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Saturday, June 04, 2011

石勝線スーパーおおぞら事故で視界不良のガラパゴスディーゼル特急

石勝線でまさかの事故が起きたのが先月29日(日)でした。北海道で起きた事故ということで、首都圏ではメディアの露出が少ないのですが、重大な意味を持つと考えますので取り上げます。

事故自体は推進軸の脱落により、脱線と燃料パイプ破損による車両火災ですが、発生地点がトンネル手前でトンネル内で緊急停止した上に火災で煙が充満する中、乗務員は乗客に車内待機を求める中、乗客の自主避難で全員無事というのがあらましですが、この中に幾つもの論点があります。順に見ていきます。

まず推進軸の脱落ですが、めったに起きないとはいえ、皆無ではなく、過去にも同様の事故は起きております。JR北海道でも室蘭本線を走行中の特急スーパー北斗で床下の減速機を固定する吊りピンの脱落で推進軸が外れて脱落し外れる事故が起きております。この部分はディーゼル車の保守上の弱点ということは言えます。

となると保守点検が万全であったかが問われますが、特定は容易ではありません。一番考えられるのは、直近の検査時点で分解後組立段階でのボルトの締め付け不足や一部部品の欠落などですが、仮にそうであったとしても、毎日の仕業点検で発見できなかったかが問われます。

また部品の品質に問題はなかったか、あるいは金属疲労等の経年劣化がなかったかなども問われます。この場合、納入部品メーカーの品質管理の問題と、JR北海道の納品検収及び在庫管理の問題に跨りますし、そもそも交換周期が適切であったかなども係わってきますので、事故原因の特定は困難を伴います。

あとトンネル内火災では、北陸トンネル事故の教訓から、トンネル内で停止せずに出口まで走り抜けてから停止し避難誘導する決まりですが、今回おそらく先に脱線が確認され、緊急停止した後に火災による煙の充満という時系列だったと見られますから、マニュアルどおりにトンネルを抜けることが叶わなかったことや、避難誘導を躊躇って車内待機を指示した乗務員の対応も一概に責められないところです。このあたりは専門家による再発防止対策協議会でも「非常時に乗務員が対応すべきことが多すぎる」という指摘もされており、議論の行方は興味深いですが、ここでは踏み込まないことにします。

余談ですが事故現場の第1ニニワトンネルは全長685mと短く、それ故に乗客避難も短時間で可能でしたが、西隣の新登川トンネルは青函を除いて道内最長の5,825mで、同トンネル内での火災であれば犠牲者が出た可能性もあり、将に不幸中の幸いでした。

そもそも日本のディーゼル車では主流となっている液体式駆動装置ですが、世界で見れば少数派で、ほぼ日本とドイツが中心です。仕組みはトルクコンバーターとクラッチすから、を組み合わせた自動車のトルコンATと同じですが、鉄道車両ではカーブ走行に備えて台車が首を振るボギー台車方式であり、床下架装のエンジンと、動力を伝える駆動軸との相対偏移が大きく、自在継手を組み込んだ推進軸に負荷がかかりやすい構造です。

加えて自動車用よりも強力なトルクを受け止めるわけですから、強度も問われるわけですが、これを実現するのは容易ではありません。実際日本とドイツを例外とし世界の鉄道用ディーゼル動力車の駆動方式は電気式が主流です。電気式ならばディーゼルエンジンで発電機を回し、台車架装のモーターを回すことができますので、ハイパワーを必要とする都市間列車や機関車ではほぼ例外なく電気式が採用されております。ドイツにおいても液体式は主にローカル輸送用のレールバスなどの軽気動車が中心です。

一方の日本では、国鉄が戦後ほぼ一貫して液体式を採用し続けたことで、世界にも例のない液体式大国となりました。当然推進軸をはじめ駆動装置の保守は手間がかかりますが、国鉄時代には液体式が日本とドイツで多いことを捉えて「使いこなす技術力の証し」という説明をしていたんですが、実際は戦前の設計のDMH17系のローパワーディーゼルエンジンで欧州基準ではローカル用レールバス水準の動力車を使っていたというのが正確なところです。特急・急行や勾配線区向けには世界的に例のない2エンジン車を用いることでパワーを補っていたわけですが、重量物のエンジンを2基も搭載しますし、特急など優等列車用にサービス電源として発電用ディーゼルエンジンも搭載するなどして、パワーウエイトレシオは悪く、電化の進捗と共に電車列車との性能差が目立つようになりました。

