漫谈国铁机车（26）-东风4型内燃机车

2023-07-25 16:40 作者:怀念成局的韶山3 0人读过 | 我要投稿

上世纪60年代初期,随着铁路货运运量的逐渐上升以及牵引动力内燃化的需要,大功率内燃机车数量极度缺乏的问题十分棘手。但当时中国铁路尚未确立未来以发展液传内燃机车还是电传内燃机车为主,于是铁道部在1964年制定了“高速柴油机和中速柴油机并举”、“电传动和液力传动并举”的发展方针。同年,铁道部向大连机车车辆厂下达了研制我国第二代大功率内燃机车的设计任务书。这,便是本集故事的主角—东风4型内燃机车。

故事的开始

要想研制大功率内燃机车,首先要解决的问题就是大功率中速柴油机的研制。

1965年初,大连机车车辆厂与大连热力机车研究所、大同机车厂、铁道科学研究院等单位组成研究小组共同研制新型大功率中速柴油机。但当时有关大功率中速柴油机的资料极为匮乏,研究小组只能在国内外杂志文献中寻找相关资讯,将国外同类型柴油机及机车的数据、图片以及使用中情况等作为设计参考。

1965年7月,铁道部内燃机车会战指挥小组在青岛召开会议,批准下达新中速柴油机设计任务书,主要技术指标为缸径240毫米、行程275毫米、小时功率4000马力、额定功率3600马力、额定转速为每分钟1100转、四冲程、16缸、涡轮增压。

1966年7月,大连机车车辆厂成功试制了首台16缸中速柴油机的双缸样机并命名为16V240Z型柴油机,同年完成了机车车体的试制。

正当所有人都期待着中国第二代大功率内燃机车马上就要诞生的时候,一些不可言说的原因笼罩在各个科研单位的上空,机车的研制工作被迫放缓。

1967年,湘潭电机厂为我国第二代大功率内燃机车研制了配套的电气设备。

1969年,为给国庆20周年献礼。大连机车车辆厂对原有的设计进行了局部修改,于同年9月26日试制出首台东风4型内燃机车,编号2001。

2001号机车出厂后立即在沈大线大连至大石桥间试运行2万公里。但由于机车仓促制造且关键部件未经必要的试验及考核,机车故障率很高。在试运行中,柴油机出现了功率不足、燃烧不良、排气温度过高、机油稀释、运行时振动大等问题。

1971年,大连机车车辆厂针对柴油机在测试中出现的问题进行改进并先后试制了5台16V240Z型柴油机的改进型—16V240ZJ型柴油机。这5台柴油机累计进行了2265小时22分的台架试验,同时这批柴油机的功率由4000马力下调至3600马力,装车功率下调为3300马力。

针对机车牵引电机出现的问题,大连机车车辆厂早在1970年就联合田心机车车辆工厂（现株洲电力机车厂）、株洲电力机车研究所、张店电机厂、永济电机厂、大连热力机车研究所在1973年为机车设计出新的牵引电机组。

针对当时我国缺乏大功率内燃机车且东风4型内燃机车迟迟未能定型的局面,我国不得已从法国阿尔斯通公司进口了50台ND4型内燃机车投入运用（详见如下）。

1972年,东风4-2001号机车交付北京铁路局北京内燃机务段进行运用考核。

1973年,大连机车车辆厂试制了第二台东风4型内燃机车,编号2002,同年5月交付北京铁路局北京内燃机务段进行运用考核。

2002号机车抵达北京内燃机务段后与2001号机车一起在八达岭进行了大坡道停车再起动试验、在京广线进行了正线牵引试验、在京原线进行了牵引性能试验并与NY6、NY7型内燃机车进行了对比试验。试验结束后,两台机车开始担当京山线旅客列车牵引任务。

1974年6月,大连机车车辆厂根据前两台机车的试制经验以及运用中的不足,试制出第三台东风4型内燃机车,编号0001。

机车功率3300马力,轴式Co-Co,最高运行时速100km/h,持续速度21.6km/h。

0001号机车出厂后配属北京铁路局丰台机务段（京局丰段）担当丰台西至南仓区间货运列车牵引任务。1974年8月,0001号机车在湘黔线娄底-金竹山间进行了高温环境冷却装置性能试验。1974年9月,0001号机车换装客运型转向架由铁道部科研院主持机车动力学试验,在京广线丰台-石家庄区间进行了两次130km/h高速牵引试验,一次不低于120km/h、连续通过14个车站的长距离高速牵引试验。试验结论是东风4型机车的动力学性能是优良的,因此可以投入批量生产。

量产

到1974年底,2001和2002号机车完成了10万公里运用考核,0001号机车也完成了1.5万公里的磨合试验。经铁道部批准,大连机车车辆厂开始批量生产东风4型内燃机车并停产东风型内燃机车。张店电机厂（今淄博牵引电机集团）和永济电机厂亦分别于1974年和1975年开始,按照株洲电力机车厂提供的图纸生产牵引电机组。

