより、機関士は必要に応じて出力を調整することができる。ブレーキはレバー24を押すことで解除され、バルブ8が開き、ブレーキ管内に空気が流入する。リリースバルブアタッチメントは、ハンドルを横切る垂直断面であり、図示の便宜上別々に配置されています。

ブレーキのケア。
エジェクターのバルブB7は、時折研磨が必要です。リフト量が大きすぎると、バルブがシートを叩き壊してしまいます。パイプを通して廃棄物やその他の繊維状の不純物が吸い込まれると、このバルブに詰まり、シートから外れてしまうことがあります。このバルブには、キャップO4を外すだけで簡単にアクセスできます。蒸気バルブB49にも、ほぼ同様のメンテナンスが必要です。345 他の蒸気弁と同様に、その故障は性質が似ています。蒸気の流れを遮断し、通過する蒸気の速度を上げるために使用されるチューブ5の上部の肩部は、高速で移動する蒸気の衝突によって溝に切り込まれてしまうことがあります。これによりエジェクターの作動速度が低下しますが、これは非常にゆっくりと進行する劣化の一種です。ドリップバルブA とB16を常に良好な状態に保つように注意する必要があります。そうしないと、エジェクターから水が噴き出したり、冬季にエンジンが低温になる場所に設置されている場合は凍結したりする可能性があります。

346

第26章
機関車の力と列車の抵抗。
機関車のパワーを計算します。
機関車の能力は一般的に馬力で表されます。これは測定可能な量ですが、いくつかの理由から、この出力表示法は機関車にはあまり適用されていません。鉄道員は、機関車のシリンダーサイズ、動輪の直径、ボイラーの寸法などを聞くと、その機関車がどのような用途に適しており、どの程度の列車を牽引できるかを理解し、設計などの目的のために、機関車が実行できる仕事をある程度正確に推定する必要があることが分かり、機関車がレールに及ぼす牽引力によって機関車の出力を計算するのが一般的になっています。

接着力と牽引力の比率。
牽引力とは、機関車のピストンが動輪を通して発揮する力であり、機関車と列車を動かす力です。機関車の牽引効率は、車輪とレールの粘着力に依存します。粘着力が不十分な場合、ピストンは車輪を滑らせ、列車は動かなくなります。347 有益な効果が得られるだろう。一般的なアメリカの機関車の車輪が乾いたレール上で滑らないようにするためには、駆動装置にかかる重量は、車輪を滑らせるためにピストンが発揮する力の約 5 倍でなければならない。濡れた、洗浄されていないレール上で滑らないようにするには、上記重量の 2 倍以上が必要になるだろう。実際には、機関車には、油で汚れたレール上で車輪が滑るのを防ぐのに十分な重量は与えられていない。砂場は、レールの状態が悪い場合に粘着力を得る手段を提供する。一般的な方法は、車輪を滑らせるのに発揮される力の約 6 倍に相当する重量を駆動装置にかけることであり、これにより、濡れたレールに対してわずかな余裕が残される。多くの機関車は、乾いたレール上で車輪を滑らせるのに十分な出力を持っているが、そのような機関車は一般にボイラーがシリンダーに対して小さすぎるか、駆動装置にかかる重量の配分が悪くなる。

牽引力を推定します。
機関車の牽引力を計算する最も簡単な方法は、パムブールが最初に提唱した次の簡単な公式を使用することです。

d 2 Lp
T = —————.
D

d = シリンダーの直径（インチ）。

L = ストロークの長さ（インチ）。

D = 駆動輪の直径（インチ）。

p = ピストンにかかる有効平均圧力（ポンド/平方インチ）。

T = レール上の等価牽引力（ポンド単位）。

これを分かりやすく言うと、直径の2乗となる。348 ピストンの長さ（インチ）をストロークの長さ（インチ）で乗じ、平方インチあたりの蒸気の平均圧力を乗じて、ドライバーの直径（インチ）で割ります。

標準的なブキャナン旅客用エンジンの場合に計算を適用します。シリンダーは17インチ×24インチ、駆動部の直径は68インチ、ピストンにかかる有効圧力は約80ポンドです。問題は次のように解かれます。

 17   シリンダーの直径インチ。
 17
 ——
 289  = 直径の二乗。
 24   ピストンのストローク（インチ）。
 ——
 6936
 80   平方インチあたりのポンド数。
 ———

ドライバーの直径、68） 554880 （8160
これにより、駆動装置を回転させるために加えられた圧力は8,160ポンドとなり、これは事実に近い近似値として受け入れられるだろう。この式を用いる際に、商を片方のシリンダーの出力と見なしてしまうという誤りがしばしば犯されるが、実際には両方のシリンダーの出力を表すことになる。

機関車の牽引力を計算する方法として、当社の技術者が広く採用しているのは、駆動体が1回転するごとに機関車が行っている仕事量（フィートポンド）を求めることです。この合計値を駆動体の円周（フィート）で割ることで、機関車が1フィート動かすごとに発生する力が求められます。同じ機関車では、ピストンは17インチです。349 直径は226.98平方インチで、面積は226.98平方インチです。これに蒸気の平均有効圧力を掛けると、4フィートのストローク全体を通して各ピストンに226.98 × 80 = 18158.4ポンドの圧力がかかります。

18158.4
2 ピストン。
————
36316.8
4 ストロークのフィート。
————
145267.2
これらの数字は、円周が 17.8024 である車輪が 1 回転するごとに 145267.2 フィートポンドが作用していることを示しています。つまり、145267 ÷ 17.8024 = 8160 となり、これが動かされる 1 フィートごとに作用するポンド数となります。

牽引力を求める別の方法として、回転力と、それが機関車の車輪に及ぼすてこの作用を計算する方法があります。ピストンにかかる蒸気圧力は、クランク軸に2つの力を発生させます。クランクが死点にある場合、クランクピンにかかる圧力は軸を軸箱に押し付けますが、回転力は発生しません。しかし、クランクピンが四分の一角にある場合、クランクのてこの作用力を最大限に活用して回転させることができます。クランクが中心から離れるにつれて、てこの作用力は徐々に増大します。クランクが1回転する間にクランクピンにかかる平均力は、ピストンの力に対して0.6366対1となります。

さて、機関車の牽引力を求めるには、クランクの長さ（12インチ）に0.6366を掛けます。すると、ピストンから一定の圧力を受けるクランクの長さは7.64になります。350 蒸気圧はピストン1個あたり18158.4ポンドであることが既に分かっています。これに7.64を掛け、その積を車輪の半径（34インチ）で割ると商は4080となり、これがエンジンの片側にかかる動力です。これに2を掛けると8160ポンドとなり、これは他の2つの方法で求めた値と同じです。

機関車の馬力。
機関車の馬力を知りたい場合、通常は指示計を用いて線図から計算します。また、他の機関車と同じように機関車の馬力を計算する人もいます。この方法を用いると、牽引力を調べている機関車の馬力は次のように計算できます。

226.98 ピストン面積は平方インチ。
80 ポンドとは圧力を意味します。
———
18158.4 ピストン圧力。
4 ピストンが1回転するごとに1フィート移動します。
———
72633.6
2 シリンダー。
————
145267.2
145 毎分回転数。
————
20063944 時速 30 マイルで走行する場合、÷ 33000 = 608 馬力となります。
これらの計算では摩擦損失は考慮されていません。

