日本国铁EF80型电力机车
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EF80 | |
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保存在大宫综合车辆中心的EF80 36号机车 | |
概览 | |
类型 | 电力机车 |
原产国 | ![]() |
生产商 | 日立制作所、东芝、 三菱电机、三菱重工业 |
生产年份 | 1962年—1967年 |
产量 | 63台 |
主要用户 | ![]() |
技术数据 | |
UIC轴式 | B'B'B' |
轨距 | 1,067毫米 |
轮径 | 1,120毫米 |
轴重 | 16.0吨(早期型) 16.3吨(后期型) |
轴距 | 2,212毫米 |
机车长度 | 17,500毫米 |
机车宽度 | 2,805毫米 |
机车高度 | 3,580毫米(轨面至车顶平面) 4,240毫米(降弓状态) |
整备重量 | 96.0吨(早期型) 97.8吨(后期型) |
受流电压 | AC 20kV 50Hz DC 1500V |
传动方式 | 交—直流电 |
牵引电动机 | MT53 × 3(早期型) MT53A × 3(后期型) |
最高速度 | 105公里/小时 |
持续速度 | 48.3公里/小时 |
牵引功率 | 1,950千瓦(小时) 1,800千瓦(持续) |
牵引力 | 28,500公斤(起动) 14,400公斤(持续) |
制动方式 | EL14AS自动空气制动机、手制动机 |
安全系统 | ATS-S |
EF80型电力机车(日语:EF80形電気機関車)是日本国有铁道的双电流制电力机车车型之一,适用于供电制式为1500伏直流电和20千伏50赫兹的工频单相交流电的电气化铁路。
发展历史
[编辑]开发背景
[编辑]1959年,日本国有铁道开始对常磐线取手以北实施交流电气化改造,并在取手至藤代之间设置一个交直流分相区,使交直流两用的铁路车辆能够以车上切换方式,在列车运行时无需停车就能完成电流制的转换。同年,日立制作所在ED71型电力机车的基础上,试制了首台交直流两用的ED46型电力机车(后来改称为ED92型电力机车),同时适用于1500伏直流电和20千伏50赫兹单相交流电气化铁路[1]。
1962年,日立制作所根据ED46型电力机车的试验结果和运用经验,研制了新一代的EF80型电力机车。EF80型电力机车是客货运通用的双电流制六轴电力机车,机车轴式为B-B-B。最初日本国铁曾经打算分别研制四轴客运机车和六轴货运机车,但考虑到未来旅客列车逐渐改用电力动车组担当后,剩余的四轴电力机车将难以改为货运用途,因此最终决定开发客货运通用的六轴电力机车,并且分为带有列车供电装置的客运型,以及没有搭载列车供电装置的货运型[2]。
EF80型电力机车装有油冷式主变压器和硅二极管整流器,调速控制采用电阻调压、串并联换接和磁场削弱方式,并采用了单电机转向架和轮对空心轴架悬式驱动装置。机车整备重量为96吨,最高运转速度为105公里/小时,在交流及直流区段的小时功率均为1950千瓦,可以满足单机牵引1200吨货物列车(远期1300吨)在10‰长大坡道上起动的需要,而在平直道上单机牵引600吨旅客列车的最大平衡速度可达105公里/小时[2]。
生产批次
[编辑]生产批次 | 机车编号 | 制造商 | 类型 | 新造配属 | 制造目的 | 生产预算 |
---|---|---|---|---|---|---|
早期型 | 1 - 13 | 日立制作所 | 客运 | 田端机关区 | 常磐线胜田至平区段电化开业 | 昭和36年度第2次债务 |
14 - 20 | 三菱电机 三菱重工业 | |||||
21 - 27 | 日立制作所 | 昭和37年度采购 | ||||
28 - 30 | 三菱电机 三菱重工业 | |||||
31 - 40 | 日立制作所 | 货运 | 昭和37年度第1次债务 | |||
41 - 50 | 昭和37年度第2次债务 | |||||
