日本國鐵ED72型電力機車

ED72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，1961年由東芝公司研製成功。發展歷史.開發背景.1959年，日本國有鐵道決定對運輸量較大的東北本線黑磯以北區段實施交流電化。為此，日立、東芝、三菱分別各試製了一臺ED71型電力機車的原型車。三臺機車均採用了一致的車體、轉向架等機械結構，但電氣系統部分包括主變壓器、整流器、控制電路等則由各製造商獨自設計以作比較。其中，由東芝公司試製的ED71 2號機車使用乾式風冷主變壓器和風冷式引燃管整流器，但這種技術方案並沒有在量產的ED71型電力機車中獲得採用。1961年，日本國有鐵道對鹿兒島本線門司港至久留米區段進行交流電化改造，東芝公司在吸取ED71 2號機車研製和運用經驗的基礎上，為九州地區開發研製了ED72型電力機車和ED73型電力機車，前者以擔當客運牽引任務為主，而後者以擔當貨運牽引任務為主。原型車.ED72型電力機車的首兩臺原型車分別於1961年8月和10月竣工。該型機車設有為旅客列車供暖的蒸汽鍋爐，也是日本國鐵首次使用Bo-2-Bo軸式的電力機車，採用DT119型兩端轉向架和TR100型中間轉向架。牽引電動機採用MT103型直流電動機和架懸式空心軸驅動裝置。機車整備重量為83.4噸，最大軸重為16.3噸，機車小時功率為2050千瓦。1961年8月11日，ED72 1號機車在鹿兒島本線雜餉隈，直至門司機關區完成交流電化改造。量產車.1962年4月至9月，東芝小批次生產了20臺ED72型電力機車。量產車根據原型車的試驗結果而作出了改進，例如，側牆通風百葉窗和採光玻璃窗使用了和EF61、EF70型電力機車類似的佈置形式，採用強化構架的DT119A型兩端轉向架和TR100A型中間轉向架，更改了蒸汽鍋爐水箱和油箱的外形和位置，改用國鐵電力機車的MT52型標準化牽引電動機，並採用更加可靠的軸懸式驅動裝置，齒輪傳動比由4.53改為4.44。機車整備重量增加至87.0噸，最大軸重提高到16.7噸，機車小時功率為1900千瓦。運用.ED72型電力機車全部配屬門司機關區。由於該型機車搭載了蒸汽鍋爐，因此主要擔當九州地區普通旅客列車的牽引任務，也會用於牽引寢臺列車。1968年，隨著改裝電控空氣制動機，ED72型電力機車不再牽引定期寢臺特急列車，藍色列車的牽引任務改由經過改造的ED73型1000番臺電力機車擔當。1975年，山陽新幹線岡山至博多區段通車以後，由九州地區到發的直通夜行急行列車被大幅削減，許多旅客列車的牽引任務亦改由ED76型電力機車擔當。然而，隨著寢臺特急列車逐漸換型為、24系客車，這兩種客車並不要求牽引機車有特別裝置，因此ED72型電力機車後來又再次擔當部分藍色列車的牽引任務。與此同時，由於普通旅客列車日漸改由電力動車組擔當，而且ED72型電力機車的蒸汽鍋爐操作亦比ED76型電力機車困難，因此部分ED72型電力機車取消了蒸汽鍋爐。1976年，運用時間最長的原型車首先報廢。1978年起，量產車亦開始逐步報廢。1980年，原本運用於北陸本線的部分EF70型電力機車轉配屬門司機關區，用來替換日益老化的ED72、ED73型電力機車。至1982年，全部ED72型電力機車停運報廢。技術特點.總體佈置.ED72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車門。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，主變壓器、控制電器及輔助機械等裝置均採用單元化的佈置方式，以便進行檢修維護。車頂安裝有兩臺PS100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。ED72型電力機車採用輕量化全鋼焊接結構箱型車體，車體形式近似同時期的EF61型基本番臺和EF70型電力機車。由於ED72型電力機車的設計是用於單機牽引旅客列車或貨物列車，因此採用了和EF60、EF70型電力機車一樣的前端非貫通結構，並採用大面積前窗玻璃以改善司機的瞭望視野。