そういった中でDMF15/DML30系列の高出力エンジンが開発され、キハ181系、キハ65、キハ66・67、キハ40系、キハ183系などが開発されましたが、DMH17系よりはマシとはいえ、パワーウエイトレシオの劇的な改善には至らず、例えば181系では冬の奥羽本線板谷トンネル内でのスリップで排ガスが車内に充満して立ち往生し、冬季はEF71型電機を補機として連結しカバーするなどの対策を必要とするなど、ことディーゼル動力車に関しては、情けないぐらいしょぼい状況でした。

その状況に一石を投じたのが、国鉄の特定地方交通線対策で第三セクター鉄道として切り離されたローカル鉄道向けに富士重工が開発したLEカーと新潟鉄工のNDC及びこれらの後継車でした。エンジンや駆動装置、初期のものは車体に至るまで汎用品であるバス用部品を用い、高性能且つ低価格を実現したわけです。またその流れで国鉄末期に登場したキハ32,54,183などでは、直噴ディーゼルやエンジン直結クーラーなどバスでは当たり前の技術を取り入れることでパワーウエイトレシオを改善しましたが、液体式の駆動装置自体は継承されてきました。元々自動車のトルコンATと同等ですから、汎用の自動車技術を取り入れる流れの中でもある意味自然なことではありました。言い方を変えれば日本のディーゼル車はローカル線用軽気動車の域を出ることはなかったと言えます。

もちろん国鉄にも言い分はあります。元々ケープゲージ(3ft6in=1,067mm)と呼ばれる国際基準では軽便規格で且つ平野が少なく曲線の多い線路規格では、重量面で不利な電気式の採用は難しかったということは言えます。実際戦前には3連1編成のみですが、電気式のキハ43000とキサハ43500のDTD編成が製作され、武豊線で運用されたものの戦争激化で燃料不足であえなく休車。その後キサハだけは電車化されて飯田線で運用されるなど数奇な運命を辿りました。エンジン出力240psの高性能機関を搭載しており、電気式で戦後登場のキハ44000系の160psよりも高性能でした。

とはいえキハ44000も日本初のカルダンドライブが採用されており、電気式ゆえに軽量化が強く求められた結果ですが、後にそれが電車の軽量化、高性能化に寄与するのですから面白いところです。技術革新は必要が生み出すもので、且つ非線形的に発展し、しかも異種混合が飛躍のきっかけになるという意味では示唆に富みます。

そういう意味では80年代の欧州でも同様の技術革新が起こったんですが、意外なことに三相かご型誘導モーターを用いたVVVF制御の実用化がそれに当たります。しかし日本では大阪市営地下鉄が技術革新をリードしたように都市交通機関での採用が中心ですが、実は欧州ではディーゼル電気機関車の性能改善に用いられたのですから面白いところです。

元々三相かご型誘導モーターは、小型軽量且つ高性能で、特に直流直巻モーターのようにブラシなどの接点を持たずメンテナンスフリーですが、制御のためには三相交流電流の周波数制御が必要で、半導体技術が発展するまでは、同一周波数での定回転特性を活かしてケーブルカーの巻き上げ機など、鉄道の世界では限られた用途にしか使われておりませんでした。80年代にはパワー半導体の技術革新が進んだものの、鉄道車両用として単独で出力制御ができるレベルにはなかなか達しなかったんですが、ディーゼルエンジン側でも出力調整ができるディーゼル電気機関車ならば技術導入のハードルは相対的に低く、また軽量化にも寄与するという意味で好都合だったわけです。その後電気動力車へと展開されていくあたりは、キハ44000系のカルダンドライブとよく似ています。

一方、国鉄民営化でJR各社はいわゆる国鉄型と言われる多数の車両を継承したのですが、国鉄末期に登場した新世代車は少数に留まり、多数の老朽車両を抱えつつ地域密着サービスに励む結果となりました。そのため当初は国鉄末期型車両の増備から自社設計のオリジナル車にシフトしていくわけですが、ディーゼル車に関しては、ローカル輸送用ということもあり、LE-DCやNDCと同タイプの軽快気動車が中心でした。