1975年1月,东风4-0001号机车在北京环形铁道由铁科院主持进行了牵引热工性能试验。试验结果表明机车主要性能都达到了设计任务书规定的指标。

改进及试验

自1975年开始,随着机车走行里程的增加,机车柴油机的可靠性问题逐渐暴露出来,主要表现为连杆螺栓断裂、连杆瓦盖断裂、连杆结合齿断裂、锻铝组合式活塞裂纹、配气齿轮打牙、凸轮轴剥离、滑油泵断轴等,最严重的是柴油机机体主轴承座裂纹。仅在1975年就有22台柴油机连杆螺栓折断。在丰台机务段中,有老工人这么形容东风4型内燃机车：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。这说明机车使用的柴油机急需改进。

针对机车柴油机可靠性不高的问题,铁道部下令组织产品质量技术攻关并连续多年召开设计改进会议。而大连机车车辆厂对柴油机出现的问题进行分析后制定了一系列改良方案并派出技术人员到各机务段进行现场维修。

1976年,大连机车车辆厂联合多家单位针对16V240ZJ型柴油机进行修改,修改项目包括：

（1）连杆螺栓用全纤维滚压螺纹代替原来的车制螺纹；连杆螺栓扭紧方法，由力矩法改为间接测量螺纹伸长量的方法,并加大了扭紧力矩。

（2）使用加强型的对称连杆盖,盖体上变截面采用大圆弧过渡,避免应力集中。

（3）改进主轴承结合面的结构,加大齿形断面模数。

（4）针对凸轮型面剥离的质量问题,将配气凸轮型线由圆弧切线改为高次方函数型线,将供油凸轮顶部圆弧曲率半径由R8增加到R16。

（5）将活塞油环环槽回油孔由14个改为8个,并加大活塞内壁的过渡圆角,避免应力集中。

（6）改进增压系统,由双排气管改为单排气管,并在V型夹角内进气道上方加装了进气稳压箱,增大了进气容积。

为了同16V240ZJ型柴油机区分,改造后的柴油机定型为16V240ZJA并与1976年6月29日装在东风4-0109号机车上。使用这种柴油机的机车被称为东风4A型内燃机车（其实国铁内部并没有东风4A型内燃机车,但有些文件将其称为东风4A）。

然而,自1976年开始,东风4A型内燃机车使用的16V240ZJA型柴油机再次暴露出柴油机机体裂纹这一重大技术问题,其原因为机体强度和刚度不足，以及柴油机轴系动力性能欠佳所致。大连机车车辆厂针对柴油机机体裂纹的问题作出重大改进：包括加高主轴承座以增加机体的高度、主轴承盖加设了水平横拉螺钉、通过调整曲轴平衡块重量和加粗主轴颈来提高曲轴强度、又将锻铝活塞改为整体薄壁球铁活塞,还大胆采用了先进的薄壁球铁活塞和簧片式弹性联轴节。

经过改进后的柴油机定型为16V250ZJB型柴油机并在1977年完成了500小时的台架试验。

1978年3月,铁道部召开16V240ZJB型柴油机鉴定会议并批准16V240ZJB型柴油机初步定型,可以投入小批量生产。

根据铁道部在会议上的建议,大连机车车辆厂将第225号16V240ZJB型柴油机装在东风4-0282号机车上进行实验,这台机车于1978年10月至1979年底在丰沙县丰台西至张家口区间牵引货运列车,累计走行21万公里,对柴油机的检查也表明柴油机性能良好。

为了使柴油机性能更为可靠,大连机车车辆厂决定按照国外技术标准对16V240ZJB型柴油机再进行2000小时耐久试验。1979年7月至1980年6月,大连热力机车研究所对0503号柴油机进行了2000小时耐久试验。随后,设计部门在单缸机和三台16缸柴油机进行了三种标定转速的实验。经过比较后,决定在保持装车功率3300马力不变的前提下将柴油机转速由每分钟1100转降低为每分钟1000转,待机转速由每分钟500转降低为每分钟430转以降低柴油机零件负荷。

1979年6月,为了研究东风4型内燃机车随大气条件的变化规律,以便确定柴油机随大气条件的功率修正方式,铁道部选定东风4-0108号机车在不同海拔、不同气温的地点进行功率测试。 1980年9月,大连机车车辆厂选择东风4-0188号机车进行了三种不同标定转速下的牵引热工性能试验。

1982年12月,大连机车车辆厂将16V240ZJB型柴油机装在东风4-0527号机车上并在厂内进行了各种型式试验。采用16V240ZJB型柴油机的机车被称为东风4B型内燃机车。

同样在1982年,鉴于我国大功率内燃机车不足的原因,铁道部指示资阳内燃机车厂停止有关16V200Z型柴油机的改进和东方红4型内燃机车的研制工作,转产东风4型内燃机车,结束了长期以来关于大功率内燃机车发展电传或液传的争论。

1983年3月26日,国家计委下达了 “关于资阳厂转产改造设计任务书的批复”,资阳内燃机车厂从大连机车车辆厂获得了东风4型内燃机车全套技术资料和设计图纸,并在大连机车车辆厂的帮助下新建了16V240ZJ型柴油机试验台和东风4型内燃机车水阻试验台。

