东风4型柴油机车

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索
东风4型
DF40001 locomotives.jpg
现存中国铁道博物馆的东风4型0001号机车
概览
类型 柴油机车
原产国  中国
生产 大连机车车辆厂
资阳内燃机车厂
生产型号 DF4
序列编号 2001~2031(客运型)
0001~0770(货运型)
3001~3042(货运型)
生产年份 1969年—1986年
产量 31台(客运型)
812台(货运型)
主要用户 中华人民共和国铁道部
技术数据
UIC軸式 Co'Co'
轨距 1,435毫米
轮径 1,050毫米
轴重 23吨
轴距 2 × 1,800毫米
通过最小曲线半径 145米
机车长度 20,490毫米
机车宽度 3,309毫米
机车高度 4,500毫米
整备重量 138吨
燃料 柴油
燃料储备量 9,000升
水储备量 1,200公斤
传动方式 交—直流电
发动机 16V240ZJA型柴油机
发动机功率 2,650千瓦(标定)
牵引发电机 TQFR-3000
牵引电动机 ZQDR-410 × 6
缸徑×衝程 240 × 275 毫米
最高速度 120公里/小时(客运型)
100公里/小时(货运型)
持续速度 28.5公里/小时 (客运型)
21.9公里/小时 (货运型)
牵引功率 1,920千瓦
牵引力
制动方式 电阻制动踏面制动
制动功率 2,230千瓦

东风4型柴油机车(DF4),是中国铁路第二代电传动柴油机车的首型机车,也是中国第一种交—直流电传动柴油机车。东风4型机车由大连机车车辆厂设计制造,首台机车于1969年试制成功,但由于初期机车可靠性较差,此后十多年一直处于“一边生产、一边改进”的局面,经过在实际运用中不断改进设计,机车可靠性、耐久性明显改善,大大降低了故障率。1982年,大连厂在东风4型的基础上研制成東風4B型柴油機車,成为中国铁路上运用最广泛、技术最成熟的柴油机车车型之一。

发展历史[编辑]

研制[编辑]

东风4型柴油机车是中国国产干线客、货运用内燃机车。1960年代起,鉴于当时世界上的大功率柴油机车已经出现了以中速柴油机为动力装置、采用交—直流电传动的发展趋势,中华人民共和国铁道部于1964年向大连机车车辆工厂下达了研制第二代国产柴油机车的任务。1965年,大连厂与铁道部科学研究院大连热力机车研究所大同机车工厂等单位联合成立了新型大功率中速柴油机设计组,首先着手研制新型柴油机。当时可供参考的国外同类型柴油机机型包括苏联的12D70(12Д70)、法国的AGO 240 V12、瑞士苏尔寿的12LVA24等。经过比较后,决定研制一种16气缸、缸径240毫米、行程275毫米、额定转速每分钟1100转、小时功率4000马力(2940千瓦)的大功率四冲程柴油机[1]。1966年2月制成了双缸试验机,并在前期试验达到预期效果,试验机最大功率突破500马力;同年8月,大连厂成功试制第一台16V240ZJ型柴油机,并于同年基本完成新型机车的设计,但后来由于文化大革命期间“夺权”、“批斗”运动干扰,严重影响工厂的研制和生产工作。而机车的电传动系统由湘潭电机厂设计制造,于1967年试制了一台3000千瓦交流同步发电机和6台410千瓦直流牵引电动机等部件[2]

试制及改进[编辑]

至1969年,大连机车车辆工厂为庆祝中华人民共和国二十周年国庆,对原有的设计方案进行了局部修改,并将1966年至1967年间试制的第一套柴油机、电机机组样机安装在机车上,研制成第一台东风4型柴油机车,车号为2001。机车出厂后在沈大铁路大连至大石桥区间进行牵引试验,但由于机车为“国庆献礼”草率上马,其零部件未经必要的试验考核和改进,柴油机和电气部分以及机车其它一些装置都未达到设计要求,导致整台机车的性能和质量未能过关,此后大连厂针对暴露的问题,对柴油机进行一系列改进[3],而田心电力机车工厂株洲电力机车研究所永济电机厂、大连热力机车研究所也联合对原有的牵引电机组进行改进[2]。1972年,东风4型2001号机车交付北京铁路局北京内燃机务段开始进行运用考核。1973年,大连厂又试制了2002号机车,同样配属北京内燃机务段试用,完成京包铁路京广铁路的牵引试验后,被安排在京山铁路牵引旅客列车[1]。与此同时,面对东风4型机车迟迟未能定型、柴油机车产能不足的情况,铁道部决定从法国阿尔斯通公司进口一批代表着当时世界第二代电传动柴油机车最高水平的ND4型柴油机车作为过渡。

