日本國鐵EF66型電力機車
| EF66 | |
|---|---|
 在西國分寺站停靠的EF66 27號電力機車 (2022年7月) | |
| 概覽 | |
| 類型 | 電力機車 |
| 原產國 |  日本 |
| 生產商 | 川崎電機製造、川崎車輛、 東洋電機製造、汽車製造、東芝 |
| 生產年份 | 1966年（901） 1968年—1974年（1～55） 1989年—1991年（101～133） |
| 產量 | 89台 |
| 主要用戶 | 日本國有鐵道 |
| 技術數據 | |
| 華氏輪式 | 0-4-4-4-0 |
| UIC軸式 | Bo'Bo'Bo' |
| 軌距 | 1,067毫米 |
| 輪徑 | 1,120毫米 |
| 軸重 | 16.8噸 |
| 轉向架 | DT133、DT134（901） DT133A、DT134A（1～20） DT133B、DT134A（21～55） FD133C、FD134B（101～133） |
| 軸距 | 2,800毫米（固定軸距） |
| 機車長度 | 18,200毫米 |
| 機車寬度 | 2,800毫米 |
| 機車高度 | 3,872毫米（降弓狀態） |
| 整備重量 | 100.8噸 |
| 供電電壓 | DC 1500V |
| 傳動方式 | 直—直流電 |
| 牽引電動機 | MT56 × 6 |
| 最高速度 | 110公里/小時 |
| 持續速度 | 72.2公里/小時（85%勵磁） 108.0公里/小時（40%勵磁） |
| 牽引功率 | 3,900千瓦（小時功率） |
| 牽引力 | 19,590公斤（持續） |
| 制動方式 | EL14AS自動空氣制動機、手制動機 |
| 安全系統 | ATS-S |
EF66型電力機車（日語：EF66形電気機関車）是日本國有鐵道的直流電力機車車型之一，適用於供電制式為1500伏直流電的電氣化鐵路，由川崎車輛（川崎重工業）[注 1]、東芝、川崎電機製造（富士電機）[注 2]、汽車製造[注 3]、東洋電機製造[注 4]聯合生產。EF66型電力機車是日本國鐵為滿足高速貨物列車的牽引需要，於1960年代中期開發研製的3900千瓦六軸電力機車，也是當時世界上單節功率最大的窄軌電力機車。首台原型車於1966年落成，當時被稱為EF90型電力機車；至1968年定型並開始投入批量生產。1969年，EF66型電力機車還獲得了鐵道友之會授予的第12屆藍絲帶獎。
開發背景
[編輯]貨物列車高速化
[編輯]1960年代初，正處於戰後經濟高速增長時期的日本，開始了大規模的高速公路修建計劃。當時日本國有鐵道已經意識到，隨着日本高速公路網逐漸成形，公路貨運勢必對鐵路貨運形成嚴峻的挑戰。1964年，日本國有鐵道開始研究貨物列車高速化的問題，對貨物列車的運輸組織、運行速度、機車車輛等範疇作出了檢討，並提出了有關確立鐵路貨物高速運輸體系的幾項基本方針，包括縮短鐵路貨物運輸時間和列車區間運行時分，將貨物列車最高速度提高至100公里/小時以上；開發研製構造速度可達110公里/小時的高速貨車；開發研製大功率貨運電力機車；集中發展貨櫃和大宗貨物的運輸業務[1]。
根據開行最高速度100公里/小時的高速貨物列車的需要，日本國鐵的列車速度調查委員會就列車運行時間、機車牽引性能、列車牽引定數、鐵路基礎設施等方面進行了深入研究。牽引動力方面，由於在保持相同牽引定數的同時提高最高運行速度，對電力機車的牽引性能提出了更高的要求。以東京和大阪之間的貨物運輸為例，東名高速公路和名神高速公路落成後，貨物經高速公路的運輸時間約為8小時，而高速貨物列車經東海道本線（汐留—梅田）運行，單程運行時間需要壓縮到約7小時，才有能力與公路貨運競爭[1]。
大功率電力機車
[編輯]當時，由EF65型電力機車牽引的特急貨物列車，牽引定數約600噸，東京至大阪間的旅行時間約為7小時30分鐘。因此，如果將牽引定數增加到1000噸，除非採用兩台電力機車重聯牽引，否則EF65型電力機車也不可能滿足需要。另一方面，牽引供電系統的承受能力也是一項考慮因素，當EF65型電力機車雙機牽引時，架空電纜的最大瞬時負載電流可達到5000安培，有可能超過東海道、山陽本線牽引變電所的容量限制[注 5]，而網側電壓也會出現較大幅度的下滑，影響同一供電區間內其他列車的運行[1]。
根據計算，假設1000噸貨物列車的最高運行速度為100公里/小時，並且在10‰坡道上保持75公里/小時的均衡速度，牽引機車至少需要約3600千瓦的功率；若果牽引定數進一步提高到1200噸，則需要約4200千瓦的牽引功率[1]。受到當時牽引電動機製造技術和窄軌限界的制約，日本國鐵最初考慮研製雙節重聯形式的「H級」八軸電力機車，但隨後由於大功率直流牽引電動機的實用化，令單節大功率的「F級」六軸電力機車得以成為現實[2]。1966年，日本國鐵試製了首台3900千瓦的EF90型電力機車，成為當時世界上單節功率最大的窄軌電力機車；同年，與之配套的10000系高速貨車亦試製成功並投入運用。
