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TOP       スチームエンジンの部屋です

初めてのスチームエンジン

エンジンの設計

アクリル製エンジン

船体(プラモ電動RC化)
救難艇
格納船RC化
赤外線「やまと」
船外機ボート

RCトレーラーヘッド

エンジンの製作(未着手

本格派スチーム船の製作

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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初めてのスチームエンジン

 毎年夏になると水が恋しくなり、船模型の構想が湧き起こるのですが、とりわけ今年は真夏日が連続し、とても日中は釣行など命がけの状況ですので、それでは憧れのタグボートでも・・・とHP検索。そこで見つけたのがスチームエンジン搭載の船。非常に浪漫を掻き立ててくれます、でもとてもとても高額、それでもめげずにまずは基本からと、下記の低価格の首振り式のスチームエンジンを入手。キット状態で、加工は全く不能ですので、一部溶接などの金属加工はオプションで加工してもらいました。

組立は、至って簡単。船に積込む計画ですから、車輪・クラッチを除いて完了。燃料はアルコール系のジェル状のもので、燃料を燃やすための受け皿が必要となりましたので、あれこれ使えそうなものを家中探し周りること1週間、結局見つからずに自信の無い、2mmアルミ板を加工して製作しました。単純な箱状のものですが、これでさえ金属切断、折り曲げ加工は工具も無く大変難儀しました。取っ手は金属製の洗濯ハサミで代用。
 運転は圧力調整バルブをはずしボイラーに水を入れ、燃料を受け皿に取り点火。一度目は蒸気が出る前に燃料鎮火。再度燃料を多めに追加して点火、しばらくするとチューブに水蒸気が送られたようで、フライホイールを少しまわしてやると、エンジンが動き出しました。大変感動です! 楽しくて2度も3度も動かしていました。しかし・・・・。
 これを船に積み込めるのだろうか? 無理です。 @排出蒸気の処理をしなければならない。Aピストンとシリンダーの取り合いが荒すぎ、シリンダー内部からの蒸気漏れがある。@Aで運転後は回りは水びだし状態となる。B動き出すときに人力で手助けが必要。Cボイラーとベースが直結のため、ベースがかなりの温度になる。D火力及び蒸気の調整ができないため、火力が弱まるとエンジンが停止してしまい安定しない。これらの問題を回避しなくてはならない、模型用のスチームエンジンが高額な訳が理解できました。

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スチームエンジンの設計

買えないなら自分で作ってしまえ、が信条ですからエンジン製作に挑戦です。でも金属加工は全くで自信が無いし・・・・。いっそアクリルで作って見ようかな。後日金属製の加工はCE社M氏にでもお願いするとして。HPの自作スチームエンジンを参考にとりあえず設計だけでも。

と設計図を描いて見ました。加工工程を減らすため、シンンダーはシリンダーベースと1体型で船舶模型用では必須の2気筒V型仕様。排気もパイプにより取り出し、排水処理をします。残るはボイラーですが・・・・。これはアクリルと言うわけに行きません。ここまでで今の所挫折しています。

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スチームエンジンの製作(アクリル材料)

さっそく設計図面を基に、アクリル材料でのスチームエンジンの製作にとりかかりました。単気筒としました、まずはシリンダーは内径6mm・外径8mmのアクリルパイプを使用、ピストンは外径6mmのアクリル棒を使用しました。アクリルパイプも内面は均一ではありませんが、こちらは加工によりさらに不均一になってしまいそうなので内面は無加工です。もちろんこのままではピストンとするアクリル棒はパイプに入りません、アクリル棒の切削加工を行いました。ウキ製作で使用しているミニ旋盤のドリルチャックにアクリル棒をセットし、パイプに合せて少しずつ、少しずつ切削をしていきます。この切削が平均に行くはずも無く、途中で挫折しそうになりましたが、なんとかパイプ内をスムーズに通るまでに加工を終えました。次にこのピストンにピストンシャフトをつけるための中心穴(2mm)の加工ですが、これまたウキ製作等で使用している卓上ドリルでの加工ですので、この辺かな〜の世界。3個チャレンジしてやっとほぼ中心加工できたのはわずか1個、これに2mm銅パイプを挿入接着してピストンとシャフトの完成、カムとの取り付けは2mmボルト用ワッシャーをシャフトに挟み込んで接着。次はシリンダーとシリンダーベースの加工です、シリンダーとなるパイプの片側をヤスリによりベースと接着する部分を平面切削。シリンダーとベースを接着した後、2mm穴空け加工、シリンダー上部をアクリル板で塞いでシリンダー部完成、シリンダーベースに抑え用2mmボルトを穴加工して接着しシリンダー部完成。次にエンジン本体となるベースの加工ですが、適当なアクリル3mm板に吸気口(3mm)と排気口(3mm)をあけ銅パイプを挿入接着、シリンダー部押さえ用2mm穴加工、シャフト用の8mm(ベアリング装着)の穴加工で完成。シャフトは手持ちの3mm銅パイプをアクリル板で製作したカムに接着。完成したものが下記のアクリル製スチームエンジンです。取り外していますがフライホイールは既製品を流用しました。

