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日本國鐵ED77型電力機車

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ED77(ED93)
JNR ED77-1.jpg
保存在新幹線綜合車輛中心的ED77 1號機車
概览
类型 电力机车
原产国  日本
生产 日立制作所東芝
三菱电机三菱重工业
生产年份 1965年—1970年
产量 16台
主要用户 日本 日本国有铁道
技术数据
华氏轮式 0-4-4-4-0
UIC軸式 Bo'2'Bo'
轨距 1,067毫米
轮径 1,120毫米
轴距 2,500毫米(兩端轉向架)
1,600毫米(中間轉向架)
机车长度 15,000毫米(原型車)
15,800毫米(量產車)
机车宽度 2,800毫米
机车高度 4,260毫米(降弓状态)
整备重量 75.0吨
受流电压 AC 20kV 50Hz
传动方式 交—直流电
牵引电动机 MT52 × 4
最高速度 100公里/小时
持续速度 49.1公里/小时
牵引功率 1,900千瓦(小时)
牵引力 14,100公斤(持续)
制动方式 EL14AS自动空气制动机、手制动机
安全系統 ATS-S

ED77型電力機車日語ED77形電気機関車)是日本國有鐵道交流電力機車車型之一,适用于供电制式为20千伏50赫兹的工频单相交流电电气化铁路

发展历史[编辑]

原型车[编辑]

1960年代中期,作为日本国铁标准型交流电力机车的ED75型电力机车已经投入批量生产,并开始在常磐線東北本線等主要干线投入运用。因应东北地方部分轴重限制较低的支线铁路的运输需要,日本国铁决定在ED75型电力机车的基础上,开发研制一种轴重较轻的新型交流电力机车。1965年,日立制作所成功试制了首台原型车,称之为ED93型电力机车(ED93 1)。

从1960年代起,随着电力电子技术在牵引传动领域的快速发展,世界上已经出现了以可控硅整流器取代调压开关和硅整流器的趋势,晶闸管相控调压的交—直流电传动电力机车也渐趋成熟。在此背景之下,ED93型电力机车成为日本第一种晶闸管相控电力机车,采用晶闸管四段半控桥式整流电路,实现了机车主电路和控制电路的无触点化,并提高了电力机车的粘着牵引性能。为适应线路条件较差的支线铁路,ED93型电力机车还采用了Bo-2-Bo轴式,无动力的中间转向架具有可变轴重功能。另外,由于东北地方的冬季严寒环境,ED93型电力机车亦特别加强了防寒防雪性能[1]

ED93 1号机车出厂后首先配属于作并机关区,并在仙山線、东北本线进行性能试验。1966年1月,开始在仙山线进行牵引试验,担当仙台作并日语作並駅间客货列车的牵引任务。1968年3月30日,该原型车在郡山工厂(今郡山综合车辆中心日语郡山総合車両センター)按量产车的标准进行了改造,改造内容包括加装车端贯通门及重联控制系统等。完成改造后该机车改称为ED77 901号机车,并与其他量产车共同运用[2]

量产车[编辑]

ED77型电力机车牵引50系客车(1987年)

1967年,根据ED93 1号机车的试验结果,正式定型为ED77型电力机车并投入批量生产,当年由日立制作所、三菱电机三菱重工业东芝公司共制造了首批14台机车(1~14)。与原型车相比,量产车的车端中央部分加装了贯通门,还增设了KE77型电气连接器和总风管等重联控制装置;机车长度由原来的15000毫米延长至15800毫米,并改善了机械室内高压电器设备的布置方式[2]

1970年,三菱电机、三菱重工业生产了最后一台ED77型电力机车(15),除了改为使用MT52A型牵引电动机外,亦改进了空气压缩机、制动阀和前窗玻璃发热线的设计[3]

机车编号 制造年份 制造商 新造配属 制造目的 生产预算
901
(ED93 1)
1968年改造
(1965年新造)
郡山工厂
(日立製作所)
福岛机关区
(作并机关区)
支线铁路用交流电力机车研制 昭和39年度第1次債務
1~7 1967 日立製作所 福岛机关区 磐越西線郡山喜多方日语喜多方駅間電化開業 昭和41年度第1次債務
8~10 東芝
11~14 三菱電機
三菱重工
15 1970 磐越東線・西線直通貨物列車增發 昭和44年度第2次債務

运用历史[编辑]

1967年2月,磐越西線郡山至喜多方区段完成交流电气化,ED77型电力机车亦开始在该线正式投入运用。虽然全部ED77型电力机车均配属于福岛机关区(今福岛综合运输区日语福島総合運輸区),但通常由会津若松运输区日语会津若松運輸区支配运用和管理,福岛机关区则负责对机车的检修维护。