1馬力は、1分間に33,000ポンドを1フィートの高さまで持ち上げる仕事量に相当します。1ポンドを33,000フィートの高さまで持ち上げる、つまり330ポンドを持ち上げます。351 100フィートの高さのものを持ち上げる場合、同じ効果が得られます。1馬力は通常33,000フィートポンドと呼ばれます。この国の技術者は常に仕事をフィートポンドで計算します。つまり、何ポンドの仕事を何フィート持ち上げるかということです。原動機の能力を示すには、一定時間内に持ち上げられる仕事量（フィートポンド）を明記する必要があります。この仕事は、何も垂直に持ち上げずに行われることが多いですが、ここで示される力は、明記された時間内に同等の重量を持ち上げる能力を意味します。

列車抵抗の公式。
機関車が列車を牽引する際に行う仕事は、車輪の摩擦、勾配、曲線、大気圧または風圧による抵抗を克服するために費やされます。あらゆる列車抵抗を計算する公式が提唱されていますが、アメリカの鉄道列車には全く当てはまりません。この種の公式で最もよく知られているのは、D. K. Clark が著書「Railway Machinery」で示したものです。1 つの計算で、その数値がアメリカの鉄道列車の抵抗に当てはまった場合、いかに誤解を招くかがわかります。Clark の公式によれば、水平直線路を時速 50 マイルで走行する旅客列車の 1 トンあたりの総抵抗は 22.6 ポンドです。P. H. Dudley 教授は、自身のダイナグラフ車による正確な記録から、時速 51 マイルで走行する急行列車の総抵抗が 11 ポンドであることを突き止めました。抵抗はさまざまな条件下で非常に異なるため、インジケータまたはダイナモメータによるテストを行わない限り、機関車が行う作業について、大まかな近似値以上のものを計算することはできません。

352

エリー鉄道における列車抵抗の実験。
1881 年にエリー鉄道の貨物列車で行われた実験が F. M. ワイルダー氏によって鉄道マスター技師協会に報告され、それによると、水平な線路上で時速 20 マイル以下の速度で走行している場合、総抵抗は 1 トン当たり 3.25 ～ 4.5 ポンドであることが分かりました。これらの数値は、夏季の車輪と軸の摩擦による抵抗をほぼ表しますが、車軸箱内の油が凍結する寒冷期にはこの抵抗は高くなります。線路の状態が悪いと車輪の抵抗が大きくなる傾向があり、台車や車輪の構造が不適切だと列車を動かすのにより多くの動力が必要になります。台車に欠陥があり、車輪が平行面で回転しない場合は、車輪のフランジがレールに擦れて抵抗が大きくなります。円形でない車輪、わずかでも車軸が中心からずれている車輪、同じ車軸に異なるサイズの車輪が取り付けられている車輪などです。そして、その他数多くの自動車とトラックの障害が、列車の急な動きに寄与しているのです。

列車の抵抗が増加する条件。
穏やかな日には、時速20マイル以下の速度では大気抵抗はごくわずかです。しかし、高速列車にとって、大気抵抗は大きな障害となります。大気は列車に様々な形で作用しますが、その正確な計算は困難です。例えば、機関車に対する頭部抵抗は、機関車と運転室前面の露出面積（平方フィート）に速度による気圧を乗じたものと推定されます。また、車両の様々な部分には空気が当たる面があり、空気抵抗を増加させます。353 抵抗；客車の高く突き出た屋根は、風が列車を受け止めるのに十分な面積を提供し、車両間のあらゆる開口部は、ある程度、各車両を風で遮る。風が列車の側面に当たる方向に自由に吹いているところでは、抵抗は大幅に増加する。減速は、風が車両を横に押し、車輪のフランジがレールに擦れることと、風が各車両の前面を強く捉えることによる。貨物列車の場合、車両のドアが開いたままになっていると抵抗は大幅に増加する。なぜなら、その状態では各車両がパラシュートのように作用し、速度を落とすからである。有蓋車と無蓋車が混在する貨物列車は、大気からの妨害をかなり受ける。無蓋車によって前方に空間が開かれている有蓋車は、その前面にほぼ全風圧を受けるからである。有蓋車を組み立てるのに多少の手間と遅延を生じさせると、石炭の代償を払うことになる。これにより、ブレーキマンは、車両が混在する場所よりも速く列車に沿って移動できるようになります。

すでに触れたエリー鉄道の実験では、風がない場合、貨物列車の最初の車両は、速度による空気圧に 63 フィートの表面積を乗じた値に等しい大気抵抗を生み出し、後続の各車両は最初の車両による抵抗の 20 パーセントの抵抗を生み出すことが分かりました。

曲線の抵抗。
曲線線路では、曲線の短さに比例して列車の抵抗が増加します。354 ヨーロッパの鉄道では、曲線の性質はほぼ常に半径の長さで表されます。この国では、鉄道の曲線は「度数」で表されます。曲線の度数は、中心から100フィートの弦を挟んだ角度で決まります。曲線を半径で考える人には、1度の曲線の半径は5,370フィートであり、どの曲線の半径もこれらの数値を度数で割ることで求められることを説明しておくとよいでしょう。

機関車が列車を牽引して行う仕事。
上り坂で列車を牽引するには、機関車は杭打ち機が駆動ブロックを持ち上げる動作と似た動作をする必要があります。列車は機関車によって持ち上げられるブロックであり、持ち上げる動作は垂直ではなく傾斜面を上りますが、仕事量はまったく同じように計算されます。杭打ち機のエンジンが 1,000 ポンドのブロックを 30 フィート持ち上げる場合、仕事量は 1,000 × 30 = 30,000 フィートポンドとなります。つまり、機関車が 1,000 トンの列車を 1 マイル以上 30 フィート上昇させる場合、エンジンは荷物を持ち上げるだけでその距離で 30,000 フィートトンの仕事を行っていることになります。仕事量の合計には、車輪の摩擦やその他の列車の抵抗を克服するために消費されるエネルギーも含まれます。

前述の列車を牽引するために機関車が走行する1マイルあたり1フィートあたりに発揮しなければならない牽引力を求めるには、仕事量（フィートポンド）を動力が発揮された距離で割る必要があります。3万フィートトンの仕事量は60,000,000です。355 これに、車輪と風の抵抗を補うために、列車1トンにつき1フィート前進するごとに5ポンドずつ追加で仕事量を加えると、機関車が列車を1マイル牽引するのに必要な仕事量は86,400,000フィートポンドになります。これを1マイルのフィート数で割ると、機関車が1フィート進むごとにこなさなければならない仕事量は16,363ポンドとなり、これは多くの統合機関車の能力に十分対応できる量です。

P. H. ダドリー教授のダイナグラフカーによる高速急行列車の記録。
高速列車を鉄道で牽引する際に必要な仕事量の概算を知りたい技術者は、ダドリー教授が以下に示した数値を検討することで、より正確な推計を行うことができます。この表は、8輪車3両と12輪車6両で構成される列車を牽引する一般的な機関車の性能を示しています。重量は250トン、機関車と炭水車の作動重量は126,000ポンド、機関車のシリンダーサイズは17インチ×24インチ、駆動車の直径は72インチ、駆動車の重量は48,000ポンド、ボイラーの吹出圧力は135ポンドです。

列車を始動させると、機関車は100～200フィートの距離で11,000～12,000ポンドの張力を記録します。連結後、張力は約2,800～3,000ポンドに低下し、この牽引力で5マイル（約80km）で時速50マイル（約80km）に達します。速度が上昇するにつれて、機関車に対する空気抵抗が大きくなり、機関車自身の動きに必要な力も大きくなります。列車を始動させる際、鋼鉄タイヤ駆動装置が乾燥した鋼鉄レールに及ぼす作用粘着力は、駆動装置にかかる重量の約33%であり、速度が上昇するにつれて減少します。