しかし、可動せず・・・・。ピストンとシリンダーの動きがスムーズになるように給油していましたが蒸気の熱により変化し、ピストンが固着してしまいました。アクリル用接着材の変化、あるいはアクリル自体も熱により変化しているのかも知れません。再度挑戦します!

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船体の製作-1(プラモデルRC化)     230409

スチームエンジンの入手は今のところ予算的に非常に厳しい状況であるため、以前その愛らしい姿に魅せられて調達してあったプラモデルを電動化及びRC化することとしました。

LINDBERG製     全長:305mm

船体の組立

プラモデルの製作は久々の作業です。言うことを聞かない震える指で小さい部品に苦労しながら、さらに猫どもと格闘しながら、なんとかのべ4日をかけ塗装までこぎつけました。指定色・デカールの指定場所はまったく無視してしまいましたが、結構仕上りは気に入っています。船室と操舵室に並列でLEDを設置し、RCでスイッチングする予定です。船首のイカリはプラ棒での自作したものを取り付けてみました。甲板部は前部、中央部、後部の三分割で取り外し可能でRCのメンテナンスを想定していますが、防水対策は今のところ全く施されていませんので、不安の残るところです。

電動化・RC化

電動化のための最初の作業はスクリューの回転のためのモーターの組込、操舵のためのサーボ組込でしたが、船の電動化は最初の挑戦であり、モーターの選択、スクリューの選択、モーターとスクリューシャフトの接合等とすべて未知の世界です。こんな時に役立つのがインターネットでの情報収集、コンセプトは大型船をも動かすようなまさに力強いタグボートをイメージしましたので、この船体でははるかにオーバーパワーかも知れませんが、下記を選択しました。
モーター Action M5モーター (低回転・高トルク型)1.5-9V軸径2.0mm 移殖のため変更
ギアダウンユニット 無し  移殖のため変更
ジョイント ゴムジョイント 移殖のため変更
スクリューセット シャフト軸径2mm・140mm長/スタンチューブ径3.5mm・110mm長/スクリュー 3枚・径30mm
送信機 手持ちのヘリ用FUTABA6chを使用 エルロンチャンネルにパワーコントロールをセットアップ、舵はラダーチャンネルを使用
受信機 Dynam6CH双葉用72.170(19)(とにかく安いためと5chスイッチで照明の切替を予定しているため)
アンプ Action P78 コンドル 2 AUTOSET Computer スピードコントローラー 移殖のため変更
ラダーサーボ E-MAX ES08A 8g
照明スイッチ リレー・スイッチ 未入手(入手が困難であり点灯は中止)
LED照明 フラットLED 3.2V 20mmA 並列 船室・操舵室  
バッテリー 2セル LI−PO 7.4V 700mA
2mmアルミ板で仮ベースを作り(最終ベース取付品はC社M氏に製作を依頼しました)、ギアダウンユニット・ジョイント・スクリューシャフトを仮設置してみたところです。スタンチューブは支えを含め接着固定しました、この内部に防水用のグリスを注入しなければならないとの事です。

舵パーツに2mmドリルで穴を開け、2mmシャフトを挿入接着固定し、船体に固定したパイプ(外径3mm、内径2mm)に通し、シャフト上部を手許にあったアルミストッパーを組み込んだサーボホーン(スペースの都合で裏返し)で固定しています。このホーンをラダーサーボに連結し操舵します。

RC機器の搭載

ベース製作を依頼していた、M氏より完成の連絡を受けて早速搭載しました。さすがプロです高さ・幅も寸分の違いも無く、予定通り収まりました。スタンチュープ内と舵取付パイプにグリスを注入しました。受信機、パワーコントローラーは後部甲板の裏に両面テープで貼り付けてあります、ラダーサーボはベースに2箇所両面テープて固定しました。バッテリーは手持ちのバッテリーの中で一番軽量なLI-PO 2セル 7.4v 700mAをキャビンに収納してあります。タグボートらしく古タイヤ(ミニ四駆用タイヤを半分に切って使用)を配置しました。仕上り重量は予想通りかなり重くなってしまい、風呂に浮かべて見ると喫水線を若干上回ってしまいましたが、走行の姿は重量感があり満足ですので完了とします。・・・・って軽量化なんか今のオラには無理、無理!