その中でJR四国が脆弱な線路インフラでの高速化にチャレンジし、ディーゼル車ながら制御つき自然振り子システムを導入した2000系を登場させ、スピードアップを実現しました。非電化幹線でのスピードアップという課題への挑戦でしたが、それ故にさまざまな工夫がされましたが、ディーゼル車で自然振り子を作用させるためには、エンジンから発生する強大なトルクによる回転応力が振り子作用を打ち消してしまう問題を解決する必要があります。そのために2エンジンを点対称に搭載し、回転応力を打ち消すことで対策されました。そのため1機関2軸駆動とする方が駆動装置が集約されて保守上有利なところを敢えて2機関各1軸駆動という国鉄時代のスタイルがむしろ定着することになり、このレイアウトはJR北海道やJR西日本、三セク鉄道の智頭急でも踏襲されました。スーパーおおぞらで事故を起こした283系もこのタイプです。また2機関点対称で回転応力が打ち消されることで、車体のねじれ剛性の水準も下げられますから、結果的に車体の軽量化にも寄与します。

となると、床下架装のエンジンと台車の駆動軸との相対的な位置関係は、通常の非振り子車以上に大きな偏移が生じるわけで、大出力エンジンと共に推進軸がより大きな弱点となることでもあります。更にJR北海道では制御つき自然振り子+車体傾斜装置で更にスピードアップを狙っており、こうなると重心上の振り子と重心下の車体傾斜装置と2つの回転中心に対応する必要があり、より複雑なエンジンと駆動軸の相対位置関係となります。JR北海道はこれに更にモータ・アシスト式ハイブリッドシステムと増粘着研磨子の利用で最高速140km/hで函館―札幌間2時間40分程度で結ぶ計画ですが、JR北海道のモータ・アシスト式ハイブリッドシステムがトルコンの機能をモーターとインバータに置き換えるシステムですから、推進軸はそのままというわけで、折角の新幹線も青函トンネルの在来線併用区間では当面最高速140km/hに制限されるだけに、今回の事故の再発防止はJR北海道の将来を左右しかねない問題でもあります。

というわけで、今回の事故には、世界標準からかけ離れた日本のディーゼル車のガラパゴス化問題が絡んできます。同じ液体式でも大出力エンジン1機関2軸駆動を標準とするJR東日本はやや赴きを異にしますが、リゾートトレインにシリーズハイブリッド車を投入したり、非電化路線用にバッテリートレインの開発を進めるなどして、ディーゼル車のメンテナンスの弱点克服を意識した対応をしております。バッテリートレインに関してはJR西日本も開発を表明しており、今後の電力事情を勘案すれば、案外鉄道車両技術のメインストリームになる可能性すらあり得ます。

一方で重くて低出力のキハ40系気動車ですが、長寿命設計の堅牢ボディが幸いして、大出力エンジンに換装して活用する流れも根強くあります。ハイブリッド車に置き換えられつつあるJR東日本のリゾートトレインやJR九州の観光列車の多くが、40系の改造というのは偶然ではありません。特にJR九州では、はやとの風や指宿のたまて箱など、特急料金を徴収する肝っ玉ぶりです。

というわけで、やや気になる日本の鉄道技術のガラパゴス化ですが、ディーゼル車に留まらず、自慢の新幹線システムも世界標準から乖離した独自規格であることは度々指摘してきました。世界が300-350km/hレベルの営業運転を実現し400km/hすら射程に入れている一方、整備新幹線は事業費圧縮のために規格を落として整備され、新幹線整備法を根拠に最高速260km/hに制限され、沿線自治体の要望に応えて駅を多く作り過ぎる傾向があります。またリニアマグレブの開発にリソースが割かれている状況もあり、そうした政治的駆け引きにかまけて高速化の努力が停滞する傾向は否めません。原発事故でインフラ輸出のエースと目される高速鉄道プロジェクトですが、残念ながら現状では苦戦を免れないところです。

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Comments

「推進軸脱落」が主因ということで間違いなさそうですが、これは商業トラックやバスとほぼ同じ構造ですので、「振子式」であることを除けば、ガラパゴスとまで言えません。電気式ディーゼルでHybridとしているものは、やっと世界的にも開発段階を終えてきた状況ですが、なんといっても高コストが課題です。

