日本國鐵DD53型柴油機車

開發背景

1959年，日本國鐵開始在DD13型柴油機車的基礎上，開始研製新一代的現代化除雪車輛，並於1960年試製成首台DD14型除雪柴油機車，每台機車裝有兩台500馬力的DMF31SB-R型柴油機，通過DS1.2/1.35型液力傳動裝置提供牽引及除雪動力，並採用除雪效率較高的旋轉式除雪裝置，除雪裝置的最大功率可達1000馬力。DD14型除雪機車被廣泛投入到東北、新潟、北海道地區使用，是日本國鐵常見的中型旋轉式除雪機車，但其除雪能力對於清除本州日本海側地區的濕雪則顯得不足。1964年，根據日本國鐵雪害對策委員會的研究，決定開發研製加強除雪能力的大型旋轉式除雪機車；同年12月，首台DD53型除雪柴油機車研製成功。
DD53型柴油機車是以DD51型柴油機車為基礎而開發的大型除雪機車，其動力傳動系統基本上與DD51型柴油機車保持相同，機車上裝有兩台1100馬力的DML61Z-R型柴油機，並採用多循環圓形式的DW2A-R型液力傳動裝置。DD53型柴油機車能夠以單機或重聯方式執行除雪任務，當單機使用時兩台動力機組分別作為牽引和除雪動力；當與配套的DD20型柴油機車重聯使用時，本務機車（DD53型柴油機車）的兩台動力機組均用於提供除雪動力，最大除雪功率可達2200馬力，而補機（DD20型柴油機車）僅用於提供牽引動力及推動本務機車前進。此外，DD53型柴油機車同樣以多功能的兼用原則進行設計，設置在機車前端的除雪裝置可以按需要分拆出來，平時無需執行除雪任務時可以作為普通的幹線機車使用。
1965年2月，DD53 1號原型車在新潟縣小出地區完成首次除雪試驗，並且達到了每小時10000噸最大除雪能力的設計要求。隨後日本國鐵根據其試驗結果和使用經驗，對DD53型柴油機車的除雪裝置作出了一些改進，以減輕除雪裝置重量和提高除雪效率。1965年12月，經過改良的DD53 2號機車交付日本國鐵使用，並於1966年2月進行了最終的除雪性能確認試驗，各項試驗均達到了令人滿意的結果。1966年，汽車製造又完成生產DD53 3號機車。

國鐵時代

DD53型除雪柴油機車最初計劃全部投入新潟地區運用，在儘可能減少除雪列車對其他普通列車的干擾的情況下，用於執行上越線和信越本線的高速除雪任務，但由於其他地區的路線不需要如此強大性能的除雪機車，因此DD53型柴油機車並沒有投入大量生產。DD53型柴油機車投入運用初期，DD53 1號機車配屬北海道的旭川機關區，DD53 2、3號機車則配屬東新潟機關區。
東新潟機關區的DD53型除雪機車主要用於上越線和信越本線。雖然這款除雪機車具有優異的除雪效率，但除雪作業時拋出的雪經常擊壞路線兩側的通信路線和房舍門窗玻璃；為了改善司機在執行除雪作業時的瞭望條件、及時改變拋雪方向以避免損壞沿線構造物，日本國鐵對東新潟機關區的兩台DD53型柴油機車進行了一些改造，例如將除雪裝置上方的司機室移至拋雪口後邊，並簡化了轉換投雪方向的操作過程。自1970年代中期開始基於除雪補助機車合理化的原因，東新潟機關區以DE10型柴油機車取代了DD20型柴油機車，由於DE10、DD53型柴油機車的液力傳動裝置調速檔位不同，因此還需要對兩者的重聯控制系統進行改造。1982年，隨著上越新幹線通車之後在來線優等旅客列車數量被削減，加上新潟地區冬季降雪量減少，DD53型柴油機車的運用頻率越來越少，一般的除雪任務只需要使用DD14型柴油機車。除此之外，DD53型柴油機車在1970年代還曾經擔當羽越本線和磐越西線的定期客貨列車牽引任務。
至於配屬旭川機關區的DD53 1號機車，由於北海道地區的雪質與本州不一樣，因此甚少使用DD53型柴油機車執行除雪任務，反而經常在冬季作為宗谷本線鹽狩嶺區間的列車尾部補機使用。1976年，DD53 1號機車轉配屬本州的新莊機關區，主要擔當奧羽本線雄勝嶺區間的除雪任務，至1986年停運報廢。此後，這台機車被轉移到高崎運轉所存放，後來進入群馬縣安中市的碓冰嶺鐵道文化村靜態保存。

