屋台のブレーキの構造として多い、ブレーキレバーで車輪の外径を２個（左右で計４個）のシューで押さえてブレーキをかける「複ブロックブレーキ」について制動能力を検討する。
下記図１の「複ブロックブレーキ」は、左右の車輪の片側についてのもので、ブレーキレバー・ロッド・アジャスタブルロッドＡ・リンクＡ・シュー（アジャスタブルロッドＢ・リンクＢは、２個目のシュー用）で構成され、ブレーキレバーの左先端を下方へ押してブレーキをかける。図１は、構造的制約を無視してわかりやすく書いている。
制動能力は、ブレーキレバーを押す力により、シューが車輪を押しつける力 Ｐ と、ライニングと車輪外周の間の摩擦係数 μ１ で決まる。 |
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ここで求めたいのは、必要な制動能力と、それを達成するための構成部品の大きさ、すなわち、ａ2・ｂ・ｃ・ｄ の長さである。計算に必要な条件や係数などや途中経過は下方に記すことにし、結論を記す。
まず、必要な制動能力は、「 ブレーキレバーにかけた力 Ｆ２ で車輪がスリップする
」とする。これを式にすると次式になる。 |
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| ここで１例として、下表１のような設定のブレーキについて、長さ ａ2・ｂ・ｃ・ｄ を求めると次のようになる。計算結果、リンク比は ９．８ となる。これを １０ としたときのリンク比は ａ２＝１２５ｃｍ、ｂ＝２５、ｃ＝４０、ｄ＝２０ となる。これら ａ２・ｂ・ｃ・ｄ は、組み合わせで構造的制約などから合計 １０ になるようにすればよい。 |
 表 １ |
| 記 号 |
意 味 |
条 件・説 明 |
数 値 |
| Ｆ１＝Ｆ２ |
レバーを押す最大力 （ｋｇｆ） |
最大日本人の成人男性平均体重とする |
６５ |
| ａ２ |
ブレーキレバーの有効長さ （ｃｍ） |
－ |
１２５ |
| ｇ |
リンクＢとシュート車輪とのオフセット （ｃｍ） |
シューが２個なのでキャンセル |
０ |
| μ１ |
ライニングと車輪間の滑り摩擦係数 |
ゴム～鉄（鋼） |
０．７ |
| μ２ |
車輪と路面間の滑り摩擦係数 |
鉄輪～アスファルト（乾燥路） |
０．２ |
| Ｗ |
ブレーキが付いた軸の軸重 （ｋｇｆ） |
坂道のない場所 |
２，０００ |
| ηｅ |
ブレーキ系統の機械効率 |
厳密には、ブレーキ系統の構造によるがアバウト |
９０％（０．９） |
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| 以上を下図２に示す。この方法で各屋台の構造からμ１・μ２・Ｗなどの数値を設定して計算すればよい。 |
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| 特記事項 |
| ① シューと車輪の隙間を引きずらない程度に適当に保つために、レバーなどにストッパーとリターンスプリングを付け、また、隙間を調節するために、左右それぞれ２個計４個のシューのそれぞれへのロッドをターンバックルなどの長さを調節できるものにする。４個のシューの隙間が均等になっていないと、片方のシューを引きずったり、十分な制動力が得られない。４個のシューへ均等に自動的に力が伝わるような構造は考えられるがより複雑になるため、年１度、祭りが始まる前に隙間を調整するほうが得策である。 |
| ② リンク系の部材の強度は、剛性も考慮して、Ｆ２＝６５ｋｇで鋼材は降伏点、降伏点のない材料は引張強さに対し安全率をそれぞれ３～５程度にとる。 |
| ③ シューが１個の場合は、車軸にかかる荷重は、ブレーキ時には軸重の約１．４倍（上記設定の場合）になるため、構造的には複雑になるが向かい合う位置に２個とするのが望ましい。制動力が増えることはない。 |
③ ライニングの面積は、許容面圧の１．２～１．５で設定する。理論的に、ライニングの面積が大きくても制動力が増えることはないので、ライニングの面積は、ライニングの許容面圧と耐久性で決めればよい。鋼では、面積比の約７乗で摩耗量が減るとされており、どんなライニングでもむやみに面積を大きくする必要はない。面圧は、下の式の
