日本国铁ED46型电力机车

日本的电力机车

ED46型电力机车(日语:ED46形電気機関車)是日本国有铁道的第一种双电流制电力机车,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电气化铁路。这种实验性机车由日立制作所于1959年研制成功,仅试制了一台,并未投入批量生产。

ED46(ED92)
概览
类型电力机车
原产国 日本
生产商日立制作所
生产年份1959年
产量1台
主要用户日本 日本国有铁道
技术数据
UIC轴式B'B'
轨距1,067毫米
轮径1,120毫米
轴重16吨
轴距2,212毫米
机车长度14,500毫米
机车宽度2,900毫米
机车高度4,215毫米(降弓时)
整备重量64吨
受流电压AC 20kV 50Hz
DC 1500V
传动方式交—直流电
牵引电动机MT913 × 2
最高速度110公里/小时
持续速度58.8公里/小时
牵引功率1,400千瓦
牵引力17,000公斤(起动)
8,500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

发展历史

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研制

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1959年,日本国有铁道决定对常磐线取手以北实施交流电气化改造,并在取手站至藤代站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。为此,日本国铁开发研制了日本第一种双电流制电力机车,同时适用于1500伏直流电和20千伏50赫兹的工频单相交流电[1]

同年8月,日立制作所ED71型电力机车的基础上,试制了首台ED46型电力机车。值得一提的是,这台机车也是日立制作所自1911年以来制造的第1000台电力机车。ED46型电力机车按照干线客运机车的需要而研制,机车上安装有主变压器水银整流器,控制方式采用电阻调压、串并联换接和磁场削弱,还采用了整体承载式轻量化车体、单电机转向架、大功率牵引电动机、轮对空心轴架悬式驱动装置等新技术,并可以对旅客列车的电热取暖装置供电。ED46型电力机车的最高运转速度为110公里/小时,在交流及直流区段的持续功率均为1400千瓦,可满足牵引550吨急行旅客列车或600吨普通旅客列车通过10‰长大坡道的运行条件[1]

运用

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ED46型电力机车出厂后,由于常磐线的交流电化工程尚未完成,因此首先配属到宇都宫机关区日语宇都宮運転所,在东北本线日光线进行各项试验。1961年6月,随着常磐线取手至胜田区段完成交流电化,ED46型电力机车亦转配属尾久机关区,并开始投入常磐线运用,主要担当旅客列车的牵引任务。根据ED46型电力机车的试验结果和运用经验,日立制作所于1961年研制了EF80型电力机车,并开始投入批量生产。同年,根据新修订的国铁车辆形式称号规程,ED46型电力机车改称为ED92型电力机车。后来,这台机车移交中央铁道学园日语中央鉄道学園作为教学车使用,在很长一段时间内被存放在田端机关区日语田端機関区,至1975年正式报废解体[2]

技术特点

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总体布置

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ED46型电力机车是干线客运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。车体两端各设有一个司机室,车内设有“Z”字形内走廊连接两端司机室,车体中部设有第一辅助机械室、变压器室、中央机械室、整流器室、第二辅助机械室。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。车顶安装有两台双臂式受电弓、交直流切换器、高速断路器、避雷器等高压电气设备。车体底部两台转向架之间吊装着总风缸、平波电抗器和各种电阻器[1]

车体结构

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ED46型电力机车采用轻量化的整体承载式全钢焊接结构箱型车体,车体全长14,100毫米、全宽2,900毫米。由于ED46型电力机车的设计为单机运用的干线客运机车,因此采用了前端非贯通型的结构,并采用大面积前窗玻璃以改善司机的嘹望视野,这种前端外形亦被后来的EF60EF70型电力机车所沿用。机车采用车体通风系统,侧墙百叶窗是车内设备通风冷却的主要进风窗口,车体两侧均设有两扇侧窗和五个通风百叶窗[1]

电气系统

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ED46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、主变压器、水银整流器、牵引电动机、主电阻器、电路保护装置等组成。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,再通过水银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,而水银整流器则变为逆变器工作,用来向旅客列车供电。机车可以在运行时安全地完成交直流切换过程。ED46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25个调速级位,其中弱磁起动位1级、串联位11级、并联位7级、磁场削弱位6级[1]

机车装用一台芯式单相主变压器,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2×2080伏特,额定容量为2170千伏安)、一个向辅助系统供电的辅助绕组(额定电压为465伏特,额定容量为20千伏安)及一个向旅客列车供电的供电绕组(额定电压为1590伏特,额定容量为460千伏安),冷却方式为强迫油循环导向风冷却。整流装置采用风冷式励弧管水银整流器,由四个励弧管组成单相全波整流电路,整流器额定功率为1560千瓦,额定整流电压为1500伏特,额定整流电流为1040安培。

每台转向架安装一台MT913型牵引电动机,该型电动机是带有补偿绕组的四极串励直流电动机,也是当时世界上窄轨电力机车所使用功率最大的牵引电动机,小时功率为755千瓦,持续功率为700千瓦,额定电压为1500伏特,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磁场削弱,削弱率最深为40%。

考虑到电气设备轻量化的需要,ED46型电力机车的辅助电路采用了特殊的多电流制模式。其中,在交直流区段共用的辅助电动机,包括牵引电动机通风机、三相电动发电机电动空气压缩机,均使用1500伏特直流电动机驱动,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。励弧管冷却风扇及预热器,在交流区段由主变压器辅助绕组直接供应440伏特50赫兹单相交流电,在直流区段则由三相电动发电机供电,该电动发电机的输入电压为1500伏特直流电,输出440伏特60赫兹三相交流电[3]

转向架

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机车走行部为两台DT112型二轴转向架。为了尽可能减轻机车重量,ED46型电力机车是日本首次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,这种设计之前曾经在东武铁道ED5050型电力机车日语東武ED5010形電気機関車上应用。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,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[1]

轴箱采用无磨耗的拉板式定位结构,两片金属拉板的其中一端与轴箱连接,另一端与构架侧梁相连。转向架采用全旁承支重结构,机车的车体重量通过四个旁承支座坐落在两台转向架上。一系悬挂为轴箱顶螺旋弹簧,摇枕弹簧装置为构架外侧悬挂结构,采用每侧两个并联的摇枕圆弹簧组。

参考文献

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 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. ^ 「消えた車輌写真館 」ED92 1. 铁道ホビダス. [2013-10-10]. (原始内容存档于2019-09-16). 
  3. ^ 池田正一郎、杉本光昭. 交流電気車用整流器制御方式. 《日立评论》 (日立制作所). 1961年3月, 43 (3): 37–42 (日语).