蒸汽动力火车模型设计师Kozo Hiraoka的故事

蒸汽小虫今天将讲述蒸汽动力小火车的一位大师---Kozo Hiraoka先生的故事，这位可是位大牛，很多西方玩家的第一台机车模型都是从他的图纸著作开始入坑学习的，自从有了Kozo Hiraoka，制作蒸汽动力火车模型变得图样图森破。

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Kozo Hiraoka（平岡幸三）带给蒸汽火车模型玩家最多的贡献，当然是他那巨细无遗的图纸著作群，他设计出版的多本图纸著作使得他成为国际上蒸汽动力小火车玩家圈子里无人不知无人不晓的人物，也奠定了他在这个领域的个人荣誉和魅力。平岡幸三先生掌握有许多不同种类的金属加工技术和技巧，当然他最重要设计天赋就是能够成功地将大型原型火车设计成一个不仅忠实地代表真实外观的模型，而且逾越巨大的物理尺寸令模型以相同的方式运作起来。

此外，Kozo还采取了更加细致艰辛的方式来记录他的工作，向他人表明如何复制他的模型。这涉及到精致的机械绘图和清晰的写作能力。为了更多地面向西方玩家，他选用应用来完成他的图纸著作，并将这些著作首先以杂志连载文章的形式出现，在连载完成后再整理成专题图册。从美国人的眼中看来，平岡幸三先生所承担的任务非常艰巨，而且他已经将他所学到的知识以最基础玩家的视角展现出来。

Kozo为Live Steam杂志投稿连载图纸时候的杂志封面照

平岡幸三的生平和工作经历

平岡幸三于1937年生于日本的广岛，他后来的工作是三菱重工有限公司设计工业锅炉的机械工程师。随着60年代化学工业的快速发展，三菱公司扩大业务范围，包括工业工程例如石油化工厂建设等等，Kozo在他的职业生涯中参与了这些工作。每个项目都由各种设备和机械组成，他当时的具体工作是石油和天然气工厂的施工和调试，主要服务于中东国家的石油化工。 Kozo在60岁退休时，其雇主邀请他继续工作，协助进行多项工程。2002年他参与了日本出口到中国台湾的200公里“台湾新干线工程”。虽然Kozo不熟悉高速铁路技术，但是项目组邀请他加入，凭借他的经验交给他几个可以管理的任务。所以这位圈子里有名的火车模型设计师，还是曾经参与过真正的高铁项目工作的，呼哈哈。

年轻时候成为火车模型迷

当Kozo还是一名小学生时候，就被飞机和小型铁路机车模型所吸引。在三十年代初，他就有了打造7英寸蒸汽机车的梦想，并开始逐步实现他的梦想。这些初期的工作模式使他认识到：

（1）蒸汽火车模型可以用原型机车相同的原理运行; 

（2）他可以自己制作所有的模型零件;

（3）蒸汽动力小火车模型也可以拖拽客车车厢和搭载乘客。

根据Kozo图纸制作的几款蒸汽动力小火车模型

小火车模型工程中最重要的课题可能是“模型和原型无论外形还是工作原理都尽可能接近”。模型设计中面临着特殊的“几何效应”，一般说来模型越小，满足上述要求的设计就越困难。例如，在1/10级的模型中，其表面积减少到1/100，体积则为原型的1/1000，而空气，蒸汽和其他材料的物理性质保持不变，这使得模型在达成所需的设计原理时需要有特定的物理计算确定最优的参数，例如各种管道的内径的确定就是一个既需要经验又需要理论计算的工作。为了从DIY的难易程度与模型的运行绩效之间达成平衡，Kozo选择了比例1：16，轨距89mm的火车模型作为他的主要设计和制作方向。

年轻时的Kozo亲手打造的89mm轨距蒸汽动力小火车

建造不同类型的蒸汽动力小火车

在各种类型的蒸汽机车中，最具强烈特色是他设计的齿轮传动型机车模型：Shay，Heisler和Climax。这几款火车模型的原型车都是美国生产的。

在电力时代到来之前，蒸汽是唯一可用的机械动力源。这些机车的设计仅限于运输服务：在陡峭而粗糙的轨道上行驶运输货物。设计这些蒸汽火车的工程师都致力于实现所需的性能。因此每种类型的齿轮机车都具有鲜明的个性。为了构建这些齿轮传动机车的工作模式，Kozo当时有多个问题需要解决。例如，Shay型机车（谢式机车）具有一个多道偏心的曲轴：三道用于气缸连杆传输动力，六道用于控制气缸气道，而且需要设计轴座的具体位置。Kozo特意设计了一种从棒料加工单件曲轴的方法满足模型玩家的技术需求（蒸汽小虫将另写文章论述Shay型机车的模型制作，欢迎关注）。

