【科普向】东风系列电传动内燃机车介绍(二)

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【科普向】东风系列电传动内燃机车介绍(二)

2024-07-09 18:37| 来源: 网络整理| 查看: 265

本文内容来自百度贴吧火车吧,原贴《共和国的火车头--那些中国自主生产的铁路机车》。部分内容会根据最新的实际情况进行修改。

本期将对中国铁路保有量最大的东风4B型内燃机车和4B的升级版本东风4C型内燃机车进行介绍。

1.东风4B型内燃机车

终于要介绍东风4B这款中国机车史上最成功的机车了。它累计产量超过4500台,遍布中国所有铁路局,成为中国铁路史上产量最大、运用最广泛、技术最成熟的柴油机车车型之一。

东风4B型1659号机车

在批量生产东风4型柴油机车的过程中,大连厂持续针对16V240ZJ、16V240ZJA型柴油机机体强度和刚度不足、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。1978年3月,铁道部在大连厂召开16V240ZJB型柴油机鉴定会,批准该型柴油机初步定型,可以投入小批量生产。1979年7月至1981年9月间,16V240ZJB型柴油机在大连内燃机车研究所按照国际铁路联盟(UIC)的标准进行了耐久试验。

同时,大连厂在东风4型机车基础上,针对暴露的质量问题,对车体、转向架、牵引电机等部件进行技术改进,将东风4型0527号机车作为样车,安装16V240ZJB型柴油机以及运用逐年改进成果。1982年12月,东风4型0527号机车出厂,成为第一台正式装用16V240ZJB型柴油机的机车,机车标称功率1985千瓦,构造速度100公里/小时。1983年1月至5月期间,这台机车在大连内燃机车研究所的固定试验台进行了初步试验,之后交付济南铁路局济南机务段投入运用考核。随后,铁道部将这种经过改进、装用16V240ZJB型的东风4型机车定型为东风4B型,作为东风4(A)型机车的升级换代产品。1984年7月,东风4B型机车(货运型)正式投入批量生产,首台量产的机车车号为1001,并同时停产东风4(A)型机车。1985年1月,铁道部随机抽取了乌鲁木齐铁路局哈密机务段的东风4B型1006号机车作为性能试验车,1016号机车作为15万公里运行考核车。两台机车分别完成部级鉴定试验和运行考核后,铁道部在1986年10月召开鉴定会议,批准东风4B型机车通过部级鉴定。1987年,东风4B型机车经国家产品质量评审委员会评定,获得1987年度国家金牌优质产品奖,并被铁道部正式指定为替代进口产品,令中国不再需要大批进口机车。

东风4B货运型6001号机车

在东风4B货运型机车研制成功后,大连厂开始在其基础上发展衍生改型。1985年12月,大连厂成功试制了东风4B高原型机车,机车装用了大连内燃机车研究所研制的高压比高效率的涡轮增压器,以及美国伍德沃德公司的调速器,加装电阻制动并改进了空气滤清系统,机车功率可以随海拔高度自动修正,在海拔高度为3000米的环境下,机车输出功率仍可达到1845千瓦。首台机车于1986年3月在乌鲁木齐铁路局管内的南疆铁路上顺利通过了高原线路牵引试验。目前高原型机车主要运用在青藏铁路集团公司的青藏铁路、兰州铁路局、乌鲁木齐铁路局及呼和浩特铁路局。

1986年12月,大连厂又研制了第一台东风4B客运型机车(2101),率先配属上海铁路局上海机务段使用。客运型是在货运型机车的基础上改造而成,除传动齿轮比由货运型的63:14,改为客运型的71:21外,两种机车的结构基本相同。客运型机车构造速度提高到120公里/小时,以适用扩大旅客列车编组以及提高速度的需要,1987年起开始批量生产。

与此同时,资阳内燃机车厂、大同机车厂在完成转产东风4B型机车的技术改造之后,也按照铁道部的指示和大连机车车辆厂提供的图纸,于1986年开始制造东风4B型柴油机车。1986年6月21日,资阳厂生产的首台东风4B型机车(3101)交验出厂;同年9月22日,大同厂制造的第一台东风4B型机车(6001)出厂。1994年,四方机车车辆厂也试制了两台东风4B型机车(7364、7365),但其车体直接采用了东风4E型的外观。

