／
／ ご
ダ゜ ゜
01 0? 03 0 /I 崎5: ≪; 皿<,(cm ）
1図4 . 1 −() 1
μR ＝7.5 5 c
但し。 乗り上げのない場合は5 c ＝弾性変形量とする。
孔 卜 肌
（5 ） 開 閉 荷 重
前項（4 ） におい て、線接 触に関し て、 接触面 の変形量 に対し転 がり 摩擦係数が算出で きる実験式が得 られた。式（10 ）でロ ーラの 巾と荷重 に対 し て接 触面の弾性変形量 が算出 で き、式(24) で荷重繰り 返し数、 ロ ーラ半径、及び、面圧（qO ／Hb ）に対し て塑 性変形量 を算出することが できるの で、こ れらを加えて接触面の 全変形 量を算出すること ができる から、任意の条件に対してロ ーラの変形 による 開閉荷重 の増加量を 算出するこ とが でき る。
図4 . エー6 2 は、各口− ラ寸法に対し て、ロ ーラ変形に より発生す る開閉 荷重 の増加量 が水圧荷重の何％であ るかをBHN を横軸 に示し ている。こ の図から増加率 に関し て次 の こ とが判る。
l
フ。
増加員％ ｅ 9 8 7 6 ５ 4 3 21 6
9 987 6 5 J 3 2 − 91
160 2≪3
ロ ーラ 径=50cm
2m BHN L ／μB. に ‥・
? 圃
L/D=0.35
ロ ーラ 径＝100 cm
7ro tD^UO
320 360
Prax/tH ISO 16−5・rr'tC3 (S
7
160 200 240 200 BHN
− し/0=0.15 ・ ■ レD ニfl,3S 図4 . エ ー6 2 （1 ／2 ）
乱 卜 62
32v) 360
噌加l％噌司i．‰ ａ り ぷ 7 6 5 4 3うJIs1c 9 8 7 6 ｓ 4 3 ・と l ａ1
ロ ーう(1= 150cm
9 7
7
160 2J0 2S0
BHN
― L ／片0.15 ‥ し.‑D=0.35
ローう径= 20ncrn
ぺI⁚jE日
作一 一 一一一
l 印 1‑×
2‑10 BHN
− レI卜0. 15 ごo
しD ニU.i5
2M 3ti3
図4. 1 −62 （2 ／2 ）
（1 ）増加率は面圧（qO ／Hb ）が大き くなると 大きくなる。0.6 以 下なら増え方は比較的 に低く、増加率は2 ‰前後で納まる。 0.6 を越えると急 激に増 加する。
（2 ）増加率はローラ径の増加に伴い大き くなる。 ロ ーラ径が 大きい範 囲で増え方は少なく なる。
O ）増加率はローラの巾／径（L ／D ）により 殆ど影響を受け ない。
(4 ）増加率はBHN が大きくなると大き くなるが、 その影響率 は僅少である 、
尚、増加率の算出に用いた変形ぶ:は弾 性変形 についてはロ ーラとレ ールの変形を 含み、
塑性変形についてはロ ーラ側だけを含む。ローラと レールの両方に塑性 変形が生じ る場 合 は、両方の変形量を算入する必要があ る。ローラ円周や レールの走行方 ㈲の変形 量分布が4.
卜U
均一である場合は塑性変形を考慮する必要はない。河川ゲート及びクレストゲートでは開 閉荷重は水圧力の50％前後のオーダになることが普通であり、数％の荷重増加は巻き上げ 機の機能的余裕で吸収し得る範囲である。高圧ゲートではローラ及びレールの塑性変形分 布は一様に近いと考えられることから、転がり摩擦の算出に塑性変形を考慮する必要が無 いと考えられる。
（6 ）実 機設計への適用
線接 触の場合の塑性変形を 伴う転がり 摩擦係が明かとなっ たので、 開閉機の能力 範囲で 変形量に拘束されない 設計を行 うこと ができる 。但し。加工 硬化 は無 限に進むとは 考えら れないので、 期待できる限界硬度 に配慮す る必要 があ る。従来 の実用 規格の様にロ ーラの 許容面圧をqo ＝βHb （(3 は比例定数）の形で簡 単に硬さ の みの関数とし て与 えると、塑 性変形を許容する設計では接触面に損傷が生じない点 のみしか 検討さ れない 。そこで塑 性 変形が生じてもころ がるこ とを前提として開閉荷重を設定し ておけ ば、より広い 範囲でバ ラン スのとれた設計 が可能と なる。この手法は開閉機の仕 様能力の格上げに直接 結びつく わけではない。既に、塑性 域での設計は行われてお り。多 くの水門 扉が開閉機能を 損なう ことなく稼働し ている事実は重 要であ る。
4.1‑ 64
4 ．1 −D 今 後 の 課 題
塑性領域におけ るロ ーラ・レ ール接 触部の変形及 び開閉 荷重に閲する本研究 の成 果は前 項迄 に述べ た通りであ る。塑性 領域におけ る現象 の大筋が 解明され、塑性領域 での 接触面 の設計に関する基本的 な考え方を示すこと ができ、実 機設 計に適用 でき る具 体的な 情報が 得 られた。 し かし、塑性領域 で利用し得るヘルツ応力の極限 が総ての ケースで見極わめ ら れたわけ ではない。本項ではロ ーラ・レ ールの適用条件を改め て示し、研究 の成果をこ れ に照 らし 合わせて、塑性領域を含めた接触面の設計手法を適用 性の高いものとす るため に 更に解決すべき課題が何であるかを明かにする。