最終外装

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タグボートRepair       20160827

重量オーバーで船縁ぎりぎりまで水位が来てしまい航行不能状態に加えて、救難艇製作時に部品を流用され無残な姿となっていたタグボートでしたので、軽量化と伴に手を加えることとしました。

仕様変更

モーター E-SKYヘリ用テールブラシモーター
ジョイント 2mm-2mmスプリングジョイント
スクリューセット 【変更無し】シャフト軸径2mm・140mm長/スタンチューブ径3.5mm・110mm長/スクリュー 3枚・径30mm
送信機 FUTABA 6ch-40Mhを使用 エレベータチャンネルにパワーコントロールをセットアップ、舵はエルロンチャンネルを使用
受信機 GWS 4CH双葉用40MHz
アンプ

【変更無し】Mtroniks Viper Marine15(100% 防水 )

最大電流: 15A
機能:

前進・停止・後進

動作入力電圧: 6.0V - 12.0V
BEC: 5V1.2A
サイズ: L39.0mm x W34.0mm x H13.0mm
重量: 55.0g
ラダーサーボ 【変更無し】E-MAX ES08A 8g
バッテリー 【変更無し】2セル LI−PO 7.4V 1100mA もう少し容量を減らして軽量なバッテリーにしたいですね・・・・。

造作追加

手摺追加 真鍮手摺を各所に追加

スイッチ交換 スライドスイッチからトルグスイッチへ交換

アンテナパイプ アンテナパイプを取り付けました。

モーターマウント キャビン部分を取り外したところ。受信機、モーター・サーボはアルミマウントに強力両面テープにより固定、ラダーサーボもリンケージ変更により向きを変更。今後アンプ(水冷式)・ブラシレスモーターへの積み替えを予定しています。それにしても小型のブラシモーター用アンプ(バック付き)がなかなか見つかりません。

冷却用ポンプの構想

 

LED照明

今度こそLED点灯を目指して、ソリッドスイッチを入手しました。未取付

ソリッドステートスイッチRSS-010-HVタイプ仕様
動作受信機電圧範囲: 4.5Vから6.0V

スイッチ:

30V  4A が2回路

重量:

3.5g

サイズ:

幅13mm 長さ32mm 高さ9mm

未施工   

新旧比較

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新旧比較

手直し後

手直し前

手摺もプラ材から真鍮に変わっただけで、外観上はほとんど変化ありませんね、ロープ等の擬装品も少し増加しています。後に腰を掛けていた船員1名は海に落ちたのか行方不明になってしまいました。

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冷却用ポンプ構想

水冷用アンプ30Aを入手し搭載を目論んでいるところですが、現在使用中のモーターで冷却が必要かどうか不明ですが、船体から排水されている姿を想い浮かべてしまうと、虫が治まりませんので、挑戦となりました。
簡単な構造図です、構造は比較的単純そうなサイドスラスターと同様としました。

実際製作したものは、手持ちの材料の寄せ集めとなり、構想図面と随分かけ離れてしまいました。本体は内径9mm・外径12mmのアクリルパイプ、給排水パイプは内径6mm・外径8mmのアクリルパイプを使用。軸受けとして外形8mm・内径3mmのシールドベアリング2個(ベアリング装着部は肉厚2mmのパイプを使用)を使用、軸はアルミパイプ外径3mmに塩ビ羽長さ約5mm・幅2mmを接着し、ゴムジョイントを介して6mmモーターへ繋いでいます。試験状態のためテープ仮固定としています、下段は分解したところです。アクリルパイプ同士の十字接合部の加工は苦労しました、構想図面のように給排水パイプがもう少し本体パイプの中心寄りになるべきと思われますが、密閉状態も良好に仕上がりました。もう少し綺麗にできると良いのですが・・・・。これから水を通しての排水状況を見ます、軸受部からの漏水がどれ程か、羽の取付を瞬間接着剤で行っていまのでどれ程の耐久性があるか気になる所です。
揚水能力がほとんど出ません。羽形状が悪いのか、羽の回転数が足りないのか、モーターのパワーが足りないのか(試験は1.5V乾電池駆動)、私の製作技術では構造的に羽回転をスムーズにするのが精いっぱいの状態です。
再度羽形状をパイプ内径に合わせ、給水パイプも本体中心に寄せて見て新たに製作し直しましたが、結果はほとんど変わらずと言う結果となりましたので、モーターをパワー・高回転を目指して12mmに換装して製作したものです。3.7V・5.0V・7.4Vで試したいと思います。
 