当时,日本国铁还曾经考虑在仙山线和田澤湖線投入ED77型电力机车,但后来仙山线开始使用与奥羽本线直通运行的ED78型电力机车,而田泽湖线的定期货物列车全部停运后,再配属交流电力机车已无任何意义,因此临时货物列车只使用DE10型柴油机车牵引,线路强化改造后则改用ED75型电力机车。

1986年,901号原型车首先除籍报废[2]。1987年2月,1~8号机车也正式报废。1987年4月,国铁分割民营化后,东日本旅客铁道(JR东日本)继承了其余ED77型电力机车(9~15)。随着磐越西线对线路建筑进行强化改造,使ED75型电力机车也能够投入该线运用,最终所有ED77型电力机车于1993年停运报废[2]

技術特點[编辑]

总体布置[编辑]

司机室[编辑]

ED77型电力机车是客货运通用的交流电力机车,适用于供电制式为20千伏50赫兹的工频单相交流电气化铁路。车体两端各设有一个司机室,司机室内机车运行方向的左侧设有司机操纵台,右侧设有副司机座席及手制动手柄,司机室两侧设有供乘务员乘降的侧门,司机室上方车顶装有两盏密封光束灯英语Sealed beam式前照灯。原型车的两端采用非贯通形式,并装有大面积前窗玻璃以改善司机的瞭望视野。因应机车重联运用的需要,量产车改为采用贯通型的车端结构,司机室前端中央设有贯通门,以便乘务人员通过到另一台机车[1]

机械室[编辑]

为了方便司机和检修人员的操纵和维护工作,ED77型电力机车尽可能采用与ED75型电力机车相同的设备布置方式。车体中部是设有各种机械及电气装置的机械室,其中重量最大的主变压器安置于中央位置,一端方向设有牵引电动机通风机、旋转式劈相机、交流滤波器、控制电器等设备,二端方向设有可控硅整流器、电动空气压缩机、励磁电阻器等设备,机械室内设有贯通式双侧内走廊连接两端司机室。车体下方除了有三台转向架之外,还吊装着两个总风缸。为了提高机车的防雪防寒性能,车顶上的高速断路器避雷器等高压电气设备改为安装在车体内部,外置的高压设备只有两台PS101型双臂式受电弓

此外,ED77型电力机车的通风系统也和ED75型电力机车有所不同,车身两侧各设有五个通风百叶窗和采光玻璃窗,主变压器和整流装置等主要电气设备的冷却空气均取自车内,夏季时从机械室内吸入冷风后经车顶通风口排出热风,而冬季时则关闭车顶通风口并改为室内循环方式,以改善室内保温性能和减少车外冷风吸入量[1]

车体结构[编辑]

ED77型电力机车采用轻量化整体承载式全钢焊接结构箱型车体,车体全长14,200毫米(量产车延长至15,000毫米),全宽2,800毫米。除了车体长度延长及室内循环冷却外,车体结构与ED75型电力机车基本相同。

电气系统[编辑]

主电路[编辑]

ED77型电力机车是交—直流电传动的整流器式电力机车,机车主电路由空气断路器、主变压器、整流器、牵引电动机、平波电抗器、电路保护装置等部分组成。机车从架空接触网获取高压交流电,首先由主变压器降低电压,再通过可控硅整流器转换成脉流电(即方向不变而只有电压变化的直流电),然后供电给四台并联的牵引电动机。

ED77型电力机车采用了晶闸管相位控制的调压方式,取代了ED75型电力机车的磁放大器级间相控调压。考虑到功率因数谐波干扰的因素,采用了晶闸管四段半控桥式整流电路,整流器由反并联连接的晶闸管二极管组成整流桥,利用相位控制直接进行无级调压,不仅提高了电力机车的粘着牵引性能,还可以取消笨重的有触点式调压开关[1]

控制系统[编辑]

为了起动平稳和有效利用粘着重量,机车采用了单闭环恒压控制系统(AVR),它是由司机控制器、给定器、比较器、自动脉冲移相器(APPS)、电压反馈系统等部分组成,首先通过对牵引电动机回路负载电压的检测,得到相应的反馈信号电压,并与给定器(定时磁放大器)输出的基准信号电压进行比较,如果负载电压与基准电压不同则产生一个偏差信号,使移相器发出一个相位与基准电压有一定函数关系的脉冲信号,以此来触发晶闸管和改变控制角大小[1]

主变压器[编辑]

机车装用一台TM916型芯式单相主变压器,冷却方式为强迫油循环导向风冷却,额定容量为2290千伏安,变压器次边有三个绕组,包括一个向主电路供电的牵引绕组、一个向辅助系统供电的辅助绕组及一个向旅客列车供电的供电绕组。主变压器和平波电抗器采用一体化结构,安装在同一个油箱内并共用一组冷却系统,减少了电气装置的体积和重量[1]