除此之外，日本國鐵進行貨物列車高速化的研究時，亦曾經考慮過採用貨運電動列車的可行性。與動力集中式列車相比，由於動力分散式列車的動軸數量較多，可以在保持列車總功率相同的條件下採用功率較小的牽引電動機，同時還可以提高高速區域的粘着性能。以東海道新幹線開通前的「回音號」列車（國鐵151系電動列車）為例，最高運行速度為110公里/小時，東京至大阪的運行時間約6小時30分鐘。根據理論計算，如果800噸或1000噸貨物列車要達到相同速度和時間，列車將分別需要5000千瓦和6300千瓦的功率[注 6]，以當時直流電力機車的技術水平來說，不僅技術上存在很大困難而且經濟上亦不甚現實。然而，由於無法與既有貨車通用、編組運用缺乏彈性、提速效果有限等原因，貨運電動列車的構想未被日本國鐵所接納[注 7][1]。
形式區分
[編輯]原型車
[編輯]
1966年9月7日，川崎車輛和川崎電機完成試製首台原型車，當時被稱為EF90型電力機車（EF90 1），生產預算由國鐵昭和40年度第2次債務承擔。EF90 1號機車出廠後，與同時期試製的Koki10000型貨櫃平車、Resa10000型冷藏車共同開始運行試驗[3]。
試驗結果表明，EF90型電力機車是日本國鐵當中性能最優異的直流電力機車。機車小時功率為3900千瓦，持續速度為72.2公里/小時，持續牽引力為19,590公斤（85%全勵磁）。當EF90型電力機車單機在50公里/小時以上的速度範圍運行，輪周牽引力比雙機重聯的EF65型電力機車提高約50%[注 8]。因此，EF90型電力機車既擁有EF65型電力機車的牽引力特性[注 9]，亦同時擁有EF58型電力機車的高速性能[注 10]。若果按機車單機牽引1200噸列車計算，在平直道上最大平衡速度可達120公里/小時，在10‰長大坡道上的平衡速度亦可達80公里/小時；而架空電纜的最大瞬時負載電流約為3200安培，遠低於EF65型電力機車雙機重聯時的5000安培[1]。
1968年，當EF66型電力機車投入批量生產後，EF90 1號機車在鷹取工廠按量產車的標準進行了改造，改造內容主要包括轉向架部分，例如以囊式空氣彈簧取代膜式空氣彈簧，更換傳動齒輪箱、橡膠彈性元件、鑄鐵閘瓦等部件[4]。至同年8月4日完成改造，並編入EF66型電力機車的序列，車號更改為EF66 901。1987年國鐵分割民營化之後，該機車由日本貨物鐵道（JR貨物）繼承，配屬吹田機關區及擔當貨物列車牽引任務。1996年12月28日，EF66 901號機車完成執行最後一次牽引任務，牽引由幡生開往吹田的「再見901號」2060次貨物列車後，正式脫離運用並封存於廣島車輛所，至2001年2月9日報廢后解體[5]。
基本番台
[編輯]1968年夏季，根據EF90 1號機車的使用經驗和試驗結果作出改良後，正式定型為EF66型電力機車並投入批量生產，從1968年至1974年間共製造了55台EF66型基本番台機車，其中可按細節特點分為兩個批次的車輛[6]。
- 第一次量產車（1～20）
- 1～13號機車於1968年7月至9月期間落成，生產預算由昭和42年度第2次債務承擔，全部配屬下關運轉所幡生支所。與EF90 1號原型車相比，這批量產車改為裝用CS27A型電阻控制器、CS28A型勵磁控制器，以及DT133A、DT134A型轉向架；並改變了牽引電動機的橫向支撐件的形狀，以便於轉向架結構的檢查。外觀方面，前窗中央兩塊平面玻璃和兩側曲面玻璃的交合處往兩側後移，以改善乘務人員的瞭望視野，而側窗亦改為由單一玻璃構成的上下提拉式車窗[7]。
- 14～15號機車是因應1968年「43·10」國鐵運行圖調整，緩解因特急貨物列車增發的機車運用緊張而製造，生產預算由昭和42年度第3次債務承擔。這批機車與1～13號機車完全相同[7]。
- 16～17號機車是因應1969年4月國鐵運行圖調整，梅田至汐留間再增開一對特急貨物列車而製造，生產預算由昭和43年度第3次債務承擔。這批機車的電阻控制器、電動發電機等部件作出了若干改進，車頂腳踏板改為採用氯乙烯塗層產品。
- 18～20號機車是因應1969年10月1日國鐵運行圖調整、特急貨物列車增發而製造，生產預算由昭和43年度第5次債務承擔。這批機車改為使用CS27B型電阻控制器和CS28B型勵磁控制器，並且對安全防護裝置作出了改良[8]。
- 第二次量產車（21～55）
