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zoom RSS 貨物列車200km/h運転に必要な出力(お遊び)

<<   作成日時 : 2017/01/04 18:40   >>

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北海道新聞の元日の記事から、第二青函トンネルの話題がまたtwitterで盛んだけど、そもそも、なんでそんなものが必要かと言えば、貨物列車のコンテナが風圧で吹っ飛んで危険だとか、貨物列車が遅すぎて邪魔だ!とか言う話なので、だったら、コンテナが飛ばないようにして、貨物列車を高速で走らせればいい。

平行ダイヤに近づけることができれば、青函トンネルを含めて新在供用区間の線路容量は余裕がたっぷりあるんだから。

では、貨物列車のスピードアップは可能かと言えば、単に強力な機関車を用意して、コンテナ車の台車を200km/h対応のものに履き替えればいい。

で、E1系をベースに考えてみる。E1系は定員乗車での軸重17tの設計でこれが新幹線上を240km/hで走っている。E1系の最軽量車両は自重53.6tで定員124人のE159形だから、人間と服・荷物の合計を平均55kgとすると、積車重量は60.4t。なお、コキ100系コンテナ車は自重+荷重で59.6tなので、コンテナ車の方が軽い。定員乗車軸重16tのE4系だとほぼ同等になる。

E1系12連の出力は9840kW。これで240km/hで走っている。青函トンネル上り12‰勾配やトンネル抵抗もあるけど、東北上越新幹線も別に平坦でもないのでこれを元に考える。

以下、数値のお遊び。

E1系のような2階建車両の前面投影面積は約14平方m、EH800などの電気機関車の前面投影面積は約12平方mになる。コンテナ車はISOの背高コンテナでもない限り電気機関車の陰に納まるので、ここでは考える必要がない。200km/h超の速度域での走行抵抗は空気抵抗が支配的なので空気抵抗だけを考える。空気抵抗は、前面投影面積×速度の2乗に比例する。空気抵抗係数は同等とする(つまりそういう形状の機関車を作る)。

E1系240km/hと貨物列車200km/hの空気抵抗の比は、(1.4/1.2)×(240/200)の2乗 なので、約1.7倍になる。ある速度で空気抵抗に打ち勝てる加速度を発揮するのに必要な出力は、「質量×速度×空気抵抗分の加速度」になる。貨物列車の軸重をE1系並とする。1000t貨物列車はコンテナ20両にD型相当機関車4重連とすると24両なので、E1系2編成と同じ重量になる。

よって、貨物列車200km/h運転に必要な出力は

M×240km/h ×1.7S = 9840kW×2
M×200km/h ×S = X[kW]

から、X=200*(9840×2)/(240×1.7)=9650kW

でいいことになる。モーター出力が10kW大きいE4系で計算すると約10000kWになるから、要は5000kW級EH型機関車を前後に付ければいいという程度。EF200より低出力の機関車重連だと思えばたいしたことはない。

まあ、軸重16tを守りつつコンテナフルカバーできるコンテナ車(総重量64t)を作れるかどうかってのは残るが。

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