截至1998年,大连厂、资阳厂、大同厂、四方厂累计生产了4303台东风4B型机车,这个数目相当于1999年全中国铁路内燃机车保有量的42.5%。至1990年代末,虽然中国铁道部已经停止采购东风4B型机车,但大连厂、资阳厂至今仍然会根据地方铁路、工矿企业的需求生产东风4B型机车。资阳内燃机车厂生产的最新的东风4B型货运机车为9702号,于2014年出厂;大连机车车辆厂生产的最新的东风4B型货运机车为7794号,于2014年出厂,由甘肃华亭煤业铁路运输购买。而最新的客运型机车为大连厂生产的2684、2685号机车,由威海地方铁路局于1998年购置。

【东风4B的昵称】

东风4B的昵称

车身颜色为绿色配浅色带的东风4B货运型机车昵称为“西瓜”;

【西瓜】东风4B货运型-6001号

车身颜色为绿色配黄色带的东风4B货运型机车因与武警部队制服的颜色搭配类似,故昵称为“武警”;

【武警】东风4B货运型9432号机车

车身颜色为橙色配浅色带的东风4B客运型机车昵称为“桔子”。

【橘子】东风4B客运型2683号机车

下面介绍一下东风4B的技术参数以及相比东风4(A)的先进之处:

东风4B整体为全钢焊接的框架式侧墙承载结构,两端设有同等功能的司机室,可双向操纵机车。机车轴式Co-Co,走行部为两台无导框三轴转向架,一系悬挂为轴箱圆弹簧并带有液压减震器,二系悬挂为橡胶堆;牵引电机采用轴悬式悬挂(滑动抱轴承式半悬挂)。东风4B使用JZ-7型空气制动机,可以单独制动机车或同时制动机车和列车。1989年2月起,大连厂开始为东风4B型机车加装两级电阻制动装置,有效省去长大下坡道上由于使用空气制动使闸瓦发热而停车凉闸瓦的时间,1606、1607号机车为首两台加装电阻制动的机车。此外,为保障行车安全,从1986年开始,东风4B型机车加装三项设备(俗称“三大件”),即机车自动停车装置、机车信号装置和列车无线调度电话装置。

柴油机

东风4B装用一台16气缸、四冲程、带废气涡轮增压的16V240ZJB型直喷柴油机,与东风4(A)装用的16V240ZJ、16V240ZJA型柴油机相比,在柴油机装车功率3300马力(2430千瓦)不变的条件下,改变柴油机机体横截面形状以及机体外侧板厚度,并将转速范围由每分钟500~1100转下降到每分钟430~1000转,以减轻柴油机运动部件的机械负荷,有效提高了可靠性和耐久性,也降低了燃油消耗;并采用无级调速装置,通过控制联合调节器配速机构上的步进电机,实现对柴油机的无级调速控制;此外又改用新型增压器和零部件,包括高压喷油泵、球墨铸铁活塞、硼铸铁气缸套等。

传动系统

东风4B采用交—直流电传动,柴油机直接驱动一台三相交流同步发电机发电,经硅整流机组整流后供给六台4极串励直流牵引电动机通过牵引齿轮带动车轮。牵引主发电机输出功率由原来的2059千瓦提高到2125千瓦,柴油机与主发电机采用弹性联轴节,取代了东风4(A)的半刚性联轴节连接。为了改善主发电机的冷却条件,除了使用56组高效强化铜散热器,主发电机冷却空气的来源由原东风4(A)的动力室内部供给改为由车体外部供给。

性能表现

与东风4(A)型相比,东风4B型标称功率由1920千瓦增加到1990千瓦。按东风4B货运机车牵引4000吨计算,在平直线路上运行的最高平衡速度为73公里/小时。在相同应用情况下,东风4B型的燃油消耗率比东风4型约低4%,空转油耗约降低25%,万吨公里的油耗量约降低9.6%,轮周效率由32.73%提高到33.47%。机车大修周期延长30%。东风4B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71:21,货运型为63:14),机车结构基本相同。按东风4B型客运机车牵引1000吨(~20节车厢)计算,在平直线路上运行的最高平衡速度为117公里/小时,在9‰的坡道上列车均衡速度也可达55公里/小时。

东风4B型内燃机车整体布局

东风4(A)、东风4B货运型机车关键差异比较:

东风4(A) 东风4B

柴油机型号 16V240ZJ(A) 16V240ZJB

柴油机装车功率 2430 kW 2430 kW

机车标称功率 1920 kW 1985 kW

起动牵引力 413 kN 435 kN

持续牵引力 302 kN 324 kN

牵引控制级位 16级 无级

绝大部分在1984年或以前生产的东风4(A)型机车在后来返厂大修时也逐步被改造成更可靠的东风4B型,包括更换柴油机、联调切控阀、增压器和联轴节等部件,构造速度不变。另外,东风4B型机车也会按照各铁路局、机务段的需要来更改齿轮传动比,进行客运型改货运型、或者货运型改客运型的改造。