1974年,大连厂试制了东风4型0001号货运机车,交付北京铁路局丰台机务段运用。同年8月,0001号机车赴湘黔铁路进行高温冷却试验;同年9月,0001号机车改装采用客运传动比的转向架后在京广铁路丰台至石家庄之间进行动力学性能试验,最高试验速度达130公里/小时。试验完毕后,同年年底大连厂正式开始批量生产东风4型柴油机车,同时停产东风3型机车[1]。1975年1月,0001号机车重新安装货运传动比的转向架,并由铁道部科学研究院主持进行了牵引热工性能试验。1975年2月,《中国新闻报》和香港《大公报》均以《4000马力内燃机车诞生记》为题对东风4型机车的研制作了长篇报道[4]

然而,东风4型机车在零部件、制造工艺不稳定的情况下量产,随着运行里程增加,机械、电气部件陆续暴露出很多问题,柴油机故障率尤其高,大量机车待修[2][3],当时丰台机务段还曾经传唱着一句顺口溜:“东风4,东风4,从东单跑不到西四。京广线要瘫痪,东风4要完蛋”。大连厂针对柴油机在结构和工艺等方面问题又作了很多改进。在改进过程中,针对连杆盖断裂事故,柴油机采用了加厚的对称连杆盖;并在柴油机顶部加设排气稳压箱,以改善增压系统的稳定性。为了区别原有的柴油机,经过上述两项改进的柴油机定型为16V240ZJA型,装用该型柴油机的东风4型机车非正式称为“东风4A型”以示区别,第一台装用A型柴油机的东风4(A)型0109号机车于1976年6月出厂,并于同年下半年开始批量生产[3]

生产[编辑]

资阳内燃机车厂于1984年生产的东风4型3003号机车

在批量生产东风4(A)型机车的过程中,大连厂持续针对柴油机机强度和刚度不足、轴系动力性能欠佳的问题进行研究,于1977年试制了一台经过强化的新结构机体,并将许多零部件新结构和新工艺引入到新型柴油机,经试验后状态良好,作为A型柴油机的升级产品定型为16V240ZJB型[3]。1980年至1981年间,大连厂对已产生裂纹的东风4(A)型机车柴油机机体更换为B型柴油机机体,共更换115台。1982年12月,第一台装用16V240ZJB型柴油机的东风4型0527号机车出厂,作为东风4(A)型机车的升级换代产品,定型为东风4B型,并于1984年7月投入批量生产,同时停产东风4(A)型机车。

1980年代初,由于面对当时中国铁路运能紧张、东风4(A)型机车产能不足的问题,资阳内燃机车厂按照铁道部的指示和大连机车车辆厂提供的图纸,于1983年转产东风4(A)型机车。资阳厂首台试制的东风4型机车(车号3001)于1983年底交付广州铁路局广州机务段使用[5]。由于资阳厂至1986年才完成转产东风4B型机车的技术改造,因此资阳厂于1986年才停产了东风4(A)型机车。

截止1986年停产,大连厂和资阳厂累计生产了843台东风4(A)型机车。其中,大连厂累计生产了客运型31台(车号2001~2031),累计生产了货运型770台(车号0001~0770);资阳厂累计生产货运型42台(车号3001~3042)[6]

2006年至2008年间,中国铁道部先后将三批东风4、东风4B型机车援助朝鲜。在最近期的2008年,北京铁路局所属12台东风4型机车经整修后无偿移交朝鲜。

技术特点[编辑]

总体结构[编辑]

东风4型0001号机车的司机室
东风4型0001号机车的转向架

东风4型柴油机车是干线客货运用六轴柴油机车,采用双司机室、内走廊式全钢焊接的框架式侧墙承载结构车体,两端设有同等功能的司机室,可双向操纵机车。机车从前到后分别为第一司机室、电气室、动力室、冷却室、第二司机室。电气室内设有电气控制柜、主硅整流柜、励磁整流柜和电阻制动柜等电气设备,以及启动变速箱、启动发电机、前转向架牵引电动机通风机等设备。动力室位于车体中部,安装了一套柴油发电机组,以及空气滤清器、燃油输送泵、燃油滤清器、机油热交换器、膨胀水箱等辅助设备;为了方便对动力装置的检修,机车除了在司机室设有侧门外,在动力室的两侧也设有侧门。冷却室设有油水系统冷却装置,包括V型结构的铜散热器、冷却风扇、静液压变速箱、后转向架牵引电动机通风机、两台空气压缩机等。车体底部两台转向架之间吊装着燃油箱、蓄电池组和两个总风缸。