ダイナグラフカーの高速走行の一部の表356 急行列車。

1 2 3 4 5 6 7 8 9
マイルの数。 1 マイルあたりの時間（分と秒）。時速（マイル）単位の速度。風速（時速マイル）。おおよその成績。 1 マイルあたりのフィートポンド作業量を動力学曲線で表示します。 1 分あたりのフィートポンド作業量を馬力で表します。機関車を動かすのに必要な作業量の概算値（馬力）。 7列目と8列目の合計。
1 2 54 20.68 レベル 24,116,233 252
2 1 34 38.31 6.0 5フィート3インチ下 20,035,253 369 221 590
3 1 22 43.90 4.0 5フィート3インチ下 17,763,214 398 292 690
4 1 16 47.34 3.0 レベル 15,904,273 383 418 791
5 1 11 50.70 4.5 レベル 14,871,528 382 406 788
6 1 13 49.31 6.0 13フィート上 15,284,616 383 406 789
7 1 11 50.70 6.0 18フィート下 14,458,430 369 426 795
8 108 52.89 5.0 13フィート下 13,219,136 354 451 805
9 1 07 53.70 5.0 8フィート下 11,566,744 319 483 802
10 109 52.10 5.0 5フィート下 11,773,293 310 441 751
11 108 52.89 4.2 レベル 11,773,293 316 447 763
12 109 52.10 5.2 8フィート下 12,806,038 337 456 793
13 1 10 51.43 6.0 レベル 12,392,940 324 443 767
14 1 10 51.43 4.5 レベル 12,806,038 339 426 765
15 1 10 51.43 4.0 レベル 13,425,685 351 420 771
16 1 10 51.43 3.5 レベル 13,299,136 345 415 760
17 108 52.89 3.0 レベル 13,838,783 371 443 814
18 108 52.89 5.0 6フィート下 13,219,136 354 464 818
19 108 52.89 3.0 2フィート下 13,219,136 354 443 797
20 1 11 50.70 3.5 10フィート上 14,838,783 379 406 785
21 1 13 49.31 3.0 10フィート上 14,458,430 362 384 746
22 108 52.89 3.1 レベル 12,392,940 332 443 775
23 1 07 53.70 3.1 10フィート下 12,186,391 333 462 797
さまざまな機関車が牽引すべき列車を示すために、次の計算が行われました。

機関車が牽引できる列車の重量357 通常条件下で時速 20 マイル、トン数 2,000 ポンド (エンジンとテンダーの重量は含みません)。

 機関車の種類。
 「A」と入力します。  「B」と入力します。  「C」と入力します。

直線コースの場合：
レベル 1,096 1,664 2,226
勾配 1マイルあたり20フィート 547 840½ 1,128
” 40 ” ” 350 545 734
” 60 ” ” 249 390½ 522
” 80 ” ” 188 302 410
「 100 」 148 242 330
5度曲線の場合：
レベル 921 1,401½ 1,876
勾配 1マイルあたり20フィート 464 716 962
” 40 ” ” 310 485 654
” 60 ” ” 227 360½ 488
” 80 ” ” 173 279½ 380
「 100 」 137 225½ 308
10度曲線の場合：
レベル 662 1,013 1,358
勾配 1マイルあたり20フィート 401 621½ 836
” 40 ” ” 278 477 590
” 60 ” ” 207 330½ 448
” 80 ” ” 160 260 354
「 100 」 128 212 290
最も好ましい条件下では、上記の重量より約 50 パーセント多い重量の荷物を運搬できます。

計算は、列のタイトルにタイプ「A」、「タイプ「B」、およびタイプ「C」として指定されている3種類のエンジンに対して行われます。これらは次のとおりです。

タイプA – アメリカの機関車、4つの駆動輪付き、358 各車輪には 12,000 ポンドの重量があり、エンジンの総重量は 36 トンになります。

タイプ B — モーグルまたは 10 輪の機関車で、6 つの駆動輪があり、各車輪に 12,000 ポンドの重量があり、エンジンの総重量は約 42 トンです。

タイプ C — 8 つの駆動輪を持ち、各車輪に 12,000 ポンドの重量があり、エンジンの総重量は約 54 トンの統合機関車。

359

第27章
機関車ボイラー用の水。
水と石灰が混ざる仕組み。
アメリカ合衆国とカナダの広大な地域において、石灰岩、あるいは様々な形態の石灰質岩が、広大な農業地域の土壌直下の表層岩石層を構成しています。この大陸を形成する自然の驚異的な作用において、これらの岩石は膨大な分解作用にさらされてきました。巨大な氷塊によって引き裂かれ、浸食され、影のない太陽光線によって焼かれ、深く浸透する霜による凝結力によって砕かれ、自然界で最も普遍的な溶媒である水によって溶かされ、そして氷と洪水によって広範囲に散布されました。この過程は非常に徹底的であるため、石灰岩地帯全体では、地球全体が石灰で満たされているかのようです。石灰岩は純水にはほとんど溶けませんが、雲から降る雨は純水ではなく、炭酸ガスを含んでおり、これが石灰と化学的に反応して塩を形成し、水はそれを容易に溶解します。この状況により、石灰岩地域には石灰に汚染されていない小川や井戸がほとんどありません。360 小川に流れ込む水は、一般的に石灰が部分的に洗い流された表面を流れています。そのため、小川や川は、岩を飽和させている井戸の水ほど石灰塩で汚染されていません。水の見た目や味からは、溶解している石灰の量は分かりません。氷のように冷たい井戸や、きらめく泉から湧き出る水は、飲み水としては非常に美味しいのですが、石灰塩が多すぎて、ボイラーに使用するとシートや煙突に悪影響を与える可能性があります。

悪い水を使うことで発生する費用。
この問題の財政的影響だけを考えれば、鉄道を建設する側は、不純な水の使用によって運営費が大幅に増加するため、ボイラー用に確保できる最良の水を選択することに熱心に努めるだろうと推測できる。しかし、長年にわたり、この問題は水の供給を最も適切に管理できる人々から全く注意を払われず、利用可能な水の性質について全く考慮されないまま給水所が設立された。

給水所の当初の設置場所が不注意だったため、今日では多くの給水タンクが、地表水を容易に入手できる質の悪い井戸から水を引いている。鉄道会社は、費用のかかる変更に対しては特に慎重である。そのため、水道設備における既存の欠陥は、変更に費用がかかるため、しばしばそのまま放置される。しかし、いかなる種類の費用支出も、これほど大きな経済効果をもたらすことはない。

361

良質な水を確保するための熟練メカニックの努力。
機関車ボイラーで使用する水質の極めて重要な重要性は、ほぼすべての熟練整備士によって長年認識されてきました。なぜなら、質の悪い水の影響は紛れもなく彼らに知らされるからです。この問題は、熟練整備士協会で度々調査されています。この問題を調査するために設置された初期の会議で設置された委員会の報告書には、「熟練整備士たちは、不純な水が良質なボイラーの害悪であるという確信を改めて抱かされた」と記されています。当時から、水から有害な成分を除去するための精力的な努力が続けられていました。そして、その作業は希望と自信に満ちた精神で進められました。それは、その後の報告書で「水の種類によって不純物の成分は大きく異なり、それぞれ個別に研究と処理が必要である」と述べられていることからも明らかです。しかし、委員会は、鉄道員の工学技術と機械工学の技能があれば、それぞれのケースに適した装置を容易に考案できると確信していました。当時、鉄道員たちは機械的・化学的手段によって汚水を浄化し、ボイラーでの使用に適したものにできると考えていました。しかし、汚水の浄化は、平均的な汚水を改心させるのと同じくらい困難な作業であることが判明しました。そして現在では、機関車のボイラー給水に必要な大量の水を浄化処理でうまく処理できると信じている鉄道員はほとんどいません。