- 21～31號機車是因應1973年10月國鐵運行圖調整而製造，生產預算由昭和48年度第1次民有撥款承擔[7]。與之前第一次量產車相比，這批機車在許多方面作出了較大的變化，例如改為使用CS27C型電阻控制器和CS28C型勵磁控制器；輔助電路系統改為採用三相交流傳動，輔助設備由免維護性較好的三相異步摩打驅動；改為裝用MT56A型牽引電動機，增加了分流電阻器以改善牽引電動機的換向性能；兩端轉向架以囊式空氣彈簧取代膜式空氣彈簧，轉向架型號變更為DT133B型；考慮到單司機值乘的實際需要，將部分操作頻率較高的設備集中佈置在司機操縱台。外觀方面，車體頂蓋兩端凸出於前窗玻璃並形成一個窗檐，以防止前窗玻璃受到集電弓潤滑脂和滑板金屬粉末的污染；設備檢查蓋被移動到車體中部兩側機車編號處；車體正面的司機室通風口亦被廢除。
- 32～33號機車是因應1974年4月九州地區日豐本線電氣化、擔當「彗星號」臥鋪特急列車牽引任務而製造，生產預算由昭和48年度第3次民有撥款承擔[7]。
- 34～55號機車是因應1975年3月10日國鐵運行圖調整，東海道本線、山陽本線、東北本線、山手貨物線貨物列車增發，以及增強身延線、飯田線運輸能力而製造，生產預算由昭和49年度第2次民有撥款承擔[7]。
| 生產批次 | 機車編號 | 製造商 | 製造目的 | 生產預算 |
|---|---|---|---|---|
| 第一次量產車 | 1～6 | 東洋電機製造、汽車製造 | 開行高速貨物列車 | 昭和42年度第2次債務 |
| 7～13 | 川崎車輛、川崎電機 | |||
| 14 | 東洋電機製造、汽車製造 | 高速貨物列車增發 | 昭和42年度第3次債務 | |
| 15 | 川崎車輌、川崎電機 | |||
| 16・17 | 川崎重工業、富士電機 | 高速貨物列車增發 | 昭和43年度第3次債務 | |
| 18～20 | 汐留—東廣島、下關—汐留間高速貨物列車增發 | 昭和43年度第5次債務 | ||
| 第二次量產車 | 21～25 | 東洋電機製造、川崎重工業 | 東海道、山陽地區貨物列車增發 | 昭和48年度第1次民有 |
| 26～31 | 川崎重工業、富士電機 | |||
| 32～33 | 東洋電機製造、川崎重工業 | 「彗星號」特急列車用牽引機車 | 昭和48年度第3次民有 | |
| 34～44 | 東海道本線、山陽本線、東北本線、山手貨物線貨物列車增發 增強身延線、飯田線運輸能力 |
昭和49年度第2次民有 | ||
| 45～55 | 川崎重工業、富士電機 |
100番台
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國鐵分割民營化後由於貨物列車增發，JR貨物在最後一批EF66型基本番台機車出廠的14年後，再次向川崎重工業訂購了33台經過改良的EF66型100番台機車，並於1989年至1991年間陸續交付使用。雖然100番台機車的基本構造和技術性能仍然和最後一批基本番台機車基本相同，但車體外形和部分設備已經有了很大分別。
- 第一次量產車（101～108）
- 101～108號機車於1989年製造。
- 外觀方面，對車頭外形進行重新設計，採用車體正面中部凸出、前窗部分向後傾斜的流線型外形，前照燈和尾燈以橫向並列方式佈置在正面中部兩側，並為前窗玻璃增設了噴水清潔器。司機室加裝了空調裝置，以改善乘務人員的工作環境。前照燈和尾燈採用圓形外形[9]。
- 移除了牽引電動機的分流電阻器；以新型設備替換已停產的輔助機電裝置；改變空氣彈簧的隔膜形狀，轉向架型號變更為FD133C、FD134B型；採用下框架交叉式的PS22B型集電弓[10]。
- 由於EF66型電力機車已經很少牽引10000系高速貨車，100番台機車亦不再裝用密接式自動力車卡鈎，改為裝用一般的自動力車卡鈎，並在排障器上增加總風管折角塞門[10]。
- 車體塗裝採用JR貨物標準色塗裝，車體上部使用深淺藍色的組合，車體下部為淺灰色，司機室側門使用芥末色（黃土色）。
- 第二次量產車（109～133）
- 109～133號機車於1990年至1991年間製造。
- 電氣和控制設備方面根據環境保護的規定，消除了這些設備內的有害物質，例如接觸器開關和高速斷路器不再含有石棉成分，電阻控制器和勵磁控制器亦有所變更。集電弓變更為PS22D型[6]。
- 在保持第一次量產車車體塗裝的基礎上，圍繞車體下部增加了一圈藍色帶。前照燈和尾燈改為採用方形外形[6]。
運用歷史
[編輯]國鐵時代