东风4型机车可分为客运型和货运型,最高运行速度分别为120公里/小时、100公里/小时,两者除传动齿轮比不同(客运型为60:16,货运型为63:14),机车结构基本相同[6]

转向架[编辑]

机车轴式Co-Co,走行部为两台相同的无导框式三轴转向架。转向架的“目”字形构架采用钢板组焊成封闭式箱形结构,由箱形截面的两根侧梁、两根横梁、前后端梁组焊而成,并分别焊有旁承座、拉杆座、外侧弹簧座、牵引拐臂座、电机吊杆座、水平杠杆座、横向止挡、制动座、制动缸座及砂箱座等。轮对轴箱装置内装有四列圆柱滚子轴承,轴箱采用拉杆式弹性定位结构,依靠装有橡胶关节元件的轴箱拉杆来实现轴箱的横向和纵向定位。一系悬挂为轴箱圆弹簧并带有液压减震器,二系悬挂为旁承上部的橡胶堆。转向架采用四点支承油浴摩擦旁承装置,车体全部重量通过八个旁承由两台转向架支承,牵引力和制动力通过低位平行四杆牵引杆机构传递,有利于提高机车粘着利用率。此外,转向架与车体间还设有弹性侧挡装置,使转向架进出曲线时能够相对与车体进行回转运动。

牵引电动机采用轴悬式安装方式(滑动抱轴承式半悬挂),即牵引电动机的一侧通过抱轴瓦刚性地支承在车轴上,另一侧通过弹性元件(橡胶垫)和吊杆悬挂在转向架构架上。基础制动方式为单侧杠杆制动,每个车轮各有一套制动装置,机车采用EL-14型空气制动机,可以单独制动机车或同时制动机车和列车。当机车施行制动时,制动缸从空气制动机获得压缩空气,并通过杠杆机构使闸瓦抱轮产生制动作用。停车制动为手制动装置。

柴油机[编辑]

早期的东风4型机车装用一台16气缸、四冲程、带废气涡轮增压的16V240ZJ型中速柴油机,机体为铸焊组合结构,曲轴用钼铜稀土合金球铁铸造,采用燃油缸内直喷,标定最高转速每分钟1100转,小时功率4000马力(2980千瓦),持续功率3600马力(2650千瓦),装车功率3300马力(2500千瓦)[7]。东风4型2001号机车是首台装用16V240ZJ型柴油机的机车,经过两万公里试运行,发现功率不足、冒黑烟、排温高、齿轮机构损坏等问题。1971年,大连厂对该型柴油机进行改进设计,改进的柴油机用于东风4型0005号机车上。但由于东风4型机车在零部件、制造工艺不稳定的情况下投入批量生产,机车投入运用后柴油机出现大量可靠性问题,相继出现柴油机连杆螺栓断裂、连杆盖和主轴承盖断裂、机体主轴承座裂纹等故障。针对以上问题,大连厂在1976年再次对16V240ZJ型柴油机进行了技术改造,采用了加厚的对称连杆盖并加设排气稳压箱,为与前期生产的柴油机区别,这种经过上述两项改进的柴油机被命名为16V240ZJA型。1979年,大连厂致力提高柴油机机体、曲轴、连杆、气门、缸盖、齿轮六大重要零件的制造工艺和质量,提高柴油机的可靠性和耐久性。

传动系统[编辑]

东风4型机车采用直流电传动,柴油机直接驱动一台交流同步发电机发出三相交流电,经由二极管组成的三相桥式整流装置整流为直流电后,输送给六台并联连接的直流牵引电动机,通过传动齿轮驱动轮对

东风4型柴油机车采用TQFR-3000型牵引发电机,额定容量为2985千伏安,额定转速为每分钟1100转,定子及转子绝缘等级分别为B级和H级,冷却方式为自通风式,主发电机净重为4850公斤。牵引发电机是由一个交流同步励磁机发出的交流电,经励磁整流器转换为直流电后给发电机的转子绕组励磁。为了使牵引发电机能充分利用柴油机的功率,机车设有可控硅励磁调节装置,以保持牵引发电机输出功率的恒定。

牵引发电机发出的三相交流电由GTF-4800/770型硅整流装置转换成直流电,供给牵引电动机使用。每台机车设有两台硅整流柜,硅整流装置采用由硅二极管元件组成的三相桥式整流电路,整流电路每一桥臂有六个并联的NDZ500/2400型平板式硅二极管,每台整流柜共有36个二极管元件。

