日本國鐵EF70型電力機車

EF70型電力機車是日本國有鐵道的交流電力機車車型之一，適用於供電制式為20千伏60赫茲的工頻單相交流電氣化鐵路。發展歷史.開發背景.1962年，位於敦賀市的建成通車，同時北陸本線敦賀至福井區段亦完成交流電氣化改造。北陸隧道建成以前，敦賀和今莊之間的木之本嶺一直都是北陸本線的瓶頸區間，這段非電氣化單線區間擁有最大坡度達到25‰的長大坡道，1955年起開始採用DD50、DF50型柴油機車作為牽引動力，三機重聯時的最大牽引定數可達到1000噸，但仍然無法滿足不斷增長的運輸量。北陸本線作為日本海縱貫線的其中一部分，北陸隧道的通車大大提高了該線的運輸能力，敦賀至今莊區段的執行時間比之前縮短了超過一小時。北陸隧道全長13.87公里，是當時日本國內最長的雙線電氣化鐵路隧道。考慮到北陸隧道內有超過10公里的11.5‰長大坡道，加上日本海沿岸氣候潮溼多雨的特點，四軸電力機車的粘著效能將不能滿足牽引需要。因此，日本國有鐵道於1961年開發研製了新型的六軸交流電力機車，即EF70型電力機車。生產批次.1961年12月28日，日立製作所完成試製首臺原型車。EF70型電力機車是當時日本國內功率最大的交流電力機車，小時功率為2250千瓦，機車軸式為Bo-Bo-Bo，可以滿足單機牽引1000噸列車透過11.5‰長大坡道。機車採用變壓器高壓側有級調壓、矽整流器單相全波整流、MT52型直流牽引電動機等成熟技術。1962年初，EF70型電力機車正式投入批次生產。除了日立製作所外，三菱電機、三菱重工業亦加入生產。隨著北陸本線交流電化區段的延長，日立製作所於1964年開始生產第二批EF70型電力機車。從22號機車開始的改良型機車，根據早期型機車的運用經驗而作出了改進，包括：小時功率提高至2300千瓦；矽整流器採用新標準矽二極體，減少了二極體的數量；改用彈簧升弓的PS101型受電弓，取代了空氣升弓的PS100A型受電弓；針對北陸地方的冬季降雪，改良了除雪式排障器；前照燈採用兩盞150瓦的，取代了之前使用的單燈式白熾燈。此外，19～21號機車率先安裝了改良型機車的電氣裝置，但車體外觀仍然和其他早期型機車相同。1000番臺.1968年，為了提高寢臺旅客列車的20系客車擔當。為配合“日本海號”列車的牽引需要，其中7臺EF70型電力機車。運用歷史.1962年起，EF70型電力機車開始大量配屬敦賀第二機關區並投入北陸本線運用，主要擔當田村至福井區段的貨物列車牽引任務，而ED74型電力機車則主要擔當田村至金澤區段的旅客列車牽引任務。隨著北陸本線交流電化區段的延展，至1965年EF70型電力機車的運用範圍亦擴大為田村至糸魚川區段。1968年10月1日，日本國鐵實施全國鐵路執行圖調整，北陸本線的最大牽引定數提高至1200噸。此後，ED70型電力機車逐漸退居二線，ED74型電力機車則轉往九州地區使用。1969年，由於信越本線完成直流電氣化改造，北陸本線梶屋敷至直江津區段亦採用了直流電化，因此在糸魚川至梶屋敷之間設定了交直流分相區，用來分割直流和交流電化區段。同年年底，交直流兩用的EF81型電力機車開始在北陸本線投入運用，主要擔當北陸本線北段的列車牽引任務。1974年，作為北陸及關西地區之間快速通道的湖西線建成通車，原本經由北陸本線南段執行的貨物列車，大多改為經由距離更短的湖西線執行。自此，EF81型電力機車大量投入湖西、北陸兩線運用，EF70型電力機車僅限定運用於田村至糸魚川區段，而原本由EF70型1000番臺電力機車牽引的臥鋪特急列車亦改由EF81型電力機車牽引。1978年10月的國鐵執行圖調整之後，早期型的EF70型電力機車大多已經被封存。然而，由於EF70型電力機車的車齡距離報廢年限尚有一段時間，日本國鐵為充分利用資源而作出了探索。1980年，21臺EF70型電力機車轉配屬門司機關區，以加快淘汰九州地區的ED72、ED73型電力機車。這批機車主要用來牽引臥鋪列車和貨物列車，但由於該型電力機車的軸重相對較大，因此被限定運用於線路條件較好的鹿兒島本線熊本以北的區段。