1983年12月26日,资阳内燃机车厂试制出首台东风4型内燃机车,编号3001，资阳内燃机车厂为其举行了隆重的下线仪式。3001号机车出厂后配属广铁集团广州机务段（广铁广段,现在看到的3001号机车为改号车）。

再次量产

1984年底,使用16V240ZJB型柴油机的东风4B型内燃机车在大连机车车辆厂投产,大连机车车辆厂同时停产东风4型内燃机车。到这时,大连机车车辆厂累计生产东风4货运型机车770台（编号0001-0770）,客运型机车31台（编号2001-2031）,总计801台。新制造的东风4B型内燃机车车号开头为1。

1985年1月,铁道部抽调乌鲁木齐铁路局哈密机务段（乌局哈段）的东风4B-1006和1016号机车分别作为性能试验车和15万公里运用考核车。两台机车完成测试后,铁道部在1986年10月召开鉴定会议,批准东风4B型内燃机车通过部级鉴定。1987年,东风4B型内燃机车获得1987年度国家金牌优质产品奖并被铁道部选为替代进口产品。自此之后,中国铁路不再需要大批量进口内燃机车。

1986年6月,资阳内燃机车厂完成生产东风4B型内燃机车的技术改造并停产东风4型内燃机车,转产东风4B型内燃机车,资阳内燃机车厂制造的东风4B型内燃机车车号以31开头。此时,资阳内燃机车厂累计生产了42台东风4型内燃机车（编号3001-3042）。

1986年9月22日,大同机车厂在大连机车车辆厂提供图纸的基础上生产出首台东风4B型内燃机车,编号6001。

同时,早期生产的东风4型内燃机车在返厂大修时全部按东风4B型内燃机车的标准进行了改造。

衍生

1985年12月,大连机车车辆厂成功研制了东风4B高原型机车,编号1127。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使得机车功率可以随海拔高度自动修正并且在海拔高度为3000米的环境下,机车输出功率仍可达到1845千瓦。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。

1986年,大连机车车辆厂又试制了第一台东风4B客运型机车（车号2101）。与东风4B型内燃机车结构总体相同,但牵引电机的传动齿轮比由63：14改为71：21,使得机车最高运行时速可达120km/h以适应旅客列车扩编的需要。东风4B客运型机车于1989年开始批量生产。

同时东风4B型内燃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（不过一些老工人说客运型改货运型的东风4B型内燃机车不如原厂货运型好用）。

1999年,北京铁路局南口机务段（京局南段）为提升京包线货运列车牵引定数以及怀柔北机务段原配属的东风4B型内燃机车已经开始逐渐老化。南口机务段为节约购置新机车的资金,决定将部分东风4B货运型机车按照东风4DH型内燃机车的标准进行大规模翻新改造。除车体钢架结构及转向架仍使用原车配件外,像柴油机、主发电机、牵引电动机、冷却装置等零部件全部换装东风4DH型内燃机车的配件,同时机车总体布置、辅助系统及辅助传动装置等部分重新设计。改造后的机车被称为东风4BD型内燃机车或东风4B改D型内燃机车。其涂装为上奶黄色、下天蓝色。但机车分类又归入东风4D型内燃机车。经过改造后的东风4BD型内燃机车,牵引性能与东风4DH型内燃机车基本相同,柴油机装车功率由2426千瓦提升至2940千瓦,机车最大轮周功率由1985千瓦提升至2425千瓦,比东风4B型货运机车提高了超过20%。在相同运用条件下,改造后的机车在平直线路上牵引4000吨货物列车运行的最高平衡速度为89公里/小时,比东风4B型货运机车提高16公里/小时。

东风4BD型内燃机车曾配属过北京铁路局怀柔北机务段（京局怀段）、乌鲁木齐铁路局库尔勒机务段（乌局库段）和太原铁路局侯马北机务段（太局侯段）担当货运列车牵引任务。

荣誉加身

1977年,丰台机务段举行“毛泽东号”机车换型仪式。

大连机车车辆厂生产的东风4-0002号机车替代原来的解放1型304号蒸汽机车成为第二代毛泽东号。

2000年12月26日,东风4B-1893号机车接替东风4-0002号机车成为第三代“毛泽东号”机车。

1991年8月31日,经铁道部批准,“朱德号”机车换型为东风4B-1886号机车.

1984年,“周恩来号”机车在上海铁路局由东风3-0058号机车换型为东风4B-2106号机车。

辉煌的一生

自东风4型内燃机车的量产开始,中国铁路最伟大的内燃机车就此拉开了序幕。

到1998年,大连机车车辆厂、四方机车车辆厂、资阳内燃机车厂、大同机车厂累计生产了4303台东风4（B）型内燃机车,占当时全国铁路机车保有量的42.5%。至1990年代末,虽铁道部已经停止采购东风4B型内燃机车,但大连机车车辆厂、资阳内燃机车厂至今仍然会根据地方铁路、工矿企业、海外铁路公司等的需求生产东风4B型内燃机车。

逐步落幕

随着铁路电气化进程的加快以及更大功率内燃机车的出现,东风4B型内燃机车开始逐渐退役封存。