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1966年10月，EF90 1號原型車配屬吹田第二機關區（今吹田機關區），不久之後又改配屬姬路第二機關區（今姬路運行區）。1968年7月，EF66型電力機車的首批量產車開始配屬下關運轉所（今下關綜合車輛所）。同年，EF90 1號原型車在鷹取工廠完成改造後，被編入EF66型電力機車的編號序列（EF66 901），並轉配屬到下關運轉所[11]。1969年至1977年間，所有EF66型電力機車均集中配屬於下關運轉所，擔當東海道本線、山陽本線的高速貨物列車牽引任務，包括連接東京、大阪和九州地區的特急貨櫃貨物列車和特急鮮魚貨物列車[注 11]。隨着最高速度100公里/小時的高速貨物列車投入服務，大大縮短了鐵路貨物的運輸時間。例如，品川至香椎間的貨櫃列車的運行時間縮短為24小時，比之前壓縮了5個小時；幡生至東京的鮮魚列車的運行時間縮短為29小時，比之前壓縮了12個小時[1]。
1978年，下關運轉所的部分EF66型電力機車轉配屬廣島機關區。1984年，由於日本國鐵縮減貨運及行包運輸業務規模，廣島機關區的EF66型電力機車又全部轉配屬吹田機關區，仍然擔當東海道本線、山陽本線的貨運牽引任務。1985年，由於「隼號」特急旅客列車編組中加掛一節酒吧車，令EF65型電力機車的功率不足以應付牽引需要。為了充分利用部分閒置的EF66型電力機車，從同年3月14日國鐵運行圖調整開始，「隼號」、「櫻號」、「朝風號」、「瑞穗號」、「富士號」五對臥鋪特急列車在東京至下關之間，改由下關運轉所的EF66型電力機車牽引。
1986年11月1日，為了預備即將實施的國鐵分割民營化，日本國鐵對EF66型電力機車進行大範圍的配屬調度，將專門用於牽引貨物列車的16台EF66型電力機車[注 12]由下關運轉所轉配屬吹田機關區[12]。
民營化後
[編輯]1987年4月1日國鐵分割民營化後，56台EF66型電力機車被新成立的西日本旅客鐵道（JR西日本）和日本貨物鐵道（JR貨物）繼承。
JR貨物
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1987年，JR貨物繼承了40台EF66型電力機車（1～39、901），並且集中配屬於吹田機關區。1988年初，EF66 18號機車參與了本四備讚線（瀨戶大橋線）開通前的瀨戶大橋1000噸荷重列車緊急緊軔試驗。同年，由於新一代的Koki100型貨車投入運用，JR貨物的EF66型電力機車均在連結器兩側加裝了總風管。1989年至1991年間，新造的33台EF66型100番台電力機車陸續配屬吹田機關區、岡山機關區、廣島機關區，至1996年3月16日運行圖調整後JR貨物全數73台EF66型電力機車集中配屬吹田機關區。1991年，基本番台第二次量產車開始進行加裝司機室空調的改造。
從1993年到2006年，JR貨物對運用時間較長的基本番台機車分批進行更新改造，改造內容包括更換過時的機械和電器設備；側窗改用不鏽鋼窗框；廢除車體正面的不鏽鋼裝飾帶等。大部分基本番台機車均接受了更新改造[注 13]，完成改造的車輛亦改變了車體塗裝以作識別。最初的「舊更新色」塗裝與100番台第二次量產車的塗裝基本相同，車體上半和下半部分別為藍色和淺灰色，車體下部還有一圈藍色帶，司機室側門採用芥末色[13]。
從2004年起完成更新改造的基本番台機車，開始採用與原本國鐵塗裝類似的「新更新色」塗裝[注 14]，車體外部以深藍色（青15號）為主色，車體正面下半部採用奶黃色（奶油1號）；車身兩側亦各有一條奶黃色色帶，但其噴塗高度略低於國鐵塗裝。部分原本採用「舊更新色」塗裝的基本番台機車，後來亦改為使用「新更新色」塗裝。2006年9月，最後完成更新改造的EF66 27號機車，則恢復為原始的國鐵塗裝作為紀念。
除此之外，國鐵民營化後不久的1987年8月，JR貨物為了決定新時期的車輛塗裝，將EF66 20號機車作為新塗裝試驗車，試驗塗裝以淡奶油色作為主色，配以從車頭延伸至車身兩側的藍色線條圖案，車身中部還噴塗了巨大的藍色「JR」標誌[14]。然而，這種試驗塗裝最終並沒有被接納採用，而這台機車又先後改為使用舊更新色和新更新色。這台曾經三次變換塗裝的機車於2010年3月16日除籍報廢，並在廣島車輛所解體[15]。
JR貨物的EF66型電力機車一直主要運用於東海道本線和山陽本線，並從1998年10月起開始投入東北本線黑磯以南運用[16]。1999年至2002年間，JR西日本的四台EF66型電力機車（41、44、52、54）轉售予JR貨物。踏入2000年代，由於大多數基本番台機車的使用時間已屆30年，而且越來越多新一代的EF210型電力機車投入運用，因此狀況較差的基本番台第一次量產車於2001年開始陸續報廢，至2000年代末第一次量產車經已全部報廢。