整流装置[编辑]

整流装置采用RS905型可控硅整流器,冷却方式为强迫通风冷却,额定功率为2400千瓦,额定整流电压为1200伏特,额定电流为2000安倍;全车共使用256个半导体元件,包括160个DJ16型硅二极管(最大反向电压为1300伏特,最大反向脉冲电压为1600伏特,平均整流电流为280安倍)和96个CJ02L型晶闸管(最大反向电压为1200伏特,额定整流电流为250安倍)[1]

牵引电动机[编辑]

每个两端转向架安装两台MT52型四极串励直流牵引电动机(15号机车改为使用经改良的MT52A型),小时功率为475千瓦,持续功率为425千瓦,额定电压为900伏特,定子绕组采用环氧树脂浸渍绝缘以提高绝缘及耐热性能。牵引电动机回路串接有平波电抗器,以减少整流电流的脉动成分和改善电动机的换向性能。为扩大机车的恒功调速范围,还可以对牵引电动机使用一级磁场削弱,削弱率可达60%。

电气供暖[编辑]

和ED75型电力机车一样,ED77型电力机车亦设有列车供电系统,能够在冬季为旅客列车的电热取暖装置直接供电,由主变压器的供电绕组向列车输出1498伏特单相交流电,额定容量为380千伏安,司机室侧门旁边并装有一盏供电状态指示灯。机车两端设有KE3型供电插座,通过供电线与列车连接。

辅助电路[编辑]

机车的辅助电路系统主要采用三相交流传动。牵引电动机通风机、电动空气压缩机等均采用三相鼠笼式异步电动机驱动。辅助电路系统由主变压器辅助绕组供电,并由一台旋转式劈相机将单相交流电转换成三相交流电,额定电压为400伏特50赫兹。另外还设有一台小型电动发电机,为控制电路、照明电路、蓄电池充电供应100伏特直流电。

转向架[编辑]

机车走行部为三台二轴转向架,包括两台DT129型两端转向架和一台无动力的TR103型中间转向架。

两端转向架[编辑]

两端转向架与ED75型电力机车的转向架完全相同。构架采用“日”字形的钢板焊接结构,轴箱采用导框式定位结构,转向架固定轴距为2500毫米。牵引电动机悬挂装置采用轴悬式,牵引电动机的一侧通过抱轴承刚性地支承在车轴上,另一侧通过橡胶弹性元件悬挂在转向架构架上,牵引电动机输出的转矩通过一级减速齿轮传动轮对,齿轮传动比为4.44(16:71)。

转向架采用无摇枕的全旁承支重结构,车体全部重量通过四组旁承弹簧由两台转向架支承。一系悬挂为轴箱顶端螺旋弹簧,二系悬挂为构架外侧的旁承弹簧,旁承弹簧采用每侧两个并联的螺旋圆弹簧组,并配有垂向油压减震器。此外,车体和转向架之间还设有回转限位装置和抗蛇行减震器。牵引力和制动力通过“Z”字形低位斜牵引杆装置来传递。牵引杆和牵引拉杆座呈对角斜对称布置,与连接于构架下的三角形回转支承和横向连杆组成牵引杆系统,使牵引杆的牵引点交于轨面,理论上转向架内无轴重转移,以充分利用机车粘着重量及减少轴重转移[1]

基础制动装置为双侧闸瓦制动,每个轮对左右各设有一个制动缸,并设有制动横梁以保证两侧闸瓦同步作用,另外还设置了闸瓦间隙调整器。

中间转向架[编辑]

ED77型电力机车是继ED72型电力机车之后,第二种采用可变轴重中间转向架的国铁电力机车。转向架构架采用“U”形侧梁的钢板焊接结构,固定轴距为1600毫米。中间转向架亦采用旁承承载,中央悬挂装置采用空气弹簧。中间转向架和车体之间还设有横向滚动装置,以便机车通过曲线。

为适应线路条件较差的支线铁路牵引需要,ED77型电力机车具有轴重调整功能,通过调节中央空气弹簧的内部压力,改变两端和中间转向架的轴重分配,使动轮轴重可以根据线路条件而设定为14、15、16或16.8吨。该功能不仅扩大了机车的使用范围,还能在牵引列车起动时采用较大的轴重,以提高粘着性能[1]

車輛保存[编辑]

參考文獻[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 佐々木昭夫、武井謙二、石塚猛、平野坦. サイリスタ式ED93形交流電気機関車. 《日立評論》 (日立製作所). 1966年4月, 48 (4): 64–69 (日语). 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 ED77形交流電気機関車. I TRENI~失われし鉄道車両を求めて. [2013-12-17]. 
  3. ^ ED77 1~15. Kanorail. [2013-12-17].