改良型 | 51、52 | 胜田电车区 | 新金货运线、水户线电化开业 | 昭和41年度本予算 | ||
53 - 55 | 东芝 | |||||
56 - 58 | 三菱电机 三菱重工业 | |||||
59 - 63 | 日立制作所 | 客运 |
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6b/JNR_EF80_63.jpg/220px-JNR_EF80_63.jpg)
1962年至1963年间,日立制作所、三菱电机、三菱重工业共制造了首批50台EF80型电力机车(1~50),当中包括30台客运型机车和20台货运型机车。这批早期型机车的特点是采用了心盘牵引的DT127、DT128型转向架,装用MT53型牵引电动机和埋入式前照灯。其中,EF80 37号机车采用了与车体弧度配合的曲面前窗玻璃,明显与其他机车不同。
1966年至1967年间,日立制作所、三菱电机、三菱重工业、东芝公司又制造了第二批13台EF80型电力机车(51~63),当中包括5台客运型机车和18台货运型机车。这批改良型机车根据早期型机车的运用经验而作出了改进,例如采用改良了牵引装置的DT135、DT136型转向架以改善粘着性能,装用MT53A型牵引电动机,前照灯改为使用凸出于车体的安装方式,加大警示灯的尺寸,机械室采光玻璃窗采用H形断面的橡胶密封条安装,机车整备重量提高至97.8吨。其中,在最后出厂的EF80 63号机车上首次安装静止式变流器(SIV)作为列车供电装置。
运用历史
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/ec/EF80_29_Yuzuru_1984.jpg/220px-EF80_29_Yuzuru_1984.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/35/JNR_ef8o_39_expodream.jpg/220px-JNR_ef8o_39_expodream.jpg)
自从在1962年投入运用起,所有EF80型电力机车均以水户铁道管理局(今东日本旅客铁道水户支社)管内为主要使用范围。1962年至1963年间,50台早期型机车陆续配属到田端机关区。1962年10月1日,常磐线胜田至高萩区段完成交流电气化,日本国铁实施列车运行图调整,EF80型电力机车主要担当上野至水户间普通旅客列车的牵引任务,替代了原本使用的C62型蒸汽机车,而水户以北路段则仍然使用蒸汽机车牵引[3]。1963年5月1日,常磐线高萩至平区段完成交流电气化,EF80型电力机车的牵引区段延长至平,广泛运用于牵引包括“夕鹤号”卧铺特急、“十和田号”夜行急行在内的各种旅客列车及货物列车。此外,EF80型电力机车亦曾经在东北本线运用,担当上野至黑矶间的临时旅客列车,或田端至郡山间直通货物列车的牵引任务。
1962年至1965年间,田端机关区所属的部分EF80型电力机车入助胜田电车区。1966年至1967年初,13台改良型机车陆续配属到胜田电车区。1967年,随着与常磐线连接的新金货运线及水户线全面完成电气化,EF80型电力机车亦开始投入该两线运用,主要担当水户线小山至友部、新金货物线(总武本线货运支线)新小岩至佐仓、金町的货物列车牵引任务。同年8月,常磐线全线的电气化改造工程全部完成,胜田电车区所属的13台改良型机车全部转配属内乡机关区,至此所有EF80型电力机车均集中配属到规模较大的田端机关区及内乡机关区。此时,EF80型电力机车的运用区段仍然保持在平以南,常磐线平以北则使用ED75型电力机车。1968年7月,与总武本线接续的外房线千叶至苏我区段完成电气化改造,自此外房线亦开始出现EF80型电力机车的踪影。