2016年3月，JR貨物仍然擁有39台EF66型電力機車，包括6台基本番台第二次量產車[17]和33台100番台機車[18]，全部配屬吹田機關區，2019年3月開始擔當東海道本線、山陽本線福山車站以東、武藏野線越谷貨物總站以西、東北本線宇都宮貨物總站的區間貨物列車牽引任務。
至2020年8月，因應EF210型機車的增備，6台基本番台中的5台（21、26、30、33、36）被報廢並解體，而現存的基本番台中只有一台27號機仍然在運用，因為其編號27而被鐵路迷愛稱為「ニーナ」（仁奈）。第30號機存放在廣島車輛所，並以提高年輕技術員的技能為名義重新翻新為更新色，並於2018年起在廣島車輛所開放日時公開展出[19]。
承上，由於EF210型機車的替換目標亦包括100番台，其中一台104號機因而被報廢並解體，成為第一台被報廢的100番台機車。
另外11號機被轉贈給JR東日本之後進行了修復工作，包括重新安裝了連接器的空氣管並卸下了MRP管並放在鐵道博物館展示。另一方面，35號機被轉贈給JR西日本之後，空調被拆除並重新翻新為國鐵色後在京都鐵道博物館展出。
JR西日本
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1987年，JR西日本繼承了16台EF66型電力機車（40～55），全部配屬下關地域鐵道部下關車輛管理室，主要用於擔當「隼號」、「櫻號」、「朝風號」、「瑞穗號」、「富士號」五對臥鋪特急列車在東京至下關之間的牽引任務。此外，由於EF66型電力機車搭載了ATS-P防護裝置，因此亦被用於牽引往首都圈方向的團體臨時列車。
1990年3月JR運行圖調整，「朝風2·3號」和「瀨戶號」列車開始編掛Suha25型300番台電源車兼休閒車，取代了以往使用的Kani24型100番台電源車兼行李車。由於新型電源車是利用集電弓直接從架空電纜取電，經車上的靜止式變流器轉換成交流電後向列車集中供電，而不是再使用車載柴油發電機組供電，因此EF66型電力機車亦增設了緊急降弓開關，當架空電纜異常時使電源車集電弓能夠快速降弓，並在連結器左側增加了用來傳送控制訊號的KE70HE型電氣連接器。
1992年4月8日，由EF66 55號機車牽引的「櫻號」臥鋪特急列車在山陽本線發生列車脫軌顛覆事故。當日零時零分，在兵庫縣神戶市須磨區境內的國道2號上，一輛四驅車突然試圖掉頭，隨後的一輛半掛貨車為了閃避前車而轉向一側，卻導致牽引車和半掛拖車發生了「折頭現象」，失去控制的車輛掉落到道路旁的山陽本線。當由東京開往長崎和佐世保的「櫻號」列車（12輛編組）運行至須磨至塩屋間，與侵入下行線的肇事汽車發生正面衝突，導致本務機車脫軌顛覆、5節車廂脫軌，同時經上行線開往西明石方向的普通旅客列車（201系電動列車），因及時發現險情而採取緊急停車措施，但仍然與侵入上行線的「櫻號」列車發生碰撞及脫軌[20]。大破的EF66 55號機車後來又被修復，恢復運用一段時間後至1995年報廢。
1990年代起，由於臥鋪特急列車的載客率漸趨減少，東京往九州方向的臥鋪特急列車亦逐步中止營運或合併運行。1994年12月，東京至熊本、長崎的「瑞穂號」列車中止營運；東京至博多的「朝風1·4號」列車降級為臨時列車。1995年起，JR西日本開始報廢部分狀況較差的EF66型電力機車。1999年至2002年間，JR西日本的四台EF66型電力機車（41、44、52、54）轉售予JR貨物。1999年12月，熊本始發的「隼號」列車開始與長崎始發的「櫻號」列車合併運行。2005年3月，「隼號」列車改為與「富士號」列車合併運行，同時「櫻號」和「朝風號」列車中止營運。
2009年3月14日，隨着「隼號」和「富士號」列車正式中止營運，結束了EF66型電力機車牽引「藍色列車」的歷史。此後，JR西日本首先報廢了其中8台EF66型電力機車[21]。尚存的2台機車（45、49）主要用於牽引臨時工務列車，至2010年9月20日正式報廢後，EF66型機車完全退出JR西日本的服務行列[22]。
技術特點
[編輯]以下技術特點內容除特別註明外，皆以基本番台機車為描述對象。
總體佈置
[編輯]車體結構
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EF66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。車體採用整體承載式全鋼焊接結構，車體長度為17100毫米，車體寬度為2800毫米。運轉整備重量為100.8噸，空車重量為100.16噸[1]。由於EF66型電力機車的軸重達到16.8噸，一般只適用於路線等級為特甲線的東海道本線、山陽本線等主要幹線。
車體外觀