新たな構造の製作にチャレンジとなりました。
 

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冷却用ポンプ構想その2              20160904

サイドスラスターと同構造として結果を出すことが出来ませんでしたので、ポンプの方式を変えての挑戦です。そもそもサイドスラスターはポンプと言うよりは動力装置の補助として分類されているようで、これにポンプの役割を持たせようとしたのが無理のようです。ポンプの種類を調べてみるとその構造上からさまざまな構造を持つポンプがあるようです、遠心式ポンプ、プロペラポンプ、粘性ポンプ、往復式ポンプ、回転ポンプ等に分類され、その中でも数種類に細分されるようです。はたしてどれが揚水して循環させるのに適合するのか? 構造的に製作が可能か? 中でも遠心式に分類される渦巻ポンプは構造も比較的単純で製作可能と思われましたので、さっそく図面の作成です。

ポンプ本体はアクリル(水漏れを無くすため厳密な整合性が求められますので加工を業者にお任せしました)、本体が出来上がってくるまでに自分で製作できるところは・・・・。
羽根車の製作です、0.5mm厚塩ビ板を直径24mmでサークルカッターで2枚切り出して、2枚の円形を整えるために2mm穴を開けて2mmビスにナットで固定して、旋盤で周囲を整えます。次に軸固定側に羽の取付位置を印した箇所に羽を接着して、上下をずれの無いように接着固定しました。3Dプリンターがあれば・・・・。

羽根車給水側を給水用に2mmから6mmの穴に広げた所です。

回転試験用に2mmビス・ナットを取り付けた状態です。

インパクターに2mmビスを咬ませて高速で回転させた様子です、思いの他ブレが無く、にんまりです。画像は少しピンボケのようですが・・・・。

2mmビスをステンレス12mmに交換し、ベアリング内にベアリング巾6mm+0.2mmに加工した外径3mm・内径2mmのアルミパイプを通して、2mmビスにワッシャー、外径8mm・内径3mmシールドベアリングを二段重ねし、ワッシャー、ステンレスネジで固定した所です。

外径12mm、内径8mmの仮アクリルパイプにベアリング部を圧入し、モーター(当初は7mmモーターを予定していましたが、高回転が求められることから外径12mmのモーターへと変更しました)と2mmビスの間にゴムジョイントを咬ませて、内径12mmアルミパイプを外径12mmのアクリルパイプに圧入したところです。

1.5v乾電池による回転試験です、ほとんど回転ブレが出ていません。これで丸一日の作業となりました。あとは依頼したアクリル本体の到着を待つばかりです。どの程度の水圧が期待できるか楽しみです。水圧が期待できればポーラスターに放水銃など装備したいものです。洗面所での回転試験を行いましたが、かなりの水流が発生しましたので本体組み込みが楽しみです。

本体部材待ちでしたが、アクリル部材が到着しました、上下に押え用ビスの穴開けをしてスペーサーを挟みナット締め、給水側に6mmのアルミパイプを装着、ポンプ本体に排水用のアルミパイプを装着して完成、モーターベース代わりのアルミパイプはテープで仮止めです。1.5V乾電池使用で、高さ約5cmまでの排水が確認できました。ボルトアップにより必要な水量が送り出せる見通しです。

電源1.5Vでそこそこの結果が出て、3V以上での高回転とすることで更に良い結果が期待できるところとなりましたが、もっと効率的な水流を発生させるポンプ方式は・・・・?WEB検索、検索! 渦巻方式からタービン方式へ。可能な限りの案内板を取り付け、小口径の回転羽を高回転させることで、効率のよい水流を発生させるもののようです。

タービン方式、期待以上の水流が発生しました!(3.7V) 1号機(渦巻方式フィン)もさっそくタービン方式フィンとしました。水圧が高まった分モーター側への水漏れの懸念が発生すると思われますので、水密対策が必要と思われます、現在模索中です。

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