1968年,为了提高寝台旅客列车(蓝色列车)的旅行速度,日本国铁对所有20系客车进行制动系统改造,通过对原本的AS空气制动机加装电空阀、中继阀等电控装置改造为AREB电空制动机,实现列车制动系统的电控化,使列车最高运行速度由95公里/小时提高至110公里/小时。为配合“夕鹤号”特急列车的牵引需要,12台EF80型电力机车(1~12)进行了相应改造。改造内容包括加装机车电空制动机及KE72型电气连接器,并加装总风管以满足20系客车空气弹簧的用风需要。由于常磐线的最高速度限制为95公里/小时,因此机车无需加装电空制动机和列车乘务员有线电话等设备。
1973年,随着田端机关区开始配属EF81型电力机车,该区所属的EF80型电力机车不再投入东北本线方面运用,并开始向内乡机关区转出EF80型电力机车。至1974年10月,田端机关区和内乡机关区分别配属有36台和27台EF80型电力机车[4]。1978年10月,内乡机关区所属的EF80 24、25、26号机车转配属福岛机关区(今福岛综合运输区),但不久之后就再度转配属到田端机关区。
1980年起,为了淘汰日渐老化的EF80型电力机车,部分原本配属富山机关区和酒田机关区的EF81型电力机车,开始转配属到田端机关区并投入常磐线运用,而运用时间最长的第一批EF80型电力机车则开始逐步报废。与此同时,内乡机关区的所有EF80型电力机车分批转移到田端机关区,直至磐城货运站和内乡机关区于1985年被撤销,当时田端机关区尚未报废的EF80型电力机车仅余下20台。1986年,EF80型电力机车全部除籍和报废。
技术特点
[编辑]总体结构
[编辑]设备布置
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1e/JNR-EF8063-01.jpg/220px-JNR-EF8063-01.jpg)
EF80型电力机车是客货运通用的双电流制电力机车,适用于供电制式为1500伏直流电和20千伏50赫兹的工频单相交流电的电气化铁路。EF80型电力机车可分为客运型和货运型,差异仅在于客运型搭载了列车电气供暖用的电动发电机(MG),而货运型则加装压铁配重以保证整备重量与客运型一致[2]。
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,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式前照灯。车体中部是设有各种机械及电气装置的机械室,并设有贯通式双侧内走廊连接两端司机室。车顶安装有两台PS19型双臂式受电弓、交直流切换器、高速断路器、避雷器等高压电气设备。车体下方除了设有三台转向架外,还吊装着辅助电阻器、平波电抗器和蓄电池。
通风系统
[编辑]机械室内设备采用车体通风、集中冷却的降温方式。车身两侧各设有七个通风百叶窗和采光玻璃窗,是车内设备通风冷却的主要进风窗口。车内前、中、后分别设有三台电动通风机,第一通风机用于冷却第一台牵引电动机和主变压器,第二通风机用于冷却第二台牵引电动机和整流器,第三通风机用于冷却第三台牵引电动机和平波电抗器。而主电阻器则采用独立的通风冷却系统[2]。
车体结构
[编辑]EF80型电力机车采用整体承载式全钢焊接结构箱型车体,车体全长16,700毫米,全宽2,800毫米。由于单电机转向架的牵引电动机安装位置相对较高,因此车体底架采用了无中梁的框架式承载结构,底架由侧梁、横梁、端梁、枕梁组成。车体钢结构使用钢板挤压而成的型钢材料制成,车体薄板蒙皮采用组焊工艺,车体装配作业广泛应用模块化结构以提高生产效率。车体两端安装有柴田式上作用自动车钩及LI-7B型缓冲器[2]。
电气系统
[编辑]机车主电路
[编辑]EF80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、交直流切换器、主变压器、整流器、牵引电动机、主电阻器、电路保护装置等部分组成。在交流电模式时,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),经过电阻调压后供电给牵引电动机。在直流电模式时,机车从架空接触网获取直流电,经过电阻调压后直接向牵引电动机供电。
