猛虎出山-东风4D系列内燃机车

2023-08-13 16:39 作者:怀念成局的韶山3 0人读过 | 我要投稿

上世纪90年代中期,随着我国公路、航空运输的发展迅速,但铁路旅客列车运行时速依然不高,同时铁路旅客发行人数也在不断下降（1996年上半年的全路客运量比1995年同期下降约11%）。

为了解决铁路旅客列车运行时速不高的问题,铁道部决定在1997年4月1日在京广线、京沪线、京哈线和哈大线这四条主要干线进行旅客列车第一次大提速,部分提速区段时速达到140-160km/h,其余区段全部提到120km/h。但当时牵引旅客列车的主力机车为东风4B客运型机车,其构造速度和功率在牵引18-20编组的旅客列车时连110km/h的速度都难以达到。因此,铁道部在1996年9月要求大连机车车辆厂在东风4B、东风4C型内燃机车的基础上着手研制东风4D型内燃机车。由于当时距离中国铁路第一次大提速仅有不到9个月的时间,机车的研制进度十分紧迫。

研制

1996年10月21-22日铁道部科技司会、计划司、机务局和中车公司召开DF4D型内燃机车技术设计审查会并通过了东风4D型内燃机车设计方案。

东风4D型内燃机车采用一台基于16V240ZJB/C型柴油机研制而成的16V240ZJD型柴油机,标定功率3240KW（4400马力）,装车功率2940KW（4000马力）。机车轴式Co-Co,最高运行时速145km/h,轴重23吨。机车的冷却系统采用了东风6型内燃机车的新型机油热交换器,将冷却水和机油的最高允许温度提高到98度。或许由于制造仓促,机车直接采用了东风4C型内燃机车的外壳。

1996年11月18日,东风4D型内燃机车开始组装。

1996年12月15日,首台东风4D型内燃机车在大连机车车辆厂下线。

试验

按照铁道部的统一安排,东风4D-0001号机车出厂后赴北京由铁科院、北京铁路局、大连机车车辆厂联合在京承铁路和京秦铁路上对机车进行了动力学试验,试验中机车最高运行时速达到157.7km/h,试验结果表明,机车运行平稳性、曲线通过性能、制动性能良好。1997年2月,东风4D型内燃机车在铁道部质检中心内燃机车检验站进行了定置牵引试验。

由于中国铁路第一次大提速的临近,东风4D型内燃机车在未完成运用考核的情况下迅速投入批量生产。

为验证机车的性能与质量,铁道部质量鉴定中心对机车及主要部件进行了部级鉴定试验。1997年夏,铁道部对16V240ZJD型柴油机进行了部级鉴定试验,包括UIC100小时性能试验、ORE360小时耐久性试验。

此外,铁道部也选定了济南铁路局济南机务段（济局济段）于1998年12月投入运用的的东风4D-0336号机车作为作为运用考核试验车。至2000年3月机车完成30万公里运用考核,期间未出现因机车质量问题造成机破和临修且燃油经济性优异。然而在对机车的柴油机拆检时发现其中一个活塞的铝裙出现严重裂纹,因此铁道部决定改用哈尔滨铁路局三棵树机务段（哈局三段）的东风4D-0365号机车作为运用考核试验车。至2003年8月0365号机车完成30万公里运用考核,期间期间未出现因机车质量问题造成机破和临修,拆检结果表明机车各主要部件状态良好。

运用

到2003年机车停产时,大连机车车辆厂累计生产了575台东风4D型内燃机车（编号0001-0240、0243-0347、0353～0529、0532～0584）并成为中国铁路第一、二、三次大提速的主力机车之一,同时早期生产的机车采用东风4C型内燃机车有棱有角的外形,但自0151号机车开始换用圆弧外形以降低高速运行时的风阻和噪音,早期机车返厂大修时亦更改外观。在1998年8月至9月的兰新线提速试验中,时任铁道部副部长的刘志军曾亲乘机车参与试验,在这次试验中,机车嘉峪关至疏勒河间最高运行时速达到153km/h。

2022年6月和7月,西安铁路局使用两台东风4D型内燃机车经陇海线回送一台前进型蒸汽机车,成为中国铁路这些年来的一道奇观。

东风4D货运型机车部分

1998年1月,大连机车车辆厂为满足铁路货运的需要,开始在东风4D型内燃机车的基础上研制东风4D货运型机车并在同年4月生产出首两台东风4D货运型机车（编号0241、0242）。并配属北京铁路局石家庄机务段（京局石段）担当石家庄—德州—济南货运列车牵引任务。

与东风4D客运型机车相比,货运型机车在主要部件上与客运型机车通用。但由于其货运性质的缘故,机车的牵引齿轮齿数比由68：24改为63：14、最高运行时速下降为100km/h、取消了抗蛇行减振器、加装机车重联装置、牵引电动机的磁场削弱率由客运型机车的66%改为60%以扩展机车恒功率速度范围。同时,机车的启动牵引力与持续牵引力分别上升为480千牛和341千牛。与东风4B和东风4C货运型机车相比,东风4D货运型机车的柴油机装车功率分别比东风4B型、东风4C型内燃机车高约20%和10%,起动牵引力分别提高了11.1%和9.88%,在这样的情况下机车的燃油消耗率低于东风4B和东风4C型内燃机车。

鉴于货运型机车运用情况的良好,位于陕西的西延铁路公司于1998年7月向大连机车车辆厂订购一台东风4D货运型机车（编号0348）并在同年9月命名为“延安号”。

1998年11月,铁道部批准大连机车车辆厂使用4XXX的机车车号并开始大批量生产东风4D货运型机车,到2011年东风4D货运型机车停产时,大连机车车辆厂累计生产405台东风4D货运型机车（编号0241、0242、0348、1893、4001～4033、4036～4056、4063～4073、4078～4079、4082～4090、4093～4166、4170～4420）。

为了满足集通铁路公司的需要,大连机车车辆厂在2006年为其研制了25吨轴重机车,通过在车体中部两侧加装压铁来提高粘着重量。同时,大连机车车辆厂自4094号机车开始生产的东风4D货运型机车全部改用标准化司机室（外观上较显著的区别包括：标志灯无金属外框、雨刷下置、下开式侧窗、车门无玻璃窗）。

这些机车主要配属北京铁路局、乌鲁木齐铁路局、南宁铁路局、上海铁路局、南昌铁路局，以及集通铁路公司、西延铁路公司、金温铁路公司、天津市铁路公司等地方铁路公司和少数厂矿企业。为了同客运型机车区分,货运型机车采用了奶黄色和天蓝色的涂装并被车迷们称为东风4DH型内燃机车（事实上东风4DH并不