[編輯]EF66型電力機車的其中一個特點是採用了高司機室佈置的車頭外形，這種設計借鑑自同時期開發的國鐵581系、583系電動列車。三菱電機於1980年代初向西班牙國鐵出口的251型電力機車，亦採用了相似的車體外形設計。機車的兩端各有一個司機室，司機室高度被適當抬高，司機座椅平面距離軌面的高度從EF65型電力機車的2270毫米提升到2565毫米[23]。司機室前窗由兩塊平面玻璃和兩塊較小的曲面玻璃組成，為乘務人員提供了良好的瞭望視野。前照燈和尾燈採用兩側縱列的佈置方式，兩組車燈之間設有不鏽鋼裝飾帶，同時也是司機室的通風口。車體正面的中央位置設有機車編號牌，並採用了與特急型列車相似的倒三角形標誌。車體外部塗裝以深藍色（青15號）為主色，車頭正面下半部採用奶黃色（奶油1號），車身兩側各有一條奶黃色色帶。
司機室
[編輯]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動手柄。操縱台上各類儀表和開關的佈置均應用了人體工程學原理，與以往的國鐵電力機車操縱台有很大分別。操縱台的正中央設有速度錶、電流錶、電壓錶、風缸壓力錶等儀表，以及各種機車狀況指示燈和ATS確認按鈕；左手邊設有自動空氣制動機和單獨制動機；右手邊設有調速控制器、緊急停車按鈕和各種常用開關。司機室後部兩側設有供乘務員乘降的側門。機車前端採用採用非貫通結構。
設備佈置
[編輯]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。機械室內從第一端至第二端方向，順序佈置有第一輔助機械室、控制電器室、電阻器室、第二輔助機械室。第一輔助機械室內設有第一電動通風機、第一電動空氣壓縮機、輔助電動發電機。控制電器室設有換向開關、牽引電動機隔離開關、接觸器開關、輔助電路斷路器、電量統計裝置、勵磁控制器等電器裝置。電阻器室設有主電阻器、分流電阻器、電阻控制器、接觸器開關等設備。第二輔助機械室設有第二電動空氣壓縮機和第二電動通風機。車體中部兩側各設有七個採光玻璃窗和通風百葉窗，側牆上部設有主電阻器冷卻風排風口。車頂安裝有兩台雙臂式集電弓、高速斷路器、避雷器等高壓電氣設備。車體下方設有三台轉向架，之間吊掛着兩個總風缸[1]。
電氣系統
[編輯]調速控制
[編輯]EF66型電力機車是直—直流電傳動的直流電力機車，機車主電路由高速斷路器、電阻控制器、勵磁控制器、牽引電動機等部分組成。考慮到機車功率和主電路電流的提高，EF66型電力機車採用了新型大容量高速斷路器，容量等級由以往的3000安培提高到5000安培[1]。調速控制系統與EF65型電力機車基本相同，機車通過超多段電阻調壓、牽引電動機的串並聯換接、以及磁場削弱控制來達到調速的目的。
電阻調壓系統包含了主電阻器及副電阻器，首先利用主電阻器實現多個大調壓級，再於每個大調壓級內利用副電阻器實現若干小調壓級，降低了每個級位之間的電壓變化，從而獲得了相對平滑的調速性能。和EF65型電力機車一樣，同樣採用了自動化電動凸輪軸式電阻控制器和勵磁控制器。EF66型電力機車使用CS27型電動凸輪軸配置電阻控制器[注 15]和CS28型電動凸輪軸配置勵磁控制器[注 16]。
除了電阻調壓外，亦可以通過改變牽引電動機迴路連接方式（串聯、串—並聯[注 17]、並聯[注 18]），來改變牽引電動機的端電壓。該項轉換是通過主電阻控制器的串並聯切換來進行的，並採用橋式換接電路以減少串並聯換接過程中造成的牽引力衝擊。此外，為擴大機車的恆功調速範圍，還可以對牽引電動機施行八級磁場削弱，級位數量比EF65型電力機車增加一倍，進一步減少磁場削弱時電流和牽引力的衝擊，磁場削弱率最深可達40%[1]。
此外，EF66型電力機車還採用了類似電動列車的MC46型轉輪式司機控制器，取代了傳統的手把式司機控制器。它屬於鼓形控制器結構，具有一個調速手柄和一個磁場削弱轉輪[注 19]，調速級位包括低速緩行位4級、串聯位1級（S）、串並聯位1級（SP）、並聯位1級（P），並且在串聯、串並聯和並聯位均可以使用8級磁場削弱（F1～F8）。
牽引電動機
[編輯]EF66型電力機車採用了新開發的MT56型串勵直流牽引電動機，是當時窄軌限界下功率最大的牽引電動機。與之前的MT52型牽引電動機相比，額定功率等級提高了近50%。MT56型牽引電動機在保持額定電壓為750伏特的條件下，小時功率大幅提高到650千瓦，額定電流為930安培，額定轉速亦提高至每分鐘1200轉，額定勵磁率為85%。MT56型牽引電動機的主極極數由四極增加為六極，以改善直流摩打高速運轉時的換向性能。此外，由於牽引電動機的功率和電流大幅提高，因此相應將摩打絕緣等級提升至F級，電樞和主極線圈均採用無溶劑環氧樹脂浸漬絕緣材料，以改善牽引電動機的絕緣和耐熱性能[1]。冷卻方式為強迫通風冷卻。