さて、北海道のDC特急の事故ですが、やはり大きな問題は、燃料タンクを何らかの部品が突き破り、軽油が漏れ出し、とそこまでよしとしても、そのあと、燃料が過熱状態のエンジン回りに降りかかって引火、その火が結局車内をなにもなかった状態まで焼き尽くしたという点で車体構造としての問題があったと思われます。

タンクの床下の配置や、エンジン回りの防火、類焼防止など、また窓ガラスは本当にガラスだったのかとか、車内の内装材はこの程度の「難燃」で良かったのかなど、火災対策の規準を根本的に見直すべきですね。
軽量化のために燃えやすい材料を使っていたふしもあるのではないでしょうか。
もちろん、乗務員のマニュアルも然りですね。

Posted by: Hybrid | Sunday, June 05, 2011 at 04:11 PM

トラック、バスの駆動軸は固定軸でボギーしません。ですから前提条件が全く異なります。

実際今回の事故でも、台車側の減速機の吊りピンの脱落によって推進軸が外れて脱落したもので、トラック、バスでは考えにくいものです。このパワートレインのレイアウトは鉄道車両用としては保守上の弱点になり、だからこそ世界では少数派なのではないでしょうか。

車体の焼け方は確かに尋常でない感じですが、一応車両構造規則で定義された難燃材を用いているはずですから、もしも素材に問題があるとするならば、車両構造規則の方を見直す必要があるわけで、更に問題が広がります。基準を満たさない材料が使われていたならば論外ですが。

Posted by: 走ルンです | Sunday, June 05, 2011 at 08:59 PM

ボギー回転はしますが、スプラインで逃げる構造をご存知ですよね。スプラインのところで壊れたならご指摘ごもっともというところですが、十字継ぎ手付近から壊れたならご指摘はあたらないのではないでしょうか?

車体の燃え方をみると、車両構造規則の不備をうかがわせるということを指摘しておきます。

もし、新幹線でトランスの過熱などで発火して、同様に燃え広がったら、カプルンの火災事故のように、車体はなくなってしまうでしょう。

この際、規則の不備を検証すべきであることを述べさせていただきます。
それこそ、車両構造規則が「ガラパゴス化」していないことを願っています。

Posted by: Hybrid | Sunday, June 05, 2011 at 10:21 PM

あと、言い忘れましたが、推進軸は「方向」が異なりますが、TGVの機関車でも使用しております。
まあ、TGVも連節方式ですから、すでにガラパゴス化しておりますが。
なお、TGVも推進軸の脱落が原因で300km/h走行から脱線しております。

http://www.trainweb.org/tgvpages/wrecks.html
をご参考にしてください。

追加で、トランスが過熱で新幹線で火災が起こるかといわれそうなので、下記の事故例を述べておきます。

記事は見つからないのですが、ICE1の機関車が一両全焼しました。トランスの過熱です。トランスの冷却用のオイルに火がついたのです。

電車だから安心とは言えないのです。

Posted by: Hybrid | Sunday, June 05, 2011 at 10:44 PM

規則の不備の有無まではわかりませんが、尋常でない燃え方は確かです。

一つの要因としてはディーゼル軽油の自己着火特性が裏目に出たということはあります。トンネル内での燃料漏れは霧状になりやすく、エンジンの熱に反応しやすい条件が揃ってしまったという不運はあると思います。

軽油が燃焼すれば高熱が出ますから、それでも燃えない素材となると、金属やセラミックぐらいしか使えないとなる可能性もあり、現実問題としてどこまで素材の基準見直しで回避できるのかは何ともいえないところです。

そうなると鉄道でのディーゼル動力の利用を見直す可能性まで視野に入れるとか、少なくとも長大トンネル通過は規制対象となる可能性もあり、現時点では見通しにくいですが、かなり大きな議論になる可能性があります。

真相究明はこれからですし、今後も注目していきましょう。

Posted by: 走ルンです | Sunday, June 05, 2011 at 10:53 PM

3連ちゃんでたいへん失礼します。また、下記忘れました。
ICEでは上記の火災事故を受けて、電車方式のICE3の床下に搭載したトランスは、水冷としました。
自動車のエンジンの冷却システムと同じで、不凍液入りです。