民營化後

1987年4月國鐵分割民營化之後，DD53 2、3號機車被東日本旅客鐵道（JR東日本）繼承，並配屬長岡運轉所（今長岡車輛中心）。DD53 2號機車主要擔當信越本線黑姬至直江津間的除雪任務，而DD53 3號機車則用於上越線水上至宮內間的除雪任務，但由於冬季降雪量減少等原因，實際上DD53型柴油機車很少出動。2001年，DD53 3號機車停運報廢。
JR東日本的DD53型柴油機車亦曾經多次用來牽引臨時團體列車。1987年4月，為配合新潟新幹線車輛基地向公眾開放的活動，組織開行長岡至新潟的臨時旅客列車，該特別列車由搭載除雪裝置的DD53型柴油機車、EF64型1000番台電力機車、14系客車、DE15型柴油機車組成，這是自1970年代以來DD53型柴油機車再次牽引旅客列車。2006年11月3日至5日，「磐越物語號」列車在磐越西線新津至會津若松間由DD53 2號機車牽引，以代替正在進行車輛檢修的C57型180號蒸汽機車。2007年4月14日至15日，DD53 2號機車再次牽引「磐越物語號」團體臨時列車，但這次列車經由羽越本線運行。DD53 2號機車完成這次牽引任務後正式脫離運用，並作為保留車存放在長岡車輛中心內，至2010年3月10日自行回送至秋田綜合車輛中心，並於同日除籍報廢。

總體布置

DD53型柴油機車是兼作幹線機車的液力傳動除雪柴油機車，採用兩端司機室的全鋼焊接結構整體承載式箱型車體，而沒有採用DD51型柴油機車的中間司機室布置。DD53型柴油機車裝有兩套對稱布置的動力傳動機組，機車上部從前端至後端順序布置有第一司機室、第一動力室、冷卻傳動室、第二動力室、第二司機室。車體兩端各設有一個司機室，司機室前窗由三塊較大的平面玻璃和兩塊較小的平面玻璃組成，司機正前方的玻璃還裝有旋轉除雪窗。司機室內機車運行方向的左側設有司機操縱台，右側設有副司機座席及手制軔手柄。
動力室和冷卻傳動室內的設備布置類似於新幹線911型柴油機車，車體兩側設有大面積通風百葉窗和採光玻璃窗，車內設有雙側內走廊連接兩端司機室。司機室地板下的設備艙內裝有靜液壓泵和空氣壓縮機。動力室內裝有一台柴油機，以及燃油泵、起動馬達、機油熱交換器、空氣濾清器、排氣消音器等配套裝置。冷卻傳動室的下部裝有兩台液力傳動裝置和蓄電池組等設備，上部裝有兩組「V」字形鋁制散熱器和靜液壓驅動的軸流式冷卻風扇。車體下方除了有三台轉向架外，還吊掛著兩個燃油箱。

柴油機

DD53型柴油機車裝用兩台DML61Z-R型柴油機，這是一種四衝程、12氣缸、渦輪增壓、帶中冷器的水冷式V型高速柴油機，氣缸直徑為180毫米，活塞行程為200毫米，氣缸夾角為60°；持續功率為1100馬力（820千瓦），額定轉速為每分鐘1500轉，最高轉速為每分鐘1650轉，平均有效壓力為每平方厘米10.80公斤，單位燃料消耗量為175（+10%）克/有效馬力·小時，柴油機淨重量為5500公斤。