輔助電路
[編輯]EF66型基本番台第一次量產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摩打驅動，輸入電壓為1500伏特。主電阻器通風機和牽引電動機通風機共用兩台MH91G-FK99型電動通風機，其中第一至第四號牽引電動機共用一台通風機，第五及第六號牽引電動機和主電阻器共用另一台通風機，通風機額定功率為2×19千瓦，供風量為每分鐘2×180立方米。空氣壓縮機的數量增加至兩台，以滿足高速貨物列車制動系統和空氣彈簧的用風需要，使用MH92B-C3000型電動壓縮機，額定功率為2×15千瓦。
而基本番台第二次量產車和後來的100番台機車，則全面改為採用三相交流傳動的輔助電路系統，輔助機械設備均採用三相鼠籠式異步摩打驅動，輸入電壓440伏特60赫茲。牽引電動機通風機使用兩台MH3036B-FK99A型電動通風機。空氣壓縮機亦改為使用MH3064A-C3000型電動壓縮機。輔助電路系統由MH127A-DM84A型三相交流電動發電機提供，將1500伏特直流電轉換成440伏特交流電，額定容量為90千伏安。
控制電路
[編輯]EF66型基本番台第一次量產車在照明和控制電路系統方面和EF64、EF65型電力機車完全相同。機車裝用一台MH81B-DM44B型二相交流電動發電機，用於將直流電轉換成交流電，額定容量為5千伏安，額定頻率為60赫茲，直接為照明電路提供24伏特、50伏特、100伏特交流電，並可以通過整流器為控制電路和蓄電池為提供100伏特直流電[1]。
而基本番台第二次量產車和後來的100番台機車，控制電路電源改由三相交流電動發電機提供，經變壓器和整流器為照明和控制電路供電。
轉向架
[編輯]主要結構
[編輯]
機車走行部為三台二軸搖枕式轉向架，包括兩台DT133型兩端轉向架和一台DT134型中間轉向架。構架採用「日」字形的鋼板焊接結構，兩端轉向架的側梁採用中間部分下凹的「U」形結構；而中間轉向架由於採用了下搖枕結構，因此側梁中部無下凹的需要。軸箱定位裝置與EF60、EF65型電力機車相同，採用兩個圓筒型橡膠裝置的彈性定位結構，轉向架固定軸距為2800毫米[2]。一系懸掛為軸箱頂端兩個並列的捲簧組，每組彈簧均由內、外圈彈簧各一個組成。基礎制動裝置為雙側閘瓦制動，每個輪對左右各設有一個軔缸，並設有制動橫樑以保證兩側閘瓦同步作用，另外還設置了閘瓦間隙調整器。
轉向架採用帶有搖枕機構的全旁承支重結構，車體全部重量通過六個旁承彈簧坐落在三台轉向架上。二系旁承彈簧特別採用了空氣彈簧，這是日本國鐵首次將空氣彈簧應用於電力機車。兩端和中間轉向架的主要差異在於搖枕和空氣彈簧的佈置方式。兩端轉向架採用上搖枕的佈置方式，即搖枕枕梁設置在轉向架構架之上，轉向架通過搖枕兩端的空氣彈簧來支承車體。中間轉向架採用下搖枕的佈置方式，即搖枕枕梁設置在轉向架構架之下，轉向架通過設置在構架中樑上的兩個空氣彈簧來支承車體，搖枕不參與支承車體重量的垂向酬載。
不論兩端轉向架或中間轉向架，牽引力和制動力都是通過搖枕與車體底架間的低位雙側平行牽引杆機構傳遞，降低了牽引點高度並抑制軸重轉移。中間轉向架和車體之間通過搖枕吊杆作用，可實現一定程度的橫向位移以便通過曲線[注 20]。
傳動裝置
[編輯]1960年代，日本國鐵的電力機車大多採用軸懸式半懸掛傳動裝置，牽引電動機的一側通過抱軸承剛性地支撐在車軸上，而另一側通過吊杆懸掛在轉向架構架上。這種驅動裝置的主要優點是結構簡單可靠，但由於牽引電動機的大部分重量由車軸承擔，所以轉向架的簧下重量較大，使牽引電動機容易受到來自軌道的震動衝擊。由於EF66型電力機車主要用於牽引高速貨物列車，需要按100公里/小時的速度長時間運行。為了使機車的傳動裝置獲得儘可能小的簧下重量，改善牽引電動機的工作穩定性和使用壽命，並且簡化傳動裝置的檢修維護，日本國鐵決定在EF66型電力機車上採用彈性軸懸式傳動，取代傳統的剛性軸懸式[1]。
彈性軸懸式結合了剛性軸懸式和輪對空心軸架懸式兩者的特點。牽引電動機的一側仍然懸掛在轉向架構架上，但另一側的抱軸承並非直接支撐在車軸上，而是支撐在一根套在車軸外面的空心軸上，空心軸兩端通過彈性聯軸節與車輪連接，大齒輪（從動齒輪）固定安裝在空心軸的一端。各國研製的彈性軸懸式傳動裝置大致相同，主要區別在於聯軸節的結構不同。德國西門子舒克特公司的SSW橡膠環彈簧傳動裝置是當中最典型和著名的例子，被廣泛應用在德國聯邦鐵路的103型、140型、141型、150型等眾多電力機車。