【东风4E改B型】

1994年,四方厂在东风4B基础上研制了双机重联的东风4E型柴油机车,共生产了16组(32台),配属上海铁路局南翔机务段使用。但由于这种机车耗油量较高、运用的灵活性较差,随着新一代大功率机车的出现,全部16组东风4E型机车于2002年由戚墅堰机车车辆厂改造为32台东风4B货运型机车,新车号为东风4型7701~7732,而此号段与大连机车车辆厂制造的32台东风4B型机车编号重复,因此每个编号各有两台机车。这两批机车外观基本完全相同,较为明显的差异在于驾驶室空调的布置。

由四方机车厂生产的原东风4E型改造而成的东风4B型7709号机车

东风4B的编号规则

机车编号 种类 柴油机型号 构造速度 制造厂 备注 

df4-1001~1999 货运型 16V240JZB 100 km/h 大连厂 少部分为高原型 

df4 2101~2685 客运型 16V240JZB 120 km/h 大连厂 部分已改造成货运型

df4 3101~3999 货运型 16V240JZB 100 km/h 资阳厂 少部分为高原型 

df4 6001~6587 货运型 16V240JZB 100 km/h 大同厂

df4 7001~7791 货运型 16V240JZB 100 km/h 大连厂/四方厂 采用df4E型的车体外观

df4 7701~7732 货运型 16V240JZB 100 km/h 四方厂/戚墅堰厂改 df4E改B 

df4 9001~9597 货运型 16V240JZB 100 km/h 资阳厂 

东风4B客运型2589号机车

北京铁路局丰台机务段的“毛泽东”号机车和上海铁路局上海机务段的“周恩来”号机车以及哈尔滨铁路局哈尔滨机务段的“朱德”号机车是中国铁路著名的“三大伟人号”机车,均曾用于东风4B型机车的命名。

东风4B型1893号机车于1991年8月替换东风4型0002号车被命名为“毛泽东”号,挂上象征着责任和荣耀“毛泽东号”徽牌,车号1893 与毛泽东诞辰年份相同,由当时铁道部部长李森茂选定。

第三代“毛泽东号”--东风4B型1893号机车

东风4B型2106号机车于1987年12月替换东风3型0058号车被命名为“周恩来”号,这是第二代“周恩来”号机车。

第二代“周恩来号”--东风4B型2109号机车

东风4B型1886号机车于1991年被命名为“朱德”号,替换“朱德”号前进型蒸汽机车,车号1886 源于朱德诞辰年份。

第三代“朱德号”--东风4B型1886号机车

东风4B是被命名最多的机车系列,下面是大部分被命名的机车编号

机车编号 名称 备注

DF4B-1033 青年文明号 承德机务段

DF4B-1220 黄继光号 昂昂溪机务段

DF4B-1450 青年号 太原机务段

DF4B-1757 工人先锋号 怀柔北机务段

DF4B-1815 青年号 长春机务段

DF4B-1886 朱德号 哈尔滨机务段

DF4B-1893 毛泽东号/先锋号(后) 丰台机务段

DF4B-1960 工人先锋号 丰台机务段

DF4B-2106 周恩来号 上海机务段

DF4B-2212 青年文明号 唐山机务段

DF4B-2269 青年号 阜新机务段

DF4B-2286 先锋号 济南西机务段

DF4B-2304 民兵号 吉林机务段

DF4B-2333 青年文明号 唐山机务段

DF4B-2501 先锋号 京局庄段

DF4B-2502 青年号 

DF4B-2530 先锋号 太原机务段

DF4B-2558 青年文明号 太原机务段

DF4B-3282 先锋号 白城机务段

DF4B-3292 民兵号 ***机务段

DF4B-3930 青年文明号 

DF4B-3934 主人翁号 

DF4B-6283 先锋号 怀柔北机务段

DF4B-6286 青年文明号 石家庄机务段

DF4B-6465 共产党员号 襄樊北机务段

DF4B-6506 共青团号 白城机务段

DF4B-6558 党员先锋号 襄樊北机务段

DF4B-7305 青年号 集宁机务段

DF4B-7361 主人翁号 合肥机务段

DF4B-7455 青年号 锦州机务段

DF4B-9217 先锋号 

DF4B-9424 党员先锋号 襄樊北机务段

配属北京铁路局怀柔北机务段的“先锋号”东风4B-6283号机车DF4B-1029号机车于2009年进入沈阳铁路陈列馆保存展示

2.东风4C型内燃机车

在东风4B批量生产之后,为了满足铁路运输对提高机车经济性、耐久性、可靠性的要求,大连厂于1984年开始在16V280ZJB型柴油机基础上,着手研制其改进型16V240ZJC型柴油机,并于同年9月试制成第一台样机,其UIC标定功率达到4000马力(2940千瓦)。1985年9月,大连厂在东风4B基础上,试制了首台装用16V240ZJC型柴油机的东风4C型(4001),车型代号DF4C。与东风4B相比,东风4C不但运用功率有所提高,无论在牵引速度、经济性方面都比东风4B优越,而且在结构上也作出了改进,解决了东风4B不合理的布局和惯性质量问题,并使机车重量分配更趋合理。

