#分享關於台鐵初代柴電機車頭R0 | 交通板

R0型柴電機車投入營運後所見之缺失、改造與再應用經緯(其之二)※ 本項工程的中心精神在於「除柴油引擎及附屬機構外儘量保留」；在初步設計構想中，由於考慮到GM-EMD之567C引擎轉速僅835rpm，與V6V之採用之900rpm發電機不易匹配，而應用於R100上輸出達1,650hp的645E引擎轉速正好為900rpm，故選定以其為R0型的新引擎。另外為考慮採用新引擎後機艙內機器布置的變化，為減少界面的干涉問題，擬將增速機、風扇、散熱器及#2牽引馬達鼓風機改為GM-EMD的樣式，不過冷卻風扇的風門限於空間其進風之自由面積(Free area)勢將減少，故將來實際運轉時不排除以降低馬力以期減少所需散熱能力此外因換裝引擎後，原有的公共床架(Common base flame)已無法再使用而必需放棄，如此車架強度則需重新補強，而新的引擎及發電機將直接安裝在車架上，不過又考慮安裝後機艙尺寸的變化，特將引擎艙段車頂依R100的樣式重新製造。至於645E引擎的負荷控制，亦改採GM-EMD的方式而放棄R0型原有方式，以求減少介面匹配的問題. 由於本次改造原廠日立並未提供任何車體強度及荷重位置資料，故一切均得重新計算，如此一來即有可能日後改造完成後發生轉向架軸重不均的情況，藉時將視試運轉後再行考慮以修改死重及改變懸吊的彈簧性質來改善。振動試驗部分因原廠未提供相關原始數據供參考，且台北機廠無相關設備，決定屆時以直接上路試驗.在設計構想確認後，即備料作業，除前述需向GM-EMD採構的部品外，其它以改造現品或自行重新設計製造以符合需求。預估改造後的R0將較未改造前能夠於牽引客乙C列車多拉30噸級客車一輛，或貨乙A列車多拉45噸級貨車一輛。首先談到車體方面較重要的改造，由於擬採用的645E型柴油引擎尺寸較原有的V6V引擎較大，造成R0型無法容納，故將其長段再修改成三段。其中安放引擎的部份隆起較原先位置高了40mm，前後兩小段則便為斜坡以便利容納645E型柴油引擎。長度部份由於R0型長段較R100型短，故所有內部設備間之距離亦全面縮短且同時將艙內各處配管全面重新設計以符合長段的尺寸限制，由於R100型長段寬度原本就比R0窄，故仍維持原狀。長段的後半段完全仿造R100型，車頂以金屬格網，其內左右兩邊即為散熱器，而其下兩側設有風扇之冷空氣入口風門.另後照燈托架原本為與車頂構造之一部份，隨著車頂大幅變化，改為裝在後進側端板上方.另外由於風扇室空間不足，為了維修方便另於後端板偏離中心線約470mm之小門供維修用，這是為了閃避內部的風導片，且可保留銅製局徽於原位置上，可謂一兼兩顧。車架在移除公共床架後造成車架強度的降低，特地多加焊一段厚6mm的Z字型鈑，增加其車架段面的慣性矩及截面模數(所受之應力可減少);據計算結果顯示改造後的車架慣性矩及截面模數不但較R0為高甚至超過R100，不過也造成機車重量增加。一個有趣的問題是，R0型明明是與R20屬同一「量級」的機車，為何採用與之相較更高一階的R100所採用的645E引擎，最主要即考慮到發電機轉速匹配性的問題，而且相同轉速的發電機意味著其所需的冷卻風量與及引擎冷卻系統與原先設計條件相同，由於發電機仍保持原樣，故如牽引馬達特性仍一如原先設計者，是故除一具牽引馬達鼓風機(#2)因空間限制被迫改用GM-EMD製品外，#1 鼓風機仍採用日立原廠製品。不過由於R0型發電機容量小於R100，故R0型真正引擎的出力將限制在1,500hp以下。散熱器也是R0型改造的重點之一，由於原廠設計的的散熱器易損壞，壽命極短，而且引擎艙塞入645E引擎之後，現存的散熱系統將無法運用，又加上新的引擎傳動軸中心不再於原有位置，無法與原有風扇傳動軸接合。為與整體新設計配套，台鐵索幸全數將散熱系統更改成與R100型相同的樣式，只不過位置不全然與R100型相同。補風用的風門其尺寸及自由面積改造後均較R100型小了10%，將嚴重影響進風量使得散熱效果變差，不過隨著引擎將以降低出力運轉使得本項影響得以降低。另外除了新更換的#2牽引馬達鼓風機外，原有的#1牽引馬達鼓風機也因高程改變採用較長的傳動皮帶輪以配合。另外一直讓工程師頗為擔心的是更換後的GM製#2牽引馬達鼓風機，其風量僅為130CMM而小於日立製的風量150CMM，是否能足夠攜走發熱?但所幸R0型的馬達發熱損失經估算為25.4kW (三個馬達)，而R100型為39kW(兩個馬達)，可見得日立當初設計風量時可能已過度設計(Over design)，所以在理論上GM製的130CMM容量應已足夠。