1982年11月之後，九州地區的EF70型電力機車又被ED76型電力機車取代。敦賀第二機關區和富山第二機關區的部分EF70型電力機車轉往九州後，部分早期型機車又重新投入北陸本線運用。1984年2月1日國鐵執行圖調整後，由於區段貨物列車被大幅削減，大量EF70型電力機車又再被封存，至1985年3月後全部脫離運用。所有EF70型電力機車都在1987年4月國鐵分割民營化之前除籍和報廢。除此之外，在1980年代初為了替換日益老化的EF58型電力機車，以擔當東海道本線和山陽本線的行包列車牽引任務，日本國鐵正尋求一種替代車型，但考慮到日本國鐵的經營和財政狀況持續惡化，新造電力機車已經被排除於選擇範圍外，因此在當時曾經考慮將EF70型電力機車改造成直流電力機車。最終，日本國鐵為了節省機車改造費用，決定利用信越本線貨物列車削減後剩餘的EF62型電力機車，將其投入到東海道本線和山陽本線使用，放棄了改造EF70型電力機車的計劃。技術特點.總體佈置.EF70型電力機車是客貨運通用的交流電力機車，適用於供電制式為20千伏60赫茲的工頻單相交流電氣化鐵路。車體採用整體承載式全鋼焊接結構，車體兩端採用具有大面積前窗玻璃的非貫通結構。車體兩端各設有一個司機室，司機室內機車執行方向的左側設有司機操縱檯，司機室兩側設有供乘務員乘降的側門。車體中部是設有各種機械及電氣裝置的機械室，內設有貫通式雙側內走廊連線兩端司機室。車頂安裝有兩臺PS100A型雙臂式受電弓、高速斷路器、避雷器、主熔斷器等高壓電氣裝置。電氣系統.EF70型電力機車是交—直流電傳動的整流器式電力機車，機車主電路由空氣斷路器、主變壓器、矽整流器、調壓開關、牽引電動機、電路保護裝置等組成。機車從架空接觸網獲取高壓交流電後，首先經過主變壓器降低電壓，再透過整流器轉換成脈流電，並供電給牽引電動機。EF70型電力機車裝用一臺TM5型殼式單相主變壓器，額定容量為2600千伏安，冷卻方式採用強迫油迴圈導向風冷卻。EF70型電力機車使用變壓器高壓側調壓來達到調節速度的目的。主變壓器原邊設有一個自耦調壓繞組，透過高壓側的調壓開關改變變壓器牽引繞組的抽頭及輸出電壓，組成共25個調壓級。整流裝置採用F-4B型整流電流可達到4680安倍。EF70型電力機車裝用MT52型四極串勵直流牽引電動機，這是日本國鐵新型直流和交流電力機車通用的標準型牽引電動機，小時功率為425千瓦，額定電壓為750伏特，六臺牽引電動機全部永久並聯連線。為擴大機車的恆功調速範圍，還可以對牽引電動機施行一級磁場削弱，磁場削弱率為70%。EF70型電力機車的輔助電路系統採用三相交流傳動。牽引電動機通風機、主電阻器電動通風機、電動空氣壓縮機等均採用三相鼠籠式非同步電動機驅動。輔助電路系統由主變壓器輔助繞組供電，並由一臺旋轉式劈相機將440伏特單相交流電轉換成440伏特三相交流電。另外還設有一臺小型電動發電機，為控制電路、照明電路、蓄電池充電供應100伏特直流電。除此之外，EF70型電力機車亦設有列車供電系統，主變壓器具有一個供電繞組，能夠為旅客列車的電熱取暖裝置供應1500伏特單相交流電，司機室側門旁邊並裝有一盞供電狀態指示燈。轉向架.機車走行部為三臺二軸轉向架，包括兩臺DT120型兩端轉向架、一臺DT121型中間轉向架。構架採用“日”字形的鋼板焊接結構，軸箱採用導框式定位結構，轉向架固定軸距為2800毫米。牽引電動機懸掛裝置採用軸懸式，牽引電動機的一側透過抱軸瓦剛性地支承在車軸上，另一側透過吊杆懸掛在轉向架構架上，牽引電動機輸出的轉矩透過一級減速齒輪傳動輪對，齒輪傳動比為4.12。轉向架採用全旁承支重結構，車體全部重量透過六組旁承彈簧坐落在三臺轉向架上。一系懸掛為軸箱頂端螺旋彈簧，兩端轉向架和中間轉向架的二系旁承懸掛各有不同，其中兩端轉向架採用每側兩個並聯的螺旋圓彈簧組並配有垂向油壓減震器，而中間轉向架則採用每側一個螺旋圓彈簧。牽引力和制動力透過下心盤低位牽引裝置傳遞，牽引點距離軌面約300毫米。中間轉向架和車體之間還設有橫向滾動裝置以便透過曲線。DT120、DT121型轉向架亦被後來的EF64型電力機車沿用。