牵引电动机为ZQDR-410型四极串励直流电动机,额定功率为410千瓦,额定转速为每分钟647转,最高转速为每分钟2365转,冷却方式为强迫通风。为扩大机车的恒功率速度范围,可以对牵引电动机使用二级磁场削弱,磁场削弱率分别为60%和43%[7]。此外还设有电阻制动,轮周制动功率为3000马力。

技术改造[编辑]

为满足煤炭重载牵引的需要,大连机车车辆厂于1982年开始对东风4型机车装用重联装置和电阻制动系统进行研制,于1984年在东风4型0642号、0643号机车上安装了重联及电阻制动设备,出厂后配属北京铁路局丰台机务段投入运用,同年7月至8月进行铁路重载列车运营试验,选择了晋煤外运北通道的京包铁路丰沙铁路(丰台—沙城—大同线)和京秦铁路(北京—秦皇岛线)为试点,配合中国第一代运煤专用敞车C61型敞车,在大同至秦皇岛东之间开行重载列车,并获得成功。双机最大牵引吨位达5000吨(计60节车辆),平直道上的最大平衡速度可达85公里/小时,在9‰坡道上的平衡速度为26公里/小时,并在7.6‰坡道上进行了双机坡停起动试验[3]。随着重载列车在中国的普及,大多数东风4型机车在此后均进行了重载技术改造。

此外,绝大多数早期生產的东风4型机车在后來返厂廠修時均按照东风4B型机车的标准进行了改造,包括更換成16V240ZJB型柴油机、联调切控阀、增压器和联轴节等部件,构造速度不变。

机车命名[编辑]

第二代毛泽东号机车
开始修复前的第二代毛泽东号机车(2012年7月)

1977年2月,配属北京铁路局丰台机务段的东风4型0002号机车被命名为“毛泽东号”,替换了上一代的解放1型304号蒸汽机车(ㄇㄎ1-304),成为第二代“毛泽东号”机车。1991年8月,东风4B型1893号机车接替了东风4型0002号机车,成为第三代“毛泽东号”。东风4型0002号机车除名后改为丰台机务段调车机车。

2002年1月24日,这台机车在北京郊区的周口店铁路进行调车作业,前往长沟峪煤矿取车后,由于车站职工误将折角塞门关闭且司机疏忽,列车运行至下坡道时制动失效,紧急制动只能将列车减速至约20公里/小时,周口店站决定将失控的列车溜进货场,将停放的三节敞车撞毁后机车脱轨颠覆,没有造成人员伤亡,机车修复后恢复运行。

2008年12月19日,东风4型0002号机车根据铁道部电报令报废;而机车报废之后一直封存于丰台机务段。2012年9月7日,丰台机务段开始对该机车进行整修,使用东风4B型6223号机车的主要零部件[8]。机车经修复后存放于丰台机务段内的毛泽东号机车博物馆[9]

车辆保存[编辑]

首台东风4货运型机车——东风4型0001号机车,退役后经涂装翻新被送到中国铁道博物馆作静态展示。

东风4型0002号机车,退役后封存在丰台机务段储备厂,2013年大修后,交由“毛泽东号机车展览馆”永久展出。

参看[编辑]

參考文獻[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 大連機車車輛工廠廠志編纂委員會. 《鐵道部大連機車車輛工廠志》. 大连: 大連出版社. 1993. ISBN 7-80555-963-5. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 张治中. 中国铁路机车史. 济南: 山东教育出版社. 2007. ISBN 9787532853922. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 李炳华. 东风4系列机车的研制与发展. 《内燃机车》 (大连: 大连机车研究所). 1995.3, 253: 4–17. ISSN 1003-1820. 
  4. ^ 全国最大的内燃机车生产基地. 大连日报. 2009-09-14 [2011-10-15]. 
  5. ^ 韩宝仁. 资阳内燃机车工厂试制出第一台东风4型内燃机车. 《内燃机车》 (大连: 大连机车研究所). 1984.3. ISSN 1003-1820. 
  6. ^ 6.0 6.1 铁道部运输局装备部. 《中华人民共和国铁路机车概要》. 中国: 中国铁道出版社. 2009. ISBN 9787113091330. 
  7. ^ 7.0 7.1 《内燃机车》编辑部. 东风4型内燃机车. 《内燃机车》 (大连: 大连热力机车研究所). 1979.5: 232–33. ISSN 1003-1820. 
  8. ^ 【伟大的毛泽东号】从今天起 你踏上了复活之路. DF4-1963. 2012-09-08 [2013-02-11]. 
  9. ^ 【伟大的毛泽东号】从今天起,你将踏上新的路程. SF1123. 2012-12-23 [2013-02-11]. 

外部链接[编辑]