轉向架部份雖無改造，但也利用此一機會進行修改;在運轉時經常可發現牽引馬達齒輪室蓋油封不良，齒輪油常常會滲入懸抱軸承造成損壞，故本次改造時將原有拆裝時須鉚合的油封槽改為GM-EMD的設計，另製一油封槽，且於焊妥後以覆有鐵皮之羊毛氈止漏。關於R0型控制及電氣部品的改良方面，由於主發電機及牽引馬達均延用原廠產品，不過所用的電纜及束線本擬全數更新，但考量庫存量不足及工時成本，改為進行耐壓測試，若不合格才加以更換或以耐3000V級之絕緣膠布包紮使用.由於引擎更換之故，其引擎速度及負荷控制完全改用Wood式PG調速機，故原有的控制單元全數拆除，且重新修改引擎室配線及牽引馬達接線盒以配合。另外將蓄電瓶接出一64V的電源以提供控制系統及冷卻系統所需之電磁閥.另外一提的是短端頭燈的改造，原本改造要目中沒有這一項，原本長端的頭燈因散熱器的改變而修改頭燈托頭燈托架，順便改造為以可在車外更換燈泡的GM樣式頭燈，而短端仍保持原廠樣式.不過為了統一前後電燈電壓(原本為100V/250W，更改後為30V/ 200W)兼收外觀一致，索性連短端頭燈也更換為GM樣式. 經過臺北機廠歷時十四個月的努力，於1973年5月31日在臺鐵機務處會同臺北機廠及台北機務段，進行了R0改造型引擎的首次啟動。雖然並未正式運轉，然而在機油壓、主軸溫度、鼓風機等運轉狀況良好，給予全體工作人員極大的鼓舞.在經過車體最終整備及塗裝後，改造後的R0型R1號機於7月28號首次於基隆-台北、8月4號於台北-新竹間單機試運轉，其後開始進行有載測試，分別於8月8日在台北-新竹間牽引650噸級貨物列車， 8月8日牽引900噸級貨物列車，並於8月16~17日牽引旅客列車往返於台北-台中間，8月25日於台北-新竹間牽引旅客列車.經過了密集的測試後除低速充電一項仍未理想外其餘表現均可接受，便將R1號機正式交由台北機務段運用。 R1號機交段配屬後，先是在台北車站調了一週的車，隨後開赴宜蘭線牽引貨列，且曾牽引宜蘭線的觀光號列車達十日之久.由於表現不俗，給與鐵路當局極高之信心，故以R1擔任蘇澳-台中間莒光號的牽引工作，但是運轉時車速超過75km/h時機體搖動過大，故只得重新遣回宜蘭線拉客貨列，偶爾到淡水線串場。由於當初有關R1的動態試驗因無適當設備可供測量，所以在試車時震動的情況就一直無法先期發現而改善，故後來R1加裝橫向油壓阻尼桿試圖改善，但機體震動依舊；次年三月返廠檢查時，不但更換了橫向油壓阻尼桿，且將車輪旋削後情況則略有改善。根據實測結果顯示，在50km/h以下，R1與R20型的機體振動情況相符，但超過75km/h以上則倍於R20型，無疑的已宣判R0改造型的運用僅限於貨列或普通客車的牽引，而註定與優等列車無緣。另外一點值得注意的是是R1亦對路線狀況頗為敏感，如新竹-苗栗間的路段;且於75Km/h以上的情況震動大於R20，這也直接限制住R0改造型的運用區間。大體來說，R0在改造後雖無法回復到新造時的情況，卻也確實填補了機力的不足，至少讓臺鐵多幾輛R20級的機力，而不至於讓它們就此休車甚至廢車而有「浪費公帑」之嫌。所以臺鐵後來選擇了7輛同型車陸續改造出廠，稱為「R0改造型柴油電氣式機車」。事實上，改造一輛機車其難度甚至比重新設計一輛還困難，就好比是在一座古宅內蓋西式樓房般，尤其北廠的工程人員在缺乏原廠設計參數下仍能改造成功實屬不易。雖然當初R1改造完成之初，就有工程師未雨酬謀，擬將R0更進一步改造成電力機車以應付未來鐵路電氣化之需，後來此一計劃雖無更進一步的進展，但無疑的R0的成功已帶給北廠在機車性能重建(Re-Built)無比的信心，是故北廠後來能駕輕就熟的將R20型之R29號機換裝645E引擎，據瞭解亦有若干輛R20也將(或已經)實施此一換裝計劃，但是否要全面將R20型更新引擎，則有待觀查(註)。〈待續〉註：本文初稿完成於1999年頃，當時北廠甫完成R29號機換裝645E引擎，其後據悉R24、 R33、R38、 R55 與 R61號機也陸續完成換裝，這個部分還需要再確認。 ※本文部分內容摘自《台灣鐵路R0型柴電機關車(下)》，軌道，No.11 ，2005秋季號。 https://i.imgur.com/66Lj5eG.jpg https://m.facebook.com/groups/205866633681?view=permalink&id=10162305825408682&sfnsn=mo 文章連結