此外，車體正面還採用了中央部分略為凸出、前窗玻璃後傾的微流線型外形。考慮到冬季牽引旅客列車的需要，ED72型電力機車設有為旅客列車供暖的SG3B型自動式重油蒸汽鍋爐。由於搭載蒸汽鍋爐而使機車重量增加，因此ED72型電力機車首次使用獨特的Bo-2-Bo軸式，在車體中部下方增加一臺無動力的二軸從輪轉向架，使軸重仍然能夠保持在設計標準。電氣系統.主電路.ED72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、水銀整流器、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。機車裝用一臺TM6型芯式單相主變壓器，額定容量為2050千伏安，冷卻方式採用乾式強迫風冷。整流裝置採用RM2型水銀整流器，由八個引燃管組成單相全波整流電路，整流器額定功率為2052千瓦，額定整流電壓為750伏特，額定整流電流為4×684安培。原型車安裝有四臺MT103型串勵直流牽引電動機，小時功率為512.5千瓦，持續功率為475千瓦。量產車改為裝用MT52型四極串勵直流牽引電動機，這是日本國鐵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475千瓦，持續功率為425千瓦，額定電壓為900伏特，額定轉速為每分鐘1630轉，四臺牽引電動機全部永久並聯連線。調速控制.ED72型電力機車的調速控制系統和ED71型電力機車基本相同，使用變壓器高壓側調壓和整流器相位控制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。原型車使用HTC-5型高壓調壓開關，量產車則使用HTC-5A型高壓調壓開關。水銀整流器相位控制是借柵極迴路調節引燃極和陽極電壓的相位差來改變引燃管的引燃時間，從而控制輸出電流的平均值，相位控制方式和ED71型電力機車相同，可以在任意一個調壓級位使用，平滑調節牽引電動機端電壓，提高粘著利用率及列車起動效能。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%。雖然引燃管整流器的故障率不高，但存在維護保養較困難的缺點。1970年以後，ED72型電力機車都相繼進行了以矽整流器取代引燃管整流器的改造，但由於矽整流器是不可控整流電路，因此改用矽整流器的電力機車亦失去了柵極相位控制功能。輔助電路.ED72型電力機車採用三相交流傳動的輔助電路，各種輔助裝置的驅動均採用檢修方便的三相非同步電動機，包括牽引電動機通風機、電動空氣壓縮機、主變壓器通風機、整流器通風機等。電源由一臺旋轉式劈相機供應，將主變壓器輸出的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直流發電機，用於向控制電路供應100伏特直流電。轉向架.機車走行部包括兩臺二軸兩端動力轉向架和一臺無動力的二軸中間轉向架。兩端轉向架.原型車的兩端轉向架為DT119型轉向架，而量產車則使用經過改良的DT119A型轉向架。軸箱採用無磨耗的拉板式定位結構，吸取了此前ED61 15號機車所使用DT900型轉向架的經驗，薄片形定位拉板使用鎳鉻鉬合金鋼。轉向架採用全旁承支重結構，機車的車體重量透過旁承支座坐落在轉向架上。一系懸掛為軸箱頂端螺旋彈簧和橡膠墊，二系旁承懸掛為每側兩個並聯的螺旋圓彈簧組，並配有垂向油壓減震器。為了減少牽引列車起動時的軸重轉移，ED72型電力機車使用了低位反向牽引杆裝置，牽引點高度接近於軌道平面，理論上轉向架內無軸重轉移，從而提升了機車的粘著效能。原型車和量產車採用了不同的驅動方式。原型車採用架懸式牽引電動機，驅動裝置採用軸套式空心軸傳動，牽引電動機的全部重量都懸掛在轉向架構架上，齒輪傳動比為4.53。中間轉向架.原型車的中間轉向架為TR100型轉向架，而量產車則使用經過改良的TR100A型轉向架。構架採用鋼板焊接結構，固定軸距為1650毫米，以保持恆定的平均動輪軸重。除此之外，為了提高機車的曲線透過效能，中間轉向架和車體之間還設有滾動裝置，實現轉向架相對於車體的橫向位移。