傳動系統

主傳動路線與DD51型柴油機車基本相同，兩套相同的動力傳動機組對稱布置，分別驅動前後兩台動力轉向架。液力傳動系統主要包括液力傳動箱、車軸齒輪箱、萬向軸及彈性聯軸節等部件。液力傳動箱安裝在中間轉向架的上方，通過橡膠閥座和球面軸承支撐在車體底架上。柴油機通過彈性聯軸節及第一萬向軸將功率傳遞到液力傳動箱，再從液力傳動箱下部的輸出法蘭，以第二萬向軸傳給內側輪對的第一車軸齒輪箱，最後再經過第三萬向軸將動力傳到外側輪對的第二車軸齒輪箱。
液力傳動裝置除了提供走行動力外亦用來驅動除雪裝置。當機車單機執行除雪作業時，兩台動力機組分別作為牽引和除雪動力。當兩台機車重聯執行除雪作業時，本務機車的兩台動力機組均用於提供除雪動力，而補機僅用於提供牽引動力及推動本務機車前進。DD53型柴油機車採用DW2A-R型液力傳動裝置，它是在DD51型柴油機車的DW2A型傳動裝置的基礎上，額外增加了一個充排油式液力耦合器，通過動力輸出軸來驅動除雪裝置。液力傳動裝置由一對增速齒輪、三個充排油式變扭器、液力耦合器、減速齒輪、回動齒輪、控制機構等部分組成。每台傳動裝置可選擇以牽引模式（變扭器運轉）或除雪模式（耦合器運轉）工作，液力耦合器利用止回閥進行充排油。傳動裝置的其他部分則與DW2A型相同，變扭器為三個單級三輪或四輪離心渦輪式液力變扭器，其中起動變扭器（第一變扭器）適用於機車起動和低速工況，而運轉變扭器（第二、三變扭器）適用於機車中高速運轉工況，使變扭器總是在高效率狀態下運轉。變扭器的運轉狀態是根據運行速度和柴油機輸出功率而決定，並依靠變扭器的充排油過程來自動完成換檔。

除雪裝置

全長超過10米的除雪裝置安裝在一台TR102型二軸轉向架上，並通過自動車鉤與DD53型柴油機車連接。DD53型柴油機車採用與DD14型柴油機車量產車相似的旋轉式除雪裝置，這是一種具有橫向旋轉軸的螺槳式除雪機，旋轉軸裝有多把輥棒狀颳雪刀以打碎積雪，然後被葉輪吸入後由拋雪筒向路線兩側吹出。除雪裝置配有向兩側打開的側翼板，當側翼板完全打開時最大除雪寬度可達6米。除雪裝置的拋雪筒方向採用固定設計，司機可以按需要選擇從其中一個或同時兩個拋雪筒拋雪。
1976年，為了使其更有效地執行除雪作業，日本國鐵對DD53 2、3號機車的除雪裝置作出了一些改進，例如將除雪裝置上方的司機室移至拋雪口後邊，並簡化了轉換投雪方向的操作過程。同時，為了避免因除雪量超過投雪能力引起除雪裝置「消化不良」，日本國鐵於1976年在DD53型柴油機車上安裝了一套8位元微機系統，成為世界上最早應用微機控制的柴油機車之一。該系統由一個8位元微處理器、20千字節只讀儲存器（ROM）、4千字節讀寫存儲器（RAM）組成，利用微機系統的運算能力自動控制除雪裝置的功率。由於該系統的運用效果良好，因此後來又被推廣到DD14型除雪機車上使用。

轉向架

DD53型柴油機車採用與DD51型柴油機車相同的B-2-B軸式配置，機車走行部為三台二軸轉向架，包括兩台裝有車軸齒輪箱的DT131型兩端轉向架、一台只承受車體重量的TR101B型中間轉向架。
兩端轉向架的固定軸距為1800毫米，採用鋼板焊接成箱型結構的「H」字形構架，車軸軸箱採用與DD20型柴油機車相同的內側軸箱方式。兩端轉向架採用無心盤形式，通過旁承彈簧支承車體重量，並依靠旁承彈簧的扭斜實現轉向架的橫動和迴轉。二系旁承懸掛為構架外側每側兩個並聯的螺旋圓彈簧組，車體底架和二系彈簧支承框架之間設有垂向油壓減震器。牽引力和制軔力通過雙側低位水平牽引拉杆傳遞。基礎制軔裝置為雙側閘瓦制軔，並設有制軔橫樑以保證兩側閘瓦同步作用，另外還設有閘瓦間隙調整器。DT131系列轉向架後來亦被用於DD54、DE10、DE50型柴油機車。
中間轉向架是一種旁承承載的無動力轉向架，與DD51型柴油機車量產車使用的TR101A型轉向架基本相同，固定軸距為1600毫米。構架採用「U」形側梁的鋼板焊接結構，軸箱通過橡膠環安裝在構架上，旁承彈簧為兩個空氣彈簧，利用改變空氣彈簧的氣壓而使軸重變化，使動輪軸重可以根據需要而設定為13噸、14噸或15噸。