では日本はどうかと申しますと、ガラパゴス化した構造規則にはなにも書いてありませんので、油と空気による冷却方式のままです。

Posted by: Hybrid | Sunday, June 05, 2011 at 10:54 PM

Hybridさんの問題提起乃至話題提供ありがとうございます。

仰るように規制に問題が生じても、今の日本では迅速に訂正できないというのは確かにその通りですね。安全神話の崩壊は原発だけの問題ではなさそうです。

日本全体がガラパゴス化しているのかもしれませんね。怖い話ですが。

Posted by: 走ルンです | Monday, June 06, 2011 at 09:34 PM

イギリスの非電化高速列車、イタリアの振り子電車、スペインの一軸台車連接型客車などと同様に、日本の狭軌振り子気動車も環境に合わせて独自の進化をした結果であると思います。世界的に珍しいということが即ネガティヴな意味を持つかどうかは判断がつかないです。

Posted by: Kay | Friday, June 17, 2011 at 02:01 AM

その振り子気動車で高速化をしてきたわけですが、今回の事故はそれの見直しを迫る可能性もあるという点で深刻なものです。原因究明が待たれます。

HSTもペンドリーノもタルゴも、高速列車として問題なく成立しており、同列には論じられないでしょう。尚、ペンドリーノは仏アルストムがライセンスを得ており、スイス、ロシア、フィンランドなどで導入されるなどセールスは好調です。むしろAGVですべりそうです。

Posted by: 走ルンです | Friday, June 17, 2011 at 11:50 PM

やはり「推進軸」と歯車減速機の回転止めの役割をする「止めピン」の脱落が原因でした。
これまでもよく事故を起こした例があり、メンテナンス上の要注意箇所なんでしょうね。
どうしてこのような設計を改善しないのか?よくわかりません。
メーカーも設計変更はリスクを伴う上に、費用をユーザーが負担しないので、やりたがらない。
ユーザーも失敗を恐れている。これでは永久によくなりません。
付け加えておきますが、強度などの設計ミスがあったわけではなく、メンテナンスのときに、
部品を正しく取りつけなかったことによる事故です。
このような場合は、折り曲げ座がねやナットなどがそのまま地上に落下しているケースが多いようです。

Posted by: Hybrid | Thursday, June 23, 2011 at 08:30 PM

メンテナンスのミスということのようですが、いわゆるヒューマンファクターとい視点から、やはり設計上の見直しは必要なんじゃないでしょうか。

このままだとJR北海道が計画する140km/h化は頓挫しかねません。というか、国鉄時代の車両メーカー=下請けという意識が強いんでしょうね。だから多少の無理難題でも受けてしまい、有意義なメーカー提案が出て来ないってことじゃないでしょうか。

結構深刻な問題です。

Posted by: 走ルンです | Thursday, June 23, 2011 at 09:25 PM

下請けなのか、孫請けなのか、わかりませんが、
国外のメーカからは、「日本のメーカはなぜ奴隷のような扱いを受けるのか?」などと言われるようです。

奴隷ではない扱いをしようと思えば、これまでのメーカの利権を御破算にして、国外のメーカにも参入できる道をとる必要があります。

メーカとしては、利権を守りたいから奴隷のような立場に安住しているのでしょう。

国外からLRVを輸入しても、その次の発注からは省庁主導で国産化される『よい国』なんです。

どちらがよいかは、立場により見方が変わるというところでしょう。

これが、高コストで低い技術力に依存という我国の技術の現状だと思います。残念ながら。

Posted by: Hybrid | Friday, June 24, 2011 at 10:15 PM

JRだけの問題ではないんですが、とにかく日本の企業はすべからく注文が多いというのは言われます。

外国企業は機械でも何でも汎用品を使い回しますが、日本企業はやたらカスタマイズを求め、またアフターサービスも丸投げということが多いようです。結果的にサプライヤーは儲からないから、下手なメーカー提案は損を被る覚悟が要るわけですね。

中国の高速鉄道が日本の新幹線のパクリと言われますが、シーメンスのコンビーノを官民共同でコピーしちゃう日本も褒めたもんじゃありませんね。

ってことは、中国もいずれガラパゴス化するかも(笑)。

Posted by: 走ルンです | Friday, June 24, 2011 at 10:59 PM

I always used to study piece of writing in news papers but now as I am a user of net thus from now I am using net for articles, thanks to web.

Posted by: winston xs blue | Monday, March 25, 2013 at 12:30 AM

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