EF66型電力機車所使用的QD10型彈性軸懸式傳動裝置，其結構亦與SSW傳動裝置十分相似。空心軸兩端各伸出八個臂爪穿過車輪心，通過每側八個橡膠彈性元件，實現空心軸和車輪的彈性聯結。牽引電動機輸出的扭矩通過主動小齒輪、從動大齒輪、空心軸、臂爪和橡膠彈性元件傳遞至輪對，牽引齒輪傳動比為3.55（20：71）。由於EF66型電力機車採用彈性軸懸式，大大減輕了傳動裝置所佔的簧下重量，提高了電力機車的動力學性能，除了初期曾經發生空心軸抱軸承燒損事故外，並無其他特殊問題[24]。
車輛保存
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- EF66 1號機車
- EF66 11號機車
- EF66 35號機車
- 靜態保存於京都鐵道博物館
- EF66 45、49號機車
- EF66 49號機車
註釋
[編輯]- ^ 川崎車輛負責製造車體和轉向架，並於1969年合併到川崎重工業。
- ^ 川崎電機製造一直與川崎重工業合作，為後者提供電力機車的電氣設備。川崎電機製造於1968年被合併到富士電機。
- ^ 汽車製造負責生產車體和轉向架，至1972年被川崎重工業兼併後，由川崎重工業兵庫工廠接管。
- ^ 東洋電機製造最初為汽車製造提供電力機車電氣設備，汽車製造被川崎重工業合併之後，東洋電機製造繼續與川崎重工業保持合作關係。
- ^ 東海道本線和山陽本線的牽引供電系統，變電所容量是根據特急型電動列車的最大負載電流（3000安培）來設置的，其中山陽本線牽引變電所的供電容量相對有較大餘量，可滿足5000安培最大瞬時負載電流的條件。
- ^ 機車持續速度按75公里/小時計算。
- ^ 直到JR貨物M250系電動列車於2002年登場，貨運電動列車的構想才得以實現。
- ^ 在50公里/小時以下的低速範圍，因受到軸重和粘着條件的限制，EF65型電力機車（雙機牽引）的牽引力大於EF66型電力機車（單機牽引）。
- ^ EF65型電力機車的小時功率為2550千瓦，持續速度為45公里/小時（全勵磁），持續牽引力為20,350公斤。
- ^ EF58型電力機車的小時功率為1,900千瓦，持續速度為68公里/小時（全勵磁），持續牽引力為10,250公斤。
- ^ 包括「飛魚號」（幡生—東京市場）和「銀鱗號」（博多港—大阪市場）列車。
- ^ 包括17～20、28、30～39、901號機車。
- ^ 包括1～5、7～10、12～13、16～39、41、44、52、54號機車。
- ^ 包括9、10、12、16、17、19 - 26、28～39、41、44、52、54號機車。
- ^ 1～17號機車使用CS27A型，18～21號機車使用CS27B型，22～55號機車使用CS27C型，101～133號機車使用FCS27D型。
- ^ 1～17號機車使用CS28A型，18～21號機車使用CS28B型，22～55號機車使用CS28C型，101～133號機車使用FCS28D型。
- ^ 每三台牽引電動機分為一組串聯連接，兩組牽引電動機並聯連接，即「三串兩並」。
- ^ 每兩台牽引電動機分為一組串聯連接，三組牽引電動機並聯連接，即「兩串三並」。
- ^ 調速手柄有八個級位（切、1、2、3、4、S、SP、P）；而磁場削弱轉輪有九個級位（FF<滿磁場位>，F1～F8）。
- ^ 中間轉向架的工作特性與兩端轉向架不同。理論上當機車通過曲線時，中間轉向架自身並不需要產生旋轉運動，只需要產生相對車體中心線的橫向偏移，以便機車順利通過曲線。
另見
[編輯]- 西班牙國鐵251型電力機車：三菱電機承造，以EF66為基礎，外觀亦相近。
參考書目
[編輯]
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- 特集：EF66形電気機関車. 鉄道ピクトリアル (電気車研究会). 1986年7月, 466 （日語）.
- 特集：貨物輸送. 鉄道ピクトリアル (電気車研究会). 2000年1月, 680 （日語）.
- EF66形 国鉄最強のマンモス電機にしてJR初の新製直流機. RM EX (鉄道ホビダス). 2012年12月, 021 （日語）.
- 直流新形電機出生の記録 5. 鉄道ファン (交友社). 1989年5月, 301 （日語）.
- 直流新形電機出生の記録 8. 鉄道ファン (交友社). 1989年8月, 304 （日語）.
- 直流新形電機 交流・交直流電機出生の記録 補遺 I-1. 鉄道ファン (交友社). 1989年12月, 344 （日語）.
- 特集：機関車EF66. 鉄道ファン (交友社). 1991年11月, 36 （日語）.
參考文獻
[編輯]
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