日本國鐵EF67型電力機車

開發背景

瀨野至八本松間的「瀨野八」區間，是山陽本線上坡道最大的高坡區間，瀨野往八本松方向的上行線是22.5‰的長大坡道，經過瀨野八區間的貨物列車均需要加掛補機。1960年代初，隨著山陽本線三原至廣島間完成電氣化改造，日本國鐵亦利用剩餘的EF53、EF56型電力機車，將其改造成適合瀨野八區間使用的補機，即1963年投入運用的EF59型電力機車，實現了補機無煙化。
1977年，為了取代日漸老化的舊型電力機車，日本國鐵又利用部分剩餘的EF60型電力機車，將其改造成為EF61型200番台電力機車，並投入到瀨野八區間作為補機使用。然而，由於EF61型200番台機車的重聯控制存在缺陷，因此該型機車僅試製八台之後就停止改造，並且只可用於擔當1000噸以下列車的補機，而1200噸的貨物列車則仍然加掛兩台重聯的EF59型電力機車作為補機。
1980年代初，為了全面淘汰老舊的EF59型電力機車，日本國鐵決定再次利用部分剩餘的EF60型電力機車，對其牽引系統和控制系統進行全面改造，最大的特點是採用了電樞斬波控制方式，取代了以往使用的電阻調壓控制方式，從而改善電力機車的牽引及粘著性能，使1200噸列車只需一台補機即可滿足需要。

運用歷史

1982年3月31日，首台EF67型電力機車在國鐵廣島工廠落成，並於同年6月15日至7月1日間在瀨野八區間進行了性能試驗，試驗項目包括牽引性能試驗、協調性能試驗、再生制軔試驗、車鉤作用力試驗四大範疇。試驗結果表明，EF67型電力機車具有良好的牽引和粘著性能，可以在相當於24.5‰的坡道上牽引900噸列車順利起動；即使在軌面濕滑的條件下起動，防空轉保護系統也會迅速發生作用，通過撒砂和牽引馬達減載使之恢復粘著；此外，新型車鉤緩衝器也可以承受較大的縱向作用力，解決了EF61型200番台機車上存在的問題。
試驗結束後，EF67 1號機車正式配屬瀨野機關區並投入山陽本線運用。此後，EF67 2號機車於1984年1月30日落成，同樣配屬瀨野機關區。1985年3月，瀨野機關區合併到廣島機關區。EF67 3號機車於1986年12月25日落成，配屬廣島機關區。由於當時的165系、115系電聯車已經能夠自力通過瀨野八區間，因此EF67型電力機車只為600噸以上貨物列車擔當列車尾部補機任務，貨物列車一般在東廣島站（原廣島編組站，後改稱為廣島貨物總站）加掛補機。補機會加掛在上行列車（往岡山方向）的尾部，當列車通過瀨野八區間的長大坡道後，補機可以根據調度安排在列車運行途中在通過八本松站前自動解掛，也可以待列車運行至西條站停車後才以手動方式解掛。補機完成當次牽引任務後，會自行回送至廣島貨物總站。
1987年國鐵分割民營化之後，三台EF67型基本番台電力機車均由日本貨物鐵道（JR貨物）繼承，全部配屬廣島車輛所。1990年5月至1991年3月期間，由於山陽本線貨物運輸量的增長，JR貨物先後將五台EF65型電力機車改造成EF67型100番台電力機車，配屬廣島車輛所及投入瀨野八區間使用。2002年3月，列車運行時自動解掛補機的行車規定被廢除，所有貨物列車均統一在西條站解掛補機。2012年7月，JR貨物發表採購EF210型300番台電力機車的計劃，以取代日漸老化的EF67型電力機車。2013年3月16日起，EF210型300番台電力機車正式投入瀨野八區間運用，同時EF67 2、3號機車脫離運用；同年11月，EF67 2號機車首先被報廢和解體，而EF67 3號機車則仍然封存於廣島車輛所。