Ｐ をシューの数（この例では４個）とシューの面積で割って算出する。
また、シューの形状は、細長いものはブレーキ時に変形し端部が有効に利かないため、富士山型にして十分な剛性を持たせる。 |
| ④ 重量の測定は、過積載の取り締まりなどに使われている「マット重量計・マットスケール」などと呼ばれる可搬式のものでも計れる。重量は、車軸の強度などいろいろな場合に必要であり、一度、全重・軸重を計っておくことが望ましい。 |
⑤ 制動力が大きすぎても、少しの力 Ｆ２ でロックし、制動力が減り、また、路面状態によっては、あらぬ方向を向いてしまうことがあるため、上記設定が必要十分条件であろう。
しかし、体重のある人などではロックする可能性があるため、「ブレーキは、急激にかけない」などをコーション・プレートで表示するのが望ましい。
自動車では、ロックすると制動力が減るため、制動力を有効に働かすために ＡＢＳ（Ａｎｔｉｌｏｃｋ
Ｂｒｅｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ）が付いており、ブレーキがロックしないようになっている。 |
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| 計算経過 |
図 １ の各記号は次表のとおりで、具体的な計算に使う数値を付記した。しかし、これらの数値は、例えば、屋台の重量（軸重）一つ取ってみても、重量を計量している屋台は非常に少ないであろうし、まして、μ１・μ２などの係数は、ライニングなどの材料も様々でわかっているものは、非常に少ないのが実情である。したがってこれらの数値は、いろいろな資料から類推したものであることをご了承いただきたい。
オレンジ色のピンは、台輪への固定支点である。 |
| 表 ２ |
| 記 号 |
意 味 |
条 件・説 明 |
数 値 |
| Ｆ１＝Ｆ２ |
レバーを押す最大力 （ｋｇｆ） |
最大日本人の成人男性平均体重とする |
６５ |
| ａ１ |
ブレーキレバーの長さ （ｃｍ） |
－ |
－ |
| ａ２ |
ブレーキレバーの有効長さ （ｃｍ） |
－ |
－ |
| ｂ |
ブレーキレバーと一体の腕の長さ （ｃｍ） |
－ |
－ |
| ｃ |
リンクＡの腕の長さ （ｃｍ） |
－ |
－ |
| ｄ |
リンクＡの別腕の長さ （ｃｍ） |
－ |
－ |
| ｅ |
リンクＢの腕の長さ （ｃｍ） |
－ |
－ |
| ｆ |
リンクＢの別腕の長さ （ｃｍ） |
－ |
－ |
| ｇ |
リンクＢとシュート車輪とのオフセット （ｃｍ） |
ｇ＝０ に設定すれば、前後進で Ｐ は変わらない。
また、シューを下記例のような配置で２個付ければ、ｇにより発生する力はキャンセルされる |
－ |
| ｒ |
車輪半径 （ｃｍ） |
－ |
－ |
| μ１ |
ライニングと車輪間の静止摩擦係数 |
ゴム～鉄（鋼） |
０．６～０．８ |
| 鉄（鋳鉄）～鉄（鋼） |
０．１～０．２ |
| 木～鉄（鋼） |
０．１５～０．２５ |
| ゴム～木（乾燥） |
０．６～０．７ |
| ゴム～木（湿潤） |
０．７～０．８ |
| 木～木 |
０．２ |
| ２輪車用ライニング～鉄（鋼） |
０．４～０．６ |
| 市販のライニング |
市販品の値 |
| μ２ |
車輪と路面間の静止摩擦係数 |
鉄輪～アスファルト（乾燥路）
この組み合わせは他に例がなく管理人の推定値 |
０．２ |
木輪～アスファルト（乾燥路）
この組み合わせは他に例がなく管理人の推定値 |
０．２５ |
| ゴム～アスファルト（乾燥路） |
０．５～０．８ |
| Ｐ |
シューが車輪を押す力 （ｋｇｆ） |
－ |
－ |
| ＢＰ |
制動力 （ｋｇｆ） |
シューの車輪を押す力 Ｐ による車輪を止めようとする力 |
－ |
| ＢＴ |
制動トルク （ｃｍ－ｋｇｆ） |
制動力で軸の回転を止めようとするトルク |
－ |