−−4−−−− −−︲−︲−︲j・︲︲
に ）ロ ーラ・レ ールの適用条件
表4 . 1 一7 は ゲートの設計にお いてローラ・ レールが適用される条件範 囲を示す，
条 件 項 目 ロ 形
｜ 状
直径L
／D
ラ I R ／R'
に00 〜2500nn
( 線接 触)(
点 接触)
適 用 範 囲
一 一
1
！−−︲¶︲i
材
1塑1
性
変
形
0.15 〜0.35 く1
低合金鋼、ス テ ン レ ス 鋼 （ マ ル テ ン サ イ ト 系 、 オ ー ス テ ナ イ ト 系ト ー一一 一 一一一一￨
" ＝
1
− − − −
｜
｜ i
，
− ̲ ＿ ‑ . . ＿コ
一一 一 一
j
レ ー ル 料1；低合金鋼． ステンレ ス鋼・
（ マルテン サイト系、 オー ステ ナイト 系、l 二相系［ オーステ ナイト ＋マル テン サイト］）硬; a 一 ラ : B11N＝16O 〜350 度 ドレ 二 万 ￣￣｀￣
' B11N ＝ □0 〜400
負荷形式
・静水中 で操作され るゲート では静的 負荷、それ以外 の環 境で操作さI
i
負 荷 頻 度｜ 発 生 部 位
｜
‑ ミ〃 ミミ〜ミミミー
発 生 範 囲
ロ ― フ−
レ ー ル
べ る ゲ ー ト は 回 転 負 荷 。 詳 細 は 表4 . 1 −8 を 参 照 。 ＿＿ ̲̲̲̲
・＿・二
1 通 常 は ＜1 胆 程 度 。 も っ と 広 い 範 囲 で の 情 報 収 拾 が 必 要 が あ る 。 頻 ！11 度 算 出 方 法 は 操 作 環 境 に よ り 異 な る 。 詳 細 は 表/に 1 づ
ー‑‥一一 −−−−− −・‑ ・‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑j ロ ー ラ と レ ー ル の 双 方 に 発 生 す る と 考 え る 必 要 が あ る 。 1
㎜‑y‑W− 皿‑‑ →四㎜‑‑‑‑'皿‑"‑'￢㎜‑‑‑‑ 皿J‑‑‑‑‑‑W ← 〃 −W 四‑‑‑i
全 周 に 発 生 す る 。 短 期 的 に は 不 均 一一 分 布 と な る 可 能 性 が あ る が( 表!
乱 1.‑ 8 参照）、長 期的には均一方 向に向かうと考えられる。
" ミ ミ＝==に 〃W − ミ 〜ごミ 〃= ＝ ミJ 巾方向はロ ーラの 自由度分 だけ接触 面の長さより広いと考える必雲り があ る。高さ方向 は静水中 で操 作され るゲート は局所的、注水操作｜
を伴う場 合は限定的、 その 他は 全体的（ 詳細は表4 . 1 一8 ）‑
一 一 ‑ 一 一一 一‑一 一 表A . ！‑ フローラ・レ ールの適 用条件
乱卜 65
形状（ローラ）・材料・硬度、及び、塑性変形に関する条件について示した。塑性変形の 発生条件は扉体操作の環境や目的により異なるので、表4.1‑8 でその分析を行ったが、
試運転及び調整運転は対象外とした。ローラ形状に関する記号は図4.1‑2 及び4 に示 されている。
操 作 環 境 ／ 目 的
負 荷 方 式
レ ー ル 変 形 高 さ 範 囲
負 荷 頻 度 ＝n ー ラ 邨 数X 操 作 頻 度 ÷n He ロ‑ラ
レール ロ ー ラ 変 均
形 一 不 性 静
的 回 転
局 所
限 定
全 体
ロ ー ラ 係 数 n ロ ー ラ 係 数 n
静 水 中 操 作 む ○ ○ 接 触 確 率,3
2
接 触 確 率= 12
一局注 水 操 イ乍。2 ○ ○ 接 触 確 率 ≫4 中
流 水 申
流 量 制 御
， 0
○ 平 均 回 転 数 。5 1 通 過 ロ ー ラ 数,,T 1洪水放流 ○ ○ 平 均 回 転 数 。5 ロ ー ラ 片 側 個 数 低
流水遮断 ■o
o
22
注記 お 上下流水圧がバラン スの状態 での操イ乍。
3S 注 水 操 作 後 バ ラ ン ス 状 態 に し て 操 作 す る 。
。3 接 触確率＝2b/27r R 〜l
． 接 触確率＝（ 注水操作楊程＋2b ） ／ir.R 〜l
． 平均 回転数こ（ 平均操作 楊程 ＋2b ）／27:R 但し 整数で小数点以 下 切り上げ。
。 平均回転数＝（扉 高＋2b）／2 πR 但し 整数で小数点以下 切り 上げ。
μイ ロ ーラ通過回数＝（ 平均操作 楊程＋2b ）／平均 ロー ラ間隔
9 操作頻度におけ る操 作回数は文字通り の 意味で、往復操作は2 回とカ ウント する。
表4.1 −8 塑性変形 発生 薬イ牛の分析
（2 ） 今 後 の 課 題