东风4C型于1985年开始投入小批量生产,首批机车从1985年10月开始配属沈阳铁路局赤峰机务段,在京通铁路赤峰—隆化区段进行运用考核,于1988年12月分别通过了铁道部鉴定牵引热工试验和15万公里线路运用考核试验;而16V240ZJC型柴油机也于1989年按国际铁路联盟标准完成了100小时、360小时台架耐久性试验。试验结果显示,在相同区段牵引相同重量的列车,东风4C比东风4(A)平均运行速度提高约10%,万吨公里耗油量较东风4B降低7.5%。东风4C于1991年7月通过铁道部鉴定,同年获国家科技进步二等奖。

1990年,大连厂开始大批量生产东风4C,其车号按东风4系列编制;随后根据铁路机车车辆工业总公司(原铁道部工业总局)统一安排,大连厂将图纸转给资阳厂、大同厂和四方厂,东风4C货运型总共生产了845台。其中大连厂在1985年至1998年间累计制造465台(车号4001~4465);资阳厂于1996年至1999年间累计生产333台东风4C货运型(车号5004~5273;5276~5335);大同厂自1995年至1998年累计制造了40台(车号0001~0040);四方厂也于1998年生产了6台东风4C型(车号2001~2006)。

目前使用东风4C的铁路局主要包括哈尔滨铁路局、北京铁路局、沈阳铁路局、呼和浩特铁路局、乌鲁木齐铁路局、南昌铁路局及南宁铁路局。

东风4C-4001号机车,大连厂的第一台东风4C四方厂的东风4C-2001号机车

东风4C主要零部件与东风4B具有良好的通用互换性,车体、走行部分、制动系统均与东风4B基本相同。车体为全钢焊接的框架式侧墙承载结构,两端设有同等功能的司机室,可双向操纵机车。车体总体布置与东风4B有所变化,内部增加一个隔室,降低了Ⅱ端司机室的噪音。首两台机车(4001、4002)沿用与东风4B相同车体外观,整车采用圆弧过渡;从第三台机车(4003)开始,重新设计了机车外形,变得棱角分明,并加大了司机室前窗玻璃。

机车轴式Co-Co,走行部为两台无导框三轴转向架,一系悬挂为轴箱圆弹簧并带有液压减震器,二系悬挂为橡胶堆;牵引电机采用轴悬式悬挂(滑动抱轴承式半悬挂),牵引装置为低位四连杆机构。机车使用JZ-7型空气制动机,可以单独制动机车或同时制动机车和列车,另外并装有电阻制动装置及重联功能。东风4C也改进了机车冷却系统,将强化铜散热器数量由东风4B的56组减至44组,并改善了机油系统管道布置,从而使机车的重量分配更趋合理。机车标称功率2165千瓦,最大速度100公里/小时。

柴油机

东风4C装用一台16气缸、四冲程、带废气涡轮增压的16V240ZJC型直喷柴油机,与东风4B装用的16V240ZJB型柴油机相比,两者结构基本相同,但C型柴油机安装了经改进的曲轴、连杆、气缸套、机油泵、水泵等部件,通过将平均有效压力提高到1.77MPa,使其标定功率由3600马力(2650千瓦)提高到4000马力(2940千瓦),装车功率由3300马力(2430千瓦)提高到3600马力(2650千瓦)。标定功率燃油消耗率比16V240ZJB型柴油机有所降低。

在研制东风4C的16V240ZJC型柴油机时,尚无新型增压器可使用,首两台机车出厂时仍装用大连内燃机车研究所的原装增压器产品,但增压器喘振、漏油严重。因此从第三台机车开始,装用了引进瑞士勃朗-包维利股份公司(BBC)专利生产的VTC254-13型增压器,或其仿制品ZN290型增压器,增压比由原来东风4B的增压器的2.3提高到3.35。