| Ｗ |
ブレーキが付いた軸の軸重 （ｋｇｆ） |
坂道のない場所 |
W |
| 坂道では、勾配により重心移動により変わるが、アバウト＋１０％とする |
１．１Ｗ |
| ＷＰ |
被制動力 （ｋｇｆ） |
ブレーキロック時に、車輪を引きずるときの軸重による抵抗力 |
－ |
| ＷＴ |
被制動トルク （ｃｍ－ｋｇｆ） |
被制動力のトルク |
－ |
| ηｅ |
ブレーキ系統の機械効率 |
厳密には、ブレーキ系統の構造によるがアバウト |
９０％（０．９） |
| ｐ |
ライニングの許容面圧 （ｋｇｆ／ｃｍ2）
（ライニングが異常摩耗しないための Ｐ による最大面圧） |
ゴム（タイヤ同等品） |
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| 鋳鉄 |
１０ |
| 木 |
２～３ |
| 市販のライニング |
市販品の値 |
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ブレーキ能力を算出する。まず、ブレーキレバーにかける力は、レバーを Ｆ１ の方向へ押せば効率がよいが、体重をかけて押すことができる垂直方向 Ｆ２ で計算するのがよい。
この Ｆ２ によりリンクを介して発生するシューが車輪を押す力 Ｐ は、下記の式で求められる。この場合、レバーやリンクは操作により回転し、それに伴い
ａ2などは変化するが、シューと車輪の隙間をシューを引きずらない程度に最小に保てば、各リンクの動きは少なく誤差範囲と考えてよい。
この式で「±μ１×｜ｅ｜」項は、前後進により±が変わるが、この例は「複ブロックブレーキ」なので２個のシューで相殺されて考慮する必要はなく、右式のようになる。 |
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この Ｐ にシューと車輪の間の摩擦係数 μ１ をかけると車輪を止めようとする制動力 ＢＰ になる。
これに車輪の半径 ｒ をかければ制動トルク ＢＴ になる。車輪外径と径の違うドラムブレーキなどでは制動トルクを使うが、この例の場合には制動トルクを求める必要はないし、
Ｐ ・ ＢＰ なども求める必要はない。 |
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ここで求めたいのは、必要な制動能力 Ｐ を得ることができるアームやリンクの腕の長さ
ａ２・ｂ・ｃ・ｄ である。
自動車など公道を走る車のサービスブレーキ（フットブレーキ）の制動能力は、道路運送車両法による保安基準や車輪式機械のブレーキ性能を定めたＩＳＯ３４５０、安全衛生法による構造規格などで、いずれも、ブレーキをかけたときの「停止距離」がきめられており、それに見合う制動能力を持たせることになる。
一方、屋台は、一部にだんじり祭や安房国司祭やわたんまちに見られるように駆けて引く例もあるが、一般的には、最大せいぜい小走り程度であり、自動車などと同一に考えることはできない。
そこで、屋台では、「制動能力＝車輪スリップ」としたらいいのではないかと思う。この車輪スリップとは、ブレーキをかけたときブレーキがロックし、車輪がスリップする状態をいい、車輪スリップ力
ＷＴ 、および、その力による車軸を回そうとするトルク ＷＴ は、次の式で求められる。
この場合、屋台にはサスペンションなどは付いていないので、平坦路面では、ブレーキをかけたときの軸重Ｗの変化はないと考えてよいが、坂道では重心の移動による軸重の変化があり考慮する必要がある。 |
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| この「制動能力＝車輪スリップ」 ＷＴ＝ＢＴは次のとおりである。 |
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| これから求めるリンク比は、次の式になる。シューは２個であるが、１系列して計算すればよい。 |
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