設備布置

EF67型電力機車是客貨運通用的直流電力機車，適用於1500伏直流電氣化鐵路。機車改造過程中，在保持車體基本結構不變的條件下，對車內設備布置作出了較大的變更，並增加了各種對應「瀬野八」大坡度區間的特殊設備。機車的兩端各有一個司機室，司機室內機車運行方向的左側設有司機操縱台，司機室兩側設有供乘務員乘降的側門，司機室上方車頂裝有兩盞密封光束燈式前照燈，經改造後的司機室並採用了新型儀表、螢光燈照明、舒適座椅等設備。
車體中部是設有各種機械及電氣裝置的機械室，並設有貫通式雙側內走廊連接兩端司機室。機械室內從第一端（岡山方向）至第二端（廣島方向）方向，順序布置有第一輔助機械室、控制電器室、斬波器室、第二輔助機械室。第一輔助機械室的上部設有電動發電機，下方設有第一電動通風機。控制電器室設有高速斷路器、換向開關、牽引馬達隔離開關、輔助電阻器、平波電抗器、濾波電抗器、濾波電容器、電量統計裝置等電器裝置。斬波器室設有斬波調壓裝置。第二輔助機械室設有電動空氣壓縮機、總風缸、第二電動通風機。車頂安裝有兩台PS22型雙臂式集電弓。車體下方設有三台二軸轉向架。

特殊設備

因應為高速貨物列車擔當補機的需要，機車兩端改裝帶有自動解掛裝置的密接式自動車鉤和大容量油壓式車鉤緩衝器。為了方便機車與列車之間的換掛作業，基本番台機車在往岡山方向的一端採用了貫通型結構，司機室前端設有一道貫通門和一個小型通過台。而後來的100番台機車則取消了車鉤自動解掛裝置，並且維持原本的非貫通型車體結構，不設車端貫通門和通過台。
除此之外，EF67型電力機車還根據瀨野機關區的要求，採用了代表廣島縣當地縣花（楓樹）的橘紅色車身塗裝（赤11號）；另外，基於安全考慮在車體正面貼有黃色壓敏膠帶作為警示標記，通過台上的扶手欄杆也採用白色。由於當時日本國鐵直流、交流、交直流電力機車均分別使用藍色、紅色、粉紅色作為標準色，橘紅色塗裝使EF67型電力機車在國鐵時代顯得獨一無二。

調速控制

EF67型電力機車是直—直流電傳動的直流電力機車，也是日本國鐵第一種採用電樞斬波控制的直流電力機車。機車主電路由高速斷路器、斬波器、平波電抗器、牽引馬達等部分組成。機車從架空電車線獲取直流電，供給與牽引馬達迴路串聯的閘流體斬波器，通過改變斬波器導通率來控制輸出電壓，然後向六台並聯的牽引馬達供電。此外，機車還具有再生制軔的能力，制軔時串勵牽引馬達變為他勵發電機運轉，同時斬波器起升壓作用，電能便能反饋到架空電車線。
由於採用斬波調壓代替了主電阻器，徹底解決了電阻調壓電能損耗的問題，並且使主電路和控制電路的觸點開關大為減少，從而減少了維修工作量和提高運行可靠性。此外，斬波調壓真正實現了直流電力機車的無級平滑調速，粘著力得以充分利用，因而改善了牽引性能。因此，EF67型電力機車的特性曲線並不像以往的直流電力機車，反而與閘流體相控電力機車較為相似。EF67型電力機車還採用了恆流特性控制，使之能夠在保持牽引力不變的情況下調節速度。
當EF67型電力機車完成上行方向的補機任務後，會自行回送至瀨野站或廣島站。回送時最多可容許三台機車重聯運行，由於回送列車重量較輕，因此在牽引狀態下僅使用兩端轉向架的四台牽引馬達，再生制軔狀態下僅使用中間轉向架的兩台牽引馬達。

牽引馬達

每台轉向架安裝兩台MT52型四極串勵直流牽引馬達，仍然和EF60、EF65型電力機車保持相同，但由於採用了斬波調壓和恆流控制，牽引馬達額定電壓由750伏特提高至900伏特，額定功率由425千瓦提高至475千瓦，而額定電流則由615安培降低至570安培。考慮到牽引馬達輸出扭矩增大，電樞軸直徑亦由120毫米增加至125毫米。

輔助電路

EF67型電力機車採用直流電傳動的輔助電路系統，主要輔助機械設備均採用直流馬達驅動，輸入電壓為1500伏特。機車上設有兩台MH91A-FK34A型電動通風機，其中第一至第四號牽引馬達共用一台通風機，第五及第六號牽引馬達和斬波器共用另一台通風機，通風機額定功率為2×20千瓦，供風量為每分鐘2×170立方米。空氣壓縮機使用一台MH92B-C3000型電動壓縮機，額定功率為15千瓦。照明及控制電路方面，由二相交流電動發電機將直流電轉換成交流電，為照明及控制電路提供24伏特、50伏特、100伏特交流電；基本番台機車裝用一台與115系電聯車通用的MH97-DM61型電動發電機，100番台機車則沿用原有的MH81B-DM44B型電動發電機。