Kozo设计的蒸汽动力Shay火车模型和所使用的曲轴制作技巧

Kozo的Heisler机车模型则配备了独特的V型发动机构造。其产生的旋转动力通过轴转动方法将动力送向轮轴并通过齿轮改变转动方向，这使得驱动力得以在轨道运转，可以说Heisler是讲求对称平衡的机车。（蒸汽小虫将另写文章论述Heisler型机车的模型制作，欢迎关注）。

Kozo的蒸汽动力Heisler机车模型和其蒸汽发动机构造

Kozo的另外一辆有齿轮结构的机车Climax（克拉美）需要五对斜齿锥齿轮，其中心线彼此偏离，其结构非常类似于当今汽车驾驶装置采用的准双曲面齿轮。最初的业余DIY爱好者似乎不可能加工这种齿轮，经过几年的研究Kozo根据锥形齿轮的相关理论成功地开发了计算公式，使得模型所需的齿轮可以通过业余爱好者的简单工具加工（要知道在几十年前，市面上是买不到小号的模型用金属伞齿轮的）。

Kozo给出的DIY说明包括如何计算齿轮参数和加工工具的尺寸，以及如何制作，热处理切削刀具，如何在车床上用自制的刀头加工齿轮。由于其设计的齿廓在机械几何形状上是合乎规范的，加工的斜齿锥齿轮运行平稳，具有优异的齿面接触图形。就斜锥齿轮而言，Kozo的Climax机车模型甚至比原型更加符合工程实践优化规范。蒸汽小虫不得不佩服，Kozo总能想到让玩家用手头的小机床就能DIY实现的方法（蒸汽小虫将另写文章详述Climax型机车的模型制作，欢迎关注）。

Kozo的克拉美蒸汽火车Climax模型和齿轮传动机构

上图是Kozo的一部分蒸汽动力火车模型大拼盘，摆出来得瑟得瑟

除了自己DIY蒸汽动力小火车，Kozo还设计，拍摄和制作模型图纸和模型操作说明书。Zoko认为与他人分享他的设计成果是件非常开心的事情，这也是他作为一代模型大师的最大贡献。

英语出版火车模型图纸增加了挑战

要通过Live Steam杂志发表这些机车模型的图纸，Kozo必须自己写英文文章。虽然他熟悉该领域的业务技术规格，但是将DIY制作整理成严格的图纸论文需要更多的技能。杂志编辑希望Kozo的图纸能在整本杂志中引起读者的兴趣，经过几次试验，Kozo发现最有效的做法是做一个英文句式比较表，显示他撰写的原始句子和由编辑发表文章重写的那些句式有何区别。在收到杂志社寄来的每一期杂志后，他通过比较每句话做出了表格，使得自己的英语写作水平得到提升。

Kozo为杂志社投稿的文章图摘

除了文本之外，将模型的设计思路传递给读者的最有效的工具是机械绘图。作为机械加工的标准语言，使用二维图纸显示具体尺寸，使用3D图便于理解。 Kozo用铅笔起草和上色所有的图纸。虽然他在业务上熟悉CAD，但他认为高质量的手工制作图纸对于读者来说是更贴切的，更有吸引力。

Kozo在亲手从事蒸汽小火车模型的图纸设计工作

在完成了三本DIY齿轮传动的机车模型图纸著作后，Kozo为初学者设计撰写了一部初学蒸汽动力小火车模型的图纸著作--- The Pennsylvania A3 Switcher（《宾夕法尼亚A3 Switcher机车，初学者入门》，蒸汽小虫曾经提及过本图纸著作）。后来又完成了一款新式的1920年代Shay型蒸汽机车的模型图纸专著。（蒸汽小虫将择机推出与这两款车型有关的模型制作文章，欢迎关注哟）

Kozo为初学蒸汽动力火车模型DIY菜鸟准备的图纸书籍

此时的Kozo仍然在Live Steam杂志连载发表他的K-27蒸汽机车模型，蒸汽小虫对Kozo的图纸设计和论文孕育效率表示再拜