EF80型电力机车采用车上切换方式来过渡到另一种电流制式,可以在运行时无需停车就完成交直流切换过程。当机车通过交直流分相区之前,通过主断路器的电控气动操作,断开网侧电源和机车主电路的连接;而交直流切换器完成转换并通过分相区后,又再自动闭合主断路器,这一过程中受电弓无需降弓。当机车由直流区段过渡到交流区段后,(机车运行方向)前端受电弓会在下一停靠车站降弓,以减少对架空接触网造成不必要的磨耗[2]。
EF80型电力机车的调速控制方式和直流电力机车一样,采用电阻调压、牵引电动机的串—并联换接、以及磁场削弱控制来达到调速的目的。调速控制器共有34个调压级位,其中弱磁起动位1级、串联位17级、并联位13级、磁场削弱位3级。
主变压器
[编辑]机车装用一台TM7A型芯式单相主变压器。原边输入电压为20千伏,冬季额定容量为2670千伏安(开启列车供电),夏季额定容量为2280千伏安(关闭列车供电),冷却方式为强迫油循环导向风冷却。变压器次边有三个绕组,包括一个向整流器供电的牵引绕组(额定电压为2077伏特,额定容量为2274千伏安)、一个向辅助系统供电的辅助绕组(额定电压为218伏特,额定容量为6千伏安)及一个向旅客列车供电的供电绕组(额定电压为1500伏特,额定容量为390千伏安)[2]。
硅整流器
[编辑]整流装置采用RS9型硅整流器。整流器使用日立制作所研制的DJ15L型硅二极管(最大反向电压为1000伏特,最大反向脉冲电压为1300伏特,平均整流电流为100安倍),整流装置由四个桥臂组成单相桥式全波整流电路,每一桥臂由七个并联支路组成,每个支路有九个串联连接的二极管,每台机车共使用252个二极管元件。整流器额定功率为2200千瓦,额定整流电压为1500伏特,额定电流为1463安倍,采用强迫通风冷却[2]。
牵引电动机
[编辑]每台转向架安装一台MT53型牵引电动机(改良型机车使用MT53A型),是在ED46型电力机车所使用的MT913型牵引电动机的基础上改良而成。MT53型电动机是带有补偿绕组的四极串励直流电动机,定子绕组采用环氧树脂浸渍绝缘,以提高绝缘及耐热性能。小时功率为650千瓦,持续功率为600千瓦,额定电压为1500伏特,额定转速为每分钟845转,采用强迫通风冷却。为扩大机车的恒功调速范围,还可以对牵引电动机使用三级磁场削弱,削弱率最深可达35%[2]。
电气供暖
[编辑]客运型电力机车设有列车供电系统,能够在冬季为旅客列车的电热取暖装置直接供电。在交流区段时,由主变压器的供电绕组向列车输出1500伏特单相交流电,司机室侧门旁边并装有一盏供电状态指示灯。而在直流区间时则由一台大容量电动发电机供电,将1500伏特直流电转换成1440伏特单相交流电,额定容量为320千伏安。列车供电系统还可以根据环境温度对输出电压作三档调节(100%、75%、50%)。机车两端设有KE3型供电插座,通过供电线与列车连接。
1968年,随着半导体技术的快速发展,日立在EF80 63号机车上进行了安装晶闸管逆变器(静止式变流器)的试验,取代了效率较低的电动发电机。该逆变器额定容量同样为320千伏安,采用单相桥式逆变电路,并设置了大容量直流滤波器来减少输入电源的脉动。这种晶闸管逆变器在EF80 63号机车上取得良好的效果,并在同年投产的EF81型电力机车上开始推广使用[5]。
辅助电路
[编辑]EF80型电力机车的辅助电路系统主要采用直流电传动。机械室内三台电动通风机、主电阻器电动通风机、电动空气压缩机、辅助空气压缩机均采用直流电动机驱动,输入电压为1500伏特直流电,在直流区段由架空接触网直接馈电,在交流区段则由整流器供电。主变压器油泵则采用单相异步电动机驱动,由主变压器辅助绕组直接供电。另外,还设有一台小型电动发电机,将1500伏特直流电转换成100伏特直流电,供控制电路、照明电路、蓄电池充电之用。
转向架
[编辑]主要结构
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e1/JNR_EL_EF80-63_Truck_DT135_20090921_001.jpg/220px-JNR_EL_EF80-63_Truck_DT135_20090921_001.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/41/JNR_EL_EF80-63_Truck_DT136_20090921_001.jpg/220px-JNR_EL_EF80-63_Truck_DT136_20090921_001.jpg)