传动系统

机车采用交—直流电传动,柴油机直接驱动一台TQFR-3000B型三相交流同步牵引发电机,采用ZD109(ZQDR-410C)型四极串励直流牵引电动机,取代了东风4B的ZQDR-410型牵引电机,单台额定功率由410千瓦提高到480千瓦。励磁系统加装了电子恒功率励磁装置,令牵引发电机在柴油机全部工作转速范围内都具有恒功率调节作用。机车恒功范围有所扩大,恒功率速度范围由东风4B的21.6~73.1公里/小时,提高至23.7~90.6公里/小时。

大同机车厂的东风4C型0017号机车

为满足牵引快速旅客列车的需要,资阳厂于1999年在东风4C货运型的基础上,自行研制成东风4C准高速客运用柴油机车。该型机车主要特点为采用了Ao1Ao-Ao1Ao轴式,即两台三轴转向架的中间轴不带牵引电动机,一台六轴机车只有四根动轴、四台ZD106型牵引电动机,并装用牵引电机全悬挂轮对空心轴驱动转向架、中部低位单拉杆牵引装置、抗蛇行减振器,以及单侧单元空气制动器,其走行部结构与NZJ1型“新曙光号”柴油动车组的动力机车相似。准高速客运型的大部分内部设备均与东风4C货运型相同,车体外观设计参考了东风11型。机车标称功率2165千瓦,轴重21吨,最高运营速度160公里/小时,恒功率速度范围为70~160公里/小时,起动、持续牵引力分别为167、106千牛。

准高速东风4C型内燃机车早期涂装东风8B涂装准高速东风4C型5275号机车

东风4C准高速客运型的设计理念是同时满足城际列车和干线长途列车的牵引需要,除了单机主要用于牵引小编组(9节或10节车厢)的城际快速列车,或双机重联牵引大编组(18节车厢或以上)的快速旅客列车,运行速度达到140~160公里/小时;因此该型机车单机牵引9节准高速单层客车在平直道上速度可达160公里/小时,并具有一定剩余加速度,而双机重联可在主要干线上牵引18节(950吨)准高速单层客车。资阳厂于1999年试制了两台样车(车号5274、5275),并于2000年上半年先后在中国铁科院环行铁道试验基地、京承铁路、京秦铁路进行试验,最高试验速度达176公里/小时。试验完毕后,两台机车均出售予三茂铁路公司三水机务段,投入三茂铁路、广三铁路运用;在交付三水机务段前,机车由资阳厂整修并按东风8B型机车涂装重新上漆。

另外四方厂1998年制造了一辆DF4C-4466机车,目前为该厂自备机车。该车采用轮对空心轴六连杆传动,低位牵引拉杆,单元式制动,采用整体轮对。机车除具备传统的重联控制功能,辅助电路亦可双机重联。推测建造目的为双机重联客运用,最高速时160km/h。亦有说法该车为径向转向架,但径向机构从外部观察不明显。

四方厂自备东风4C-4466号机车

东风4C相关的一些事故:

1992年10月11日凌晨2时55分,沈阳铁路局梅河口机务段的东风4C-4031号、4045号机车重联牵引一列货物列车经由沈吉铁路运行,至接近石门岭车站、准备停车会让由天津开往吉林的323次旅客列车时,由于列车其中一个折角塞门被人关闭,列车制动失效。为避免列车相撞,货物列车进入石门岭的安全线后脱轨颠覆。事故造成机车乘务员4人死亡,中断行车10小时25分,两台机车报废。

2003年3月9日上午6时许,沈阳铁路局吉林机务段的东风4C-4119号机车,牵引一列由吉林开往梅河口的货物列车,经由沈吉铁路运行至吉林市永吉县境内的双河镇站以东的无人看守平交道口时,与一辆加长大货车相撞。事故造成机车大破、两名机车乘务员重伤,大货车内五名乘客2死3重伤。机车后来在吉林机务段完成修复,恢复运行。

2012年1月23日下午12时43分,沈阳铁路局锦州机务段的东风4C-4070号机车牵引45261次货物列车,抵达沈阳铁路局通让铁路管内太平川站担当调车作业,以20公里/小时的速度推送一辆棚车至车站南头岔区时,与下行正在进站的83651次煤炭列车侧面冲突,造成推进车辆脱线,担当83651次列车本务机车的白城机务段东风4C型4075号机车车头被撞毁,一名机车乘务员死亡,构成铁路交通一般B类事故。

2010年9月初,首台东风4C型机车(东风4-4001)由沈阳铁路局锦州机务段移送中国铁道博物馆保存展示。

保存于中国铁道博物馆的首台东风4C型机车,首两台机车沿用了东风4B型机车车体外观

下一期将介绍大连厂的东风4D型内燃机车及其衍生型号,欢迎继续关注。



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