浄化方法への信仰の喪失。
人工的な浄化方法は362 鉄道給水では水質の悪化は避けられないため、この目標は急いで達成されたわけではない。幾度となく失望を繰り返しながらも、ゆっくりと着実に、そして納得のいく試練を経て、望ましい結果をもたらすと約束された方法や特効薬を用いて達成されたのだ。

経験から、石灰岩地域では、機関車ボイラーの石灰付着によるトラブルを回避する適切かつ唯一の方法は、小川から軟水を得るか、池や貯水池に降雨を集めることであると実証されています。

スケールメイキングエージェンシー。
既に述べたように、水は自然界で最も汎用性の高い溶媒です。硬水と呼ばれるものには多くの異物が含まれていますが、機関車ボイラーに特に有害な影響を与えるのは石灰とマグネシアです。スケールを形成する石灰は、硫酸石灰と炭酸石灰の2つの形態で存在します。前者はより危険で厄介なスケール形成物質であり、後者は最も頻繁に遭遇するものです。

通常の井戸水には、1ガロンあたり10～100グレイン（約1.5～1.8g）の固形物が溶解して含まれています。主成分が炭酸石灰であれば、1ガロンあたり20グレイン（約1.5～1.8g）以下の不純物であれば良質の水とみなされるかもしれませんが、その量の硫酸塩はボイラー水としては非常に好ましくないものとなります。道路工事などで井戸水の使用が避けられない場合は、各貯水槽から得られる不純物の量と性質を把握し、スケール形成因子が最も強い貯水槽を避けるよう技術者に指示することで、ボイラーのコストを大幅に削減できます。

363

水質を確認するため。
水質を正確に把握する適切な方法は、有能な分析化学者に試料を送って定量分析を依頼することです。しかし、給水所の水を体系的に検査する費用を負担する鉄道会社は少ないため、熟練した整備士は、少しの労力、研究、そして実践によって、各給水所の水質を実用上ほぼ正確に示す検査方法を自ら習得できるでしょう。

機関車に供給される水の種類に最も直接的に関心を持つ鉄道職員は機関士長であるため、担当する路線の給水所すべてを直接管理する権利を持つべきである。

水質検査に必要な器具。
井戸水の検査に必要な化学器具は、半グレインまで正確に計量できる天秤、蒸発用の石油ストーブ、数パイントの磁器製蒸発皿、一枚の銅板から作れる砂浴、12本の試験管、化学的に純粋な化学物質の溶液を入れる小瓶6本、ガラス管、小型の乳鉢と乳棒、ろ紙、そして正確な計量に必要な容器です。使用する化学試薬の溶液には蒸留水が必要です。また、比較のためにも蒸留水が必要です。純粋な結晶氷を溶かすと、通常、実験に十分な純度の水が得られます。

364

実験の準備。
検査のために水を持ち込む際は、水槽から完全に清潔な水差しに汲み上げ、コルク栓をしてラベルを貼るのが最善です。蒸発皿の重さを量り、正確な重量を記録します。そして、検査対象の水を砂浴で1クォート（約4.7リットル）または0.5ガロン（約1.8リットル）蒸発させます。皿が乾いたら、底に付着している埃をすべて拭き取り、皿の重さを量ります。この重量から、水中の固形物の総量がほぼ分かります。このことと、実験に関するその他の詳細をすべて記録してください。

遊離炭酸によって溶解された石灰。
時には、遊離炭酸によって大量の重炭酸塩が溶解したままになっていることがありますが、水を沸騰させるとすぐに遊離炭酸が逃げてしまい、石灰は泥状になって沈殿します。この種の水は非常に硬く見えるかもしれませんが、ボイラーでの使用にはそれほど問題はありません。噴出コックを自由に使用すれば、沈殿物を吹き飛ばすことができるからです。これをテストするには、完全に清潔な皿で約450mlの水を2～3分間沸騰させ、あらかじめ乾燥させて重量を量っておいたろ紙に通します。操作が終わったら、ろ紙を再び乾燥させて重量を量ります。その重量から、遊離炭酸ガスによって溶解したままになっている固形物の量がわかります。

石灰塩の検査。
不純物とそれを溶液から取り除く化学物質が混ざり合って生じる色から水の状態を示す表面的な検査。365 次のようにして作ることができます。5本の試験管に試験する水を半分ほど入れます。最初の試験管で、石灰の有無を調べます。化学反応を刺激するために、小さじ1杯のアンモニア水を加え、次にシュウ酸アンモニア水20滴を加えます。濁度から水中の石灰の量がわかります。石灰の量が非常に少ない場合は、反応が現れる数時間前に試験管を暖かい場所に置いておく必要があります。

硫酸石灰のテスト。
2つ目の試験管の水は、石灰硫酸塩の含有の有無を検査します。まず塩酸を数滴、次に塩化バリウムを20滴加えます。通常はすぐに白い沈殿が現れますが、これは硫酸の存在を示しています。石灰質地域の水では、硫酸は石灰硫酸塩の形で含まれていると考えて差し支えありません。ただし、炭鉱付近など、鉄硫酸塩が豊富に含まれている地域から採水された水は例外となります。この形で硫酸塩を含む水は、鉄塩の検査によって容易に判別できます。

水が石灰硫酸塩を示唆する強い反応を起こすことが判明した場合、その水が出たタンクは避けるべきであるという推論を安全に導くことができます。

炭酸マグネシアの試験。
3つ目の試験管は、多くの井戸水に混ざっているマグネシア炭酸塩の有無を調べるためのものです。この試験管にアンモニア水を入れ、366 リン酸ソーダ溶液を 20 滴加えます。結晶性の沈殿物があればマグネシウムが存在することを示します。炭酸マグネシアが水中に大量に存在する場合、石灰とともに厚い多孔質のスケールを形成することがあります。また、水面に浮きやすく、ボイラーを泡立たせてトラブルの原因となることがあります。エンジンボイラーがマグネシアを含まない水からスケールを形成し、この不純物が豊富な区分に進むと、マグネシアは新しい付着物を形成し始める前に古いスケールを取り除きます。毎日数ポンドの食塩をテンダーに入れると、マグネシアによるトラブルを防ぐのに効果的です。食塩はマグネシアの塩化物を形成し、これが石灰スケールの確実な防止剤となるからです。

鉄塩の検査。
4つ目の試験管では、鉄塩を探します。カリウムまたはアンモニア水に鉄が含まれていると、白っぽい沈殿が生じます。これはすぐに汚れた緑色に変わり、最終的には空気中の酸素を吸収して赤褐色になります。より繊細な鉄の検査法としては、フェロシアン化カリウムまたはスルホシアン化カリウムが挙げられますが、他の鉱物の組み合わせでは、これらの試薬を使用する初心者は、実際には鉄が含まれていないのに、含まれていると勘違いしてしまう可能性があります。水中に微量の鉄が含まれていることは非常に一般的であり、微量であれば、その塩は全く無害に思えます。しかし、化学者が FeSO 4と呼ぶ形で鉄が飽和した水が見つかることもあります。そのような水は、ボイラー給水には非常に適していません。なぜなら、鉄はプレートに対して強い腐食作用を示し、孔食や溝ができることがよくあるからです。367 その作用。この性質を持つ水によって形成されるスケールは、ほとんどの場合、硬くて薄い物質であり、非常に強い粘り強さで付着し、剥がすと鉄の表面の一部が剥がれてしまうことがよくあります。

塩素の検査。
5本目の試験管では、ほぼ常に水中に存在する食塩の有無を調べます。この試験は、硝酸銀溶液を滴下することで行います。銀が食塩の主成分である塩素と結合することで、白い沈殿物が生成されます。これは非常に微細な試験であり、硝酸銀は水中の信じられないほど微量の食塩を検出します。食塩が水中にもたらす最悪の影響は、プライミングを引き起こすことです。食塩が多量に存在する場合は、運転中にブローオフコックを頻繁に使用する必要があります。また、表面コックはボイラーを正常に保つのに非常に役立ちます。都市周辺の井戸や小川から採取され、強い塩素反応を示す水は、ほぼ常に下水で汚染されています。

テストの操作を学ぶ。
水の表面的な定性試験の練習は、様々な化学反応の意味を読み取るスキルを養います。このスキルは、調製された試料を用いて練習することで急速に向上します。炭酸塩石灰の実験用の水は、方解石結晶または大理石の粉末を塩酸に溶かすか、チョークをきれいな雨水に混ぜて濁りがなくなるまで濾過することで調製できます。チョークを水に混ぜ、濾過しない状態では、試料は368 肺からガラス管を通して水中に空気を送り込むと、反応が強くなります。硫酸塩を検査するための準備として、蒸留水に石膏を少し溶かします。流動性のマグネシアを純水に落とすと、炭酸マグネシアの標本が得られます。また、エプソム塩はマグネシア反応を引き起こし、さらに塩化物バリウム反応で硫酸を示唆します。ピンの頭ほどの大きさの塩の粒を蒸留水 1 パイントに落とすと、硝酸銀溶液を加えると、明確な塩素反応が起こります。実験者は、実験の途中で、より強い、あるいはより弱い塩水を使用することもできます。硫酸鉄の小片を水に溶かすと、鉄の検査ができます。

定性テストの実施。
これらの溶液を用いた試験の実習を進める際には、試験管を完全に清潔に保つよう注意しなければなりません。次のような順序で試験を進めてください。まず炭酸石灰試験を行います。試験管を 4 本使用します。最初の試験管には蒸留水だけを入れます。2 番目にはチョーク溶液を 10 滴入れます。3 番目には溶液を 20 滴入れます。4 番目には溶液を 30 滴入れ、すべての試験管が約 3 分の 2 になるまで蒸留水を加えます。各試験管にほぼ同量のシュウ酸アンモニア溶液を落とします。濁度から各試料の硬度がわかります。最初の試験管には純水が入っており、化学物質が純粋であれば反応しません。

このプロセスは他のすべてのソリューションにも適用され、非常に役立つものとなるでしょう。369この種の実験では、Stuckhardt のChemistryのような文献を手元に置いて参考としておくと大いに役立ちます。

石鹸の硬度テスト。
硬水は石鹸に特殊な影響を与え、洗浄に使用すると泡立たず凝固してしまうことは、ほとんどの人が知っています。この特性は、数年前、スコットランドのアバディーンのクラーク博士によって水の硬度を測る試験法が考案される際に利用されました。この試験法では、水に永続的な泡を作るのに必要な標準石鹸水の量が、水の硬度の程度を示します。クラーク法の改良法は、熟練した機械工が水の硬度を表面的に試験する際に非常に便利に利用でき、その方法は簡単に応用できるという利点があります。試験管と石鹸水の小瓶があれば、研究者はいつでもどこでも試験を行うことができます。各サンプルに数分を費やすだけで、ボイラー用途におけるその水の価値が分かります。

クラーク法による石鹸テストは、濃度が既知の石鹸水を用いて行われ、一定量の炭酸石灰を含む1ガロンの水で永続的な泡を生成するには、一定量の石鹸水が必要でした。他の試料の硬度は、永続的な泡を生成するために必要な石鹸水の量に基づいて計算されました。計算開始点を示す目的で、特定の濃度の石鹸水と特定の硬度の水を準備するのは面倒な作業です。石鹸テストは、はるかに簡単な方法で使用できます。370 数年前、バーリントン・シーダーラピッズ・アンド・ノーザン鉄道で数多くの水質検査を行い、一年のさまざまな季節における貯水タンクの状態を確かめ、また、鉄道の延長上に計画されている給水所の供給を調べる際に、私はクラーク法の次の修正法を使用しました。

クラーク石鹸テストの修正。
シーダー川は、夏の通常の流量では、1ガロン58,373グレインの固形物（主に炭酸カルシウム）を約10グレイン含んでいます。私はこれを良質のボイラー水とみなし、テストの比較基準としました。店の横には井戸があり、道路を建設した人々がボイラー水を供給するために掘ったものです。シーダー川は数ロッド離れたところに流れていますが。この井戸水は1ガロンあたり約40グレインの固形物を含んでおり、不純物の4分の1は硫酸石灰です。私はこの水を「ひどい例」として比較基準とし、硬度がこれに近い水は不合格としました。

石鹸水は、カスティール石鹸（または白石鹸）70粒をアルコール1パイントに溶かして作りました。石鹸が完全に溶けるように注意し、その後は混合物を華氏60度（摂氏約15度）以上で一定に保つのが最適です。検査対象の水を石鹸水と同じ温度にすることで、より正確な検査を行うことができます。

SOAP テストの適用。
試験では、計量した量のシーダーウォーターを栓付きのボトルに入れました。2オンスのボトルに1オンスの水を入れるのが便利な量です。371 次に、30滴入りのピペットで石鹸水を計り取り、計量するごとに瓶をよく振って、泡が5分間持続することを確認した。この操作を繰り返し、ピペットから最後の一滴を一滴ずつ注ぎ入れ、泡が持続することを確認した。同様の操作を悪い井戸水でも行ったが、ほとんど練習を積まなかったため、作業員は良い水と悪い水の間のどの位置に水があるのかを見分けることができた。

石鹸水はしっかりと栓をした瓶に入れて保管し、新しい石鹸水を作るたびに、上記の方法で濃度をテストしてください。石鹸水は1ヶ月または6週間以上保管すると劣化します。

石鹸水の最初の投入によって生じる濁りの度合いは、熟練した実験者にとっては水の硬度の度合いを示す指標となります。

ボイラー水の状態を確認することに関心のある人のほとんどは、比較テストを行うために既知の硬度の水を入手する手段を考案することができます。

検査対象の水が非常に硬い場合は、同じ量の蒸留水で希釈すると、より正確に検査を行うことができます。

石鹸試験は、あらゆる形態の石灰とマグネシアに有効です。しかし、後者の不純物は石灰よりも石鹸を多く消費します。そのため、水中にマグネシアが豊富に含まれている場合、試験対象の試料は実際よりも硬く見えるでしょう。また、マグネシアは石灰よりも石鹸への作用が遅いです。マグネシアを含む水は、十分な量の溶液を投入すると泡立ち、マグネシアの泡を克服します。372 石灰が存在するため泡立ちは良好ですが、マグネシアが作用するまで数分間放置すると泡立ちはなくなります。炭酸ナトリウムや硫酸ナトリウム、カリなどのアルカリ塩が水中に存在すると、泡立ちが促進されるため、水が実際よりも軟らかく見えるようになり、石鹸テストに悪影響を与えます。これらの事実を念頭に置いておくと、水質検査を行う際に非常に役立つでしょう。

石鹸テストで水に硬化成分（1 ガロンあたり 15 グレイン以上）が含まれていることが判明した場合は、すぐに他のテストを行って主要成分が何であるかを確かめる必要があります。

機関車用水の浄化の難しさ。
鉄道経営者に給水浄化のための妙薬は数多く提案されているが、どれ一つとして完全に効果があったかは疑わしい。ほとんどの場合、使用された材料や手段は役に立たなかったり、実用的ではなかったりする。しかし、場合によっては、その装置が実際に使用された人々から正当な評価を受けていないこともある。機関車ボイラーの給水に含まれる不純物を無害化する作業の重大さを過小評価している人が多い。ある著名な鉄道の機関車給水処理を引き受けたある学者教授の事例は、機関車1台につき1日1000ガロンの水を使用するという手配をした。機関車によっては毎時その2倍の水を使用する場合もあるため、その作業の難しさは明らかである。すでに述べたように、軟水表層水を得ることが、373 機関車のボイラーのトラブルを避ける適切な方法はありませんが、これが実行できない場合は、操作を賢明に実行すれば、水を「治療」することでかなりの節約を実現できます。

泥。
泥は給水における最も一般的な不純物であり、多くの場合、シート、特に火室の頂部シートの破損や損傷を引き起こします。道路の水が常に泥だらけになっている場合は、水をろ過するか、各給水所にタンクを2つ設置し、一方のタンクで水を沈殿させ、もう一方のタンクで水を貯めるシステムを構築するとよいでしょう。こうすることで、タンクに水を補給する前に、沈殿した泥を定期的に洗い流すことができます。

炭酸石灰。
石鹸テストの発明者であるクラーク博士は、炭酸石灰を含む水を浄化する方法を提唱し、この方法は多くの場所で、特にイギリスで成功を収めています。炭酸石灰を含む水に苛性石灰を加えるというものです。この方法では、28グレインの苛性石灰から100グレインの炭酸石灰が沈殿します。具体的に言えば、タンクに30,000ガロンの水が入っており、1ガロンあたり30グレインの炭酸石灰を含浸させている場合、36ポンドの苛性石灰で不純物をすべて沈殿させることができ、合計164ポンドの沈殿物となります。

硫酸石灰。
水の不純物は主に硫酸塩である374 石灰を使わない場合は、苛性石灰療法は効果がありません。しかし、苛性バライタまたは苛性ソーダで水を処理すると、問題となる化合物の沈殿物を作ることができます。前者の場合、バライタは石灰を溶解させている硫酸と結合し、石灰は泥となって沈殿します。一方、ソーダ処理を施すと、硫酸は石灰から離れ、より親和性の高いソーダと結合します。そのため、ソーダに含まれる炭酸によって石灰が溶解された状態で保存されない限り、石灰は沈殿します。

水に硫酸石灰と炭酸石灰の混合物が含まれている場合、ソーダ処理は苛性石灰システムと組み合わせて使用すると有利です。

機関車の炭水車に薬品を投入し、不純物をボイラー内で沈殿させることで水を浄化する試みがしばしば行われてきました。この方法に対する主な反対意見は、ボイラー内に大量の沈殿物が堆積してしまうことです。浄化物質が元の不純物と同じくらいかさばる場合があるからです。また、ボイラーに投入された薬品が泡立ちを引き起こす場合もあります。1ガロンあたり15グレイン（石灰硫酸塩）を含む水を重亜硫酸塩で処理する場合を考えてみましょう。適切に処理するには、石灰1グレインにつき薬品1グレインが必要です。貨物機関車は1マイルあたり75ガロン（約1.6キロメートル）の水を使用し、1日に100マイル（約160キロメートル）走行します。これは水と走行距離の両面で軽負荷の作業ですが、10日間で約300ポンド（約130キログラム）もの固形物がボイラーに注入されることになります。機関車のボイラーに薬品を注入して水を浄化し、ボイラーの375 泥水が急速に溜まったり、泡立ちが問題になったりする場合は、ブローオフコックと表面コックを頻繁に使用し、石炭の消費量に影響を及ぼすほどにする必要があります。給水の浄化が必要な場合は、ステーションタンク内、またはタンク横の専用装置内で行うのが適切です。水中の不純物の性質を注意深く観察し、適切な沈殿剤で処理することで、給水の浄化に費やした労力と費用は大きな利益をもたらす可能性があります。単一の処理方法で道路全体の水質を改善しようとすると、必ず失敗します。

376

第28章
機関車技術者試験。
以下は、この国で最も著名な鉄道会社の一つで、機関助手が昇進の資格があると認められる前に行われる質問の形式と、上位職に就く資格があるとみなされる者に求められる回答の例です。この形式質問は厳密には従われず、昇進候補者が試験科目を正しく理解しないまま回答を暗記してしまうことのないよう配慮されています。試験官が、実際の質問を理解していると納得できない機関助手は昇進できません。

Q. —機関士が列車に機関車を取り付ける前の主な職務は何ですか?

A. — エンジンを注意深く点検し、すべてのセットスクリューが所定の位置に取り付けられ、ロッドキーが確実に固定されているか、必要な信号装置、点火装置、手工具がすべて装備されているか、必要な水、燃料、備品が供給されているかを確認します。また、煙突とクラウンシートも点検します。

Q. —ボイラーに水を運ぶ場合、高さと規則性に関して何が重要ですか?

A. —上部のゲージコックに水と蒸気を送る377 蒸気を扱うときは、できるだけ均一にしてください。

Q. —坂道で水を運び、山頂を目指す上で大切なことは何ですか？

A. — 管の前端が露出しないように十分な高さまで水を運び、頂上を越える際には、ボイラーの前端または下端から水位を測った後、頂板を覆って保護するのに十分な水を確保する。

Q. —山頂を越えた後に、1 ゲージ以上の水を汲み上げる必要がある場合、火の状態はどうなっている必要がありますか?

A. —火は明るく、自由に燃え続けるようにしなければなりません。

Q. — なぜこれが重要なのですか?

A. —煙突が冷えて漏れるのを防ぐためです。

Q. — 転覆後に十分な水があれば、火の状態はどうなりますか?

A. —水平にして安定させ、蒸気や燃料の無駄を防ぐために十分に覆う必要があります。

Q. — 道路上でポンプやインジェクターが故障した場合、どうしますか?

A.まず、火を消し、すぐに停止し、ホースを外し、タンクのバルブを上げて、確実に接続されているか確認します。また、ストレーナーに問題がないか確認します。問題がなければ、インジェクターを再度試してください。エンジンにポンプが付いている場合は、ポンプを取り外し、バルブが自由に動いているか、給水パイプに水が流れているかを確認します。すべてが開いて自由に動いていることを確認したら、ポンプを上げて、再度試してください。

Q. —ボイラー内の水が少なくなりすぎて378 検査に時間を割くことができたら、どうしますか？

A. —火を消し、近くの電信局に使者を送って援助を求めます。

Q. — ボイラー内の水がかき混ぜられて泡立った場合、どうすればよいですか？泡が発生しているのか、それともポンプで水を過剰に供給しているのか、どのように確認すればよいですか？

A. — 煙突から水が排出されているのを確認したら、直ちに運転を停止し、水位を確認します。水位が2番目または3番目のゲージを下回った場合は、泡が発生していると判断し、再びゆっくりとスロットルを開きます。水位が再び上昇し、煙突から排出された場合は、両方のインジェクターを作動させ、表面ブローを開き、慎重に運転します。表面ブローを通して汚水を排出しますが、シリンダーに大量の水を送り込みすぎてヘッドを破損させないよう細心の注意を払います。また、ポンプやインジェクターからの供給速度よりも速く水が排出されていないことを確認するために、時折運転を停止します。この方法により、ほとんどの場合、汚水は排出され、慎重に運転すれば再び沈殿します。

Q. — 吹出しコックが吹き飛んだり、折れたり、ボイラーに何らかの理由で穴が開いたりした場合、どうしますか?

A. — 速やかに消火し、最寄りの電信局に使者を送って支援を要請します。その後、通信を切り、救援が到着したらエンジンを曳航できるように準備します。

Q. —エンジンのどの部分を外すのですか？379 そんな場合は？

A. —メインロッドとバルブロッドを取り外します。

Q. — ウェッジのセットアップや調整をする際に注意すべきことは何ですか?

A. —箱がぶつかる音がしないようにきちんと調整し、同時に、窮屈になるほどきつく締めすぎず、台座の中で箱が自由に動き回らないようにします。

Q. — どのように設定するのでしょうか?

A. — 右側のエンジンを半回転にし、左の車輪をブロックし、少量の蒸気を流し、箱を強く叩いて楔から遠ざけます。それから下に入り、短いレンチで楔をしっかりと固定し、楔の頂点の台座に側面の印を付け、均等に8分の1インチほど引き下げます。左側も同様に行います。

Q. — 10 輪エンジンのサイドロッドのキーを設定、または調整するにはどうすればよいでしょうか。

A. —エンジンを水平でまっすぐなレールの真ん中に置き、そのロッド列のキーをすべて緩めます。次に、中央の真鍮製ナックルにキーを差し込み、ピン上で手で横方向に動かせる程度に余裕を持たせます。次に、前端と後端を同じように調整します。

Q. — エンジンを正確にデッドセンターに配置して、最初に中央の真鍮にキーを入れる必要があるのはなぜですか?

A. —ロッドの長さが適切であることを保証し、ロッドがデッドポイントまたは硬直ポイントを緊張せずに通過できるようにするためです。

Q. —サイドロッドのキーは長すぎたり短すぎたりすることはできますか？380 真ん中に立ってないときは？

A. —できます。

Q. — 長すぎたり短すぎたりする場合、ストロークのどの時点で負担がかかりますか?

A. —デッドポイント、つまりリジッドポイントを通過するとき。

Q. — 道路上で右後方運動エキセントリックが滑ってしまった場合、どうやってリセットしますか？

A. —エンジンを右側のデッドセンターに正確に置き、リバースレバーをフル前進ギアにして、スタッフィングボックスグランドのバルブロッドに印を付けます。次に、リバースレバーをフル後進ギアにして、ずれた偏心器を、バルブロッドの印が元の位置に来るまで回します。このとき、偏心器のフルまたはストロークが前進偏心器のほぼ反対側にあることを注意して確認し、そこで固定します。

Q. —前進ギアのときにバルブロッドに付けたマークは、ずれた偏心ギアを設定するのにどのように役立ちますか?

A. —後進レバーを完全前進ギアにすることによって前進偏心が適切な位置にあると、バルブはポート上で適切な位置に置かれます。マークは、後進偏心が適切な位置にあるときのバルブの位置を示し、これにより、ずれた偏心が正常な偏心によって設定されます。

Q. — バルブヨークが破損した場合、どちら側が故障したかを判断するためにどのようなテストを行うのですか?

A. —まずエンジンを右側の半ストロークにし、シリンダーに少量の蒸気を送ります。次にリバースレバーを後方から前進に動かします。381 そして、蒸気を後ろのシリンダーコックから前のシリンダーコックに移すことができれば、右側のヨークは正常であると結論付け、同じように左側をテストします。

Q. — テストしたい側でエンジンをハーフストロークに配置するのはなぜですか?

A. —その側のポート上でバルブを完全に動かすためです。

Q. —壊れたヨークを見つけたら、どうやって切断しますか?

A. —蒸気室の蓋を外し、ポートにバルブを取り付けてしっかりと塞ぎます。蓋を元に戻し、バルブロッドを外し、メインロッドを外し、クロスヘッドを塞いで、貨物列車の場合は列車の半分で進みます。旅客列車の場合は、列車全体を次の電信局まで運び、報告して、機関車が列車全体を目的地まで運ぶことができるかどうか判断します。

Q. —シリンダーヘッドが破損したり壊れたりした場合、どうやって切り離すのですか?

A. —まず、バルブロッドを取り外し、バルブでポートを閉じ、スタッフィングボックスグランドで締め付けて固定します。メインロッドを取り外し、クロスヘッドをブロックします。

Q. —シリンダーパッキンが道路上で落下してひどく破損した場合、どちら側が破損しているかをどのように判断しますか?

A. —ステーションからスタートする場合、右のクロスヘッドに注意し、ストロークの各端を離れるときに打撃が発生した場合は、右のシリンダーで打撃を見つけます。

Q. —もしそれが必要になるほどひどい風が吹いたら382 それを道路に出す場合、それを出す際に注意すべき重要なことは何でしょうか?

A. — 手元にある場合はノギスを使用し、ない場合は適切な長さの棒を使用して、ピストンをシリンダーの中央に配置するように注意します。また、ボルトにできるだけ力をかけずに、パッキングをシリンダーにきちんと充填するように注意します。ナットをしっかりと固定し、フォロワーボルトをしっかりと締め付けながらフォロワーを元に戻します。

Q. — ポンプが 1 つしかなく、それが右側にあるエンジンを稼働していて、その側が故障し、それを外す必要がある場合、インジェクターが小さすぎるかボイラーに供給できない場合、火災を招き、家に運ばれるのを避けるにはどうすればよいですか?

A. — 故障側のクロスヘッドからピストンを外し、メインロッドを立ててクロスヘッドを操作すると、ポンプが使用できるようになります。

Q. —トップロッカーアームを壊してしまった場合、どうやって外すのですか？

A. —バルブロッドと壊れたアームを外し、ポートを閉じ、バルブをスタッフィングボックスグランドで固定して、シリンダーヘッドが壊れた場合と同様に取り外します。

Q. —下部のロッカーアームが壊れた場合、どのように取り外すのですか?

A. — 原則として、偏心ストラップは外しません。ただし、エンジンがひどく摩耗し、リンクハンガーが緩んで、運転中にリンクが自由に動くような場合は、シリンダーヘッドが破損している場合と同様に、偏心ストラップを外して接続を解除します。

Q. —リンクハンガーを壊す場合は、どのようにしますか？383 切断しますか?

A. — 走行距離が短く、停止やシフトチェンジの必要がない場合は、乗務員に列車を適切な制御下に保ち、信号があれば速やかに停止するよう注意を促した上で、切り離さずに走行します。ただし、走行距離が長い場合は、シリンダーヘッド破損時のように、切り離します。