机车走行部为三台二轴转向架,早期型机车采用DT127型两端转向架和DT128型中间转向架,改良型机车采用DT135型两端转向架和DT136型中间转向架。
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2212毫米。转向架采用全旁承支重结构,车体全部重量通过六组旁承弹簧坐落在三台转向架上。一系悬挂为轴箱顶端螺旋弹簧,二系旁承悬挂为每侧两个并联的螺旋圆弹簧组,并配有垂向油压减震器。中间转向架和车体之间还设有横向滚动装置以便通过曲线。基础制动装置为单侧闸瓦制动,转向架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[2]。
驱动装置
[编辑]EF80型电力机车也是继ED46、EF30型电力机车之后,第三种采用单电机转向架的国铁电力机车,每个转向架安装一台大功率牵引电动机并成组驱动两个轮对。
EF80型电力机车采用QD9型驱动装置,牵引电动机采用架悬式安装方式,将牵引电动机横向固定在转向架构架中梁,即两个轮对之间;从牵引电动机轴端齿轮输出的转矩,通过前后两个中间齿轮分别传动两个轮对的大齿轮。驱动装置采用轮对空心轴传动方式,大齿轮由滚动轴承安装在空心轴套上,转矩由大齿轮通过橡胶连杆机构传给空心轴,空心轴的另一端亦使用橡胶连杆机构与车轮相连。牵引齿轮传动比为3.6(20:72)[6]。
1965年,日本企业联合体(日立、三菱、东芝)向印度国家铁路出口的45台WAG2型电力机车,亦采用了相似结构的单电机转向架和轮对空心轴传动装置[6]。
牵引装置
[编辑]早期型和改良型机车转向架的差异只在于牵引装置。早期型机车使用心盘来传递牵引力和制动力,两端转向架各设有一个心盘牵引装置,中间转向架则设有两个心盘牵引装置,分别布置在牵引电动机两侧。心盘牵引的缺点的牵引高度较高,牵引点高度距离轨面约1080毫米。为了充分利用机车粘着重量及减少轴重转移,改良型机车的两端转向架改为采用双侧平行牵引拉杆,而中间转向架仍然采用心盘牵引。
车辆保存
[编辑]- EF80 63号机车:静态保存于碓冰岭铁道文化村。
参考文献
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4a/Commons-logo.svg/30px-Commons-logo.svg.png)
- ^ 高桥忠太、水越正义、河井贞治、川上直卫、伊沢省二、前川爱一. 常磐線用ED46形交直両用電気機関車. 《日立评论》 (日立制作所). 1960年3月, 42 (3): 49–61 (日语).
- ^ 2.00 2.01 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09 小沢静郎、織田沢信昭、川上直衛、前川愛一、小松辰作. 常磐線用EF80形交直両用電気機関車. 《日立评论》 (日立制作所). 1962年12月, 44 (12): 64–74 (日语).
- ^ C62. [2013-11-11]. (原始内容存档于2016-07-27).
- ^ EF80(1973年-1985年). デンチュウの鉄道ページ. [2013-11-11]. (原始内容存档于2018-06-17).
- ^ 日立EF80電気暖房用インバータ. 《日立评论》 (日立制作所). 1968年2月, 50 (2): 176 (日语).
- ^ 6.0 6.1 油井兄朝、三木雅雄、中村貫太郎、弘津哲二. 1台車1電動機式台車の特性. 《日立评论》 (日立制作所). 1966年4月, 48 (4): 18–23 (日语).
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