Q. —リンクハンガーが壊れた場合、どのようにエンジンの制御が失われるのでしょうか?

A. —エンジンの片側しか逆転できません。

Q. —偏心ストラップが壊れた場合、どうやって外すのですか?

A. —その側の両方の偏心ストラップを外し、シリンダーヘッドが破損した場合と同様に取り外します。

Q. — 6輪連結エンジンのサイドロッド後部が破損した場合、どうすればよいですか?

A. —後部セクションの両方を外し、主輪と前輪を接続した状態で、列車の約 3 分の 2 を走行させます。

Q. — 前部セクションを破損した場合、どのように切断しますか?

A. —すべてのサイドロッドを外し、列車なしで走行します。

Q. —ホイールに近いメインクランクピンが壊れた場合、どうやって外すのですか?

A. — 障害側のすべてのサイドロッドとメインロッドを外し、列車なしで突入します。

Q. —スライドスロットルバルブを備えたエンジンを稼働していて、ボイラーが半開きになったときにバルブが剥がれたり外れたりした場合、どのように対処しますか?

A. —蒸気圧は容易に低下する384 列車を管制し、乗務員にトラブルを伝え、指示があれば速やかに行動するよう注意する。貨物列車の場合は、最寄りの側線まで列車を誘導し、列車を後退させる。旅客列車の場合は、列車の圧力を扱いやすい範囲に維持し、最寄りの電信局まで列車を誘導し、報告し、命令を求める。

Q. — 10 輪エンジンの前輪の 1 つが壊れた場合、どのように対処しますか?

A. — 車輪をタイヤの厚さまでジャッキアップし、オイルセラーを取り外し、ボックスとジャーナルの底に合うようにブロックを切り出します。このブロックは、台座支柱に載せた際に車軸を所定の位置に保持できる十分な厚さを持ちます。そして、破損したタイヤによってロッドが曲がったり損傷したりしていない限り、切断せずにそのまま走行します。列車全体を走行させます。

Q. —メインタイヤが壊れたら、どう対処しますか？

A. —まず最寄りの電信局に使者を送り、助けを求めます。それから車軸と車輪をタイヤの厚さ分だけ塞ぎ、サイドロッドのキーを緩めて、列車を止めて慎重に突入します。

Q. — 後輪が壊れたらどう対処しますか？

A. — ロッドの後部を外し、車軸を塞ぎ、特にカーブでは慎重に最寄りの電信局まで走り、報告して命令を聞きます。

385

索引。
《略》

WM.セラーズ＆カンパニー（株式会社）

唯一の特許権者および製造者

1887 年の自動
式
インジェクター
。

60%以上の容量範囲に対応し、最も軽い列車から最も重い列車まで連続運転するように調整できます。温水または冷水を速やかに汲み上げます。機関車は、いかなる過酷な状況においても運転を永久に停止させるような過酷な条件に耐えられます。蒸気または水の供給が中断され、ジェット噴射が中断した場合でも、供給が再開されるとインジェクターは自動的に再起動します。水を無駄にすることなく、変化する蒸気圧に自動的に適応します。蒸気量の増加に応じて水量も増加し、逆もまた同様です。操作は非常に簡単。レバーを引き出すと始動し、レバーを押し込むと停止します。

オフィスや工場に申請すると、説明的な回覧価格表が送られます。

ペンシルベニア州フィラデルフィア

1831年創業。年間収容人数600名。

ボールドウィン機関車工場

バーナム、パリー、ウィリアムズ＆カンパニー、
所有者、
ペンシルベニア州フィラデルフィア

広軌・狭軌機関車。
鉱山機関車。
プランテーション機関車。
圧縮空気機関車。
伐採機関車。
静音モーターと蒸気路面電車。

すべての重要な部品は標準ゲージとテンプレートに基づいて製造されています。同じクラスの異なるエンジンの部品と同様に、完全に互換性があります。

社長：Geo. WESTINGHOUSE, Jr.、会計：
JOHN CALDWELL、監督：
T. W. WELSH、
秘書：W. W. CARD、
総代理人：H. H. WESTINGHOUSE

ウェスティングハウス・エアブレーキ・
カンパニー、米国ペンシルベニア州ピッツバーグ
、

ウェスティングハウス自動ブレーキ、
ウェスティングハウス機関車駆動ブレーキ、
真空ブレーキ (ウェスティングハウス & スミス特許)、
ウェスティングハウス空気ブレーキ。

貨物用自動ブレーキは、乗用車用自動ブレーキと基本的に同じ装置ですが、各部品が一体化した機構となっており、非常に低価格で販売されています。事故、パンク、ブレーキマンの人件費の削減、そして完全な安全性を保ちながらの速度向上により、導入費用は短期間で回収できます。

「AUTOMATIC」は、列車および安全ブレーキとして最も効率的な製品であることが実証されています。作動は瞬時に行われ、必要に応じて列車のどの車両からでも操作できます。また、列車が分離したり、ホースやパイプが破損したりした場合には、自動的に作動します。お客様には、販売した装置に関する特許訴訟による損失に対する保証を提供しています。

詳細情報は申請時に提供されます。

ピッツバーグ
機関車・車両工場（
ペンシルベニア州ピッツバーグ）。広軌・狭軌鉄道用機関車エンジン
の製造。標準設計から仕様まで、お客様のご要望に合わせて対応いたします。タンク、機関車、据置型ボイラーも短納期でご提供いたします。

D. A. スチュワート、会長。D . A. ワイトマン、監督。ウィルソン・ミラー、書記兼会計。

ブルックス機関車工場

ニューヨーク州ダンケルク

H. G. ブルックス、会長兼監督。M . L. ヒンマン、秘書兼会計。R
. J. グロス、旅行代理店。

あらゆるクラスの機関車を製造しています。すべての作業は標準ゲージとスチールブッシングテンプレートに正確に適合して製作されます。同一クラスの異なる機関車間での類似部品の互換性を保証します。

スタンダードスチールワークス。
タイヤスタンダードタイヤ
フィラデルフィア
鋳鋼品

1.4ポンドから15,000ポンドまで、

パターンに忠実で、健全かつ堅牢、比類のない強度、靭性、耐久性を備えています。鍛造品や、 3倍の強度を必要とする
鋳鉄の貴重な代替品です。あらゆる種類の歯車、シュー、ダイス、ハンマーヘッド、機関車用クロスヘッドなど、様々な用途に使用できます。現在稼働中のこの鋼は、クランクシャフト4万個、ギアホイール3万個が、他の鋳鋼品よりも優れていることを証明しています。

特技:

クランクシャフト、クロスヘッド、ギア、

あらゆる種類の鋼鋳物。

回覧板をお送りください。住所

チェスタースチールキャスティングス社

ワークス、チェスター、ペンシルバニア州。

オフィス、No. 407 LIBRARY STREET、フィラデルフィア。

転写者のメモ
句読点と綴りについては、原書で優先的に採用されているものについては統一しました。それ以外の場合は変更しませんでした。また、ハイフン付けの不統一についても変更しませんでした。

単純な誤植は修正され、アンバランスな引用符は変更が明らかな場合は修正され、そうでない場合はアンバランスのままになりました。

この電子書籍のイラストは、段落間、引用文の外側、通常は本文で最初に参照される箇所の近くに配置されています。

小さな文字のイラストは、コンピューターのウィンドウを広げたり、携帯端末でズームインしたりすることで拡大できます。

索引のアルファベット順やページ参照が正しいかどうかはチェックされませんでした。

テキストでは「employés」と「employes」の両方が使用されています。

*** プロジェクト GUTENBERG 電子書籍機関車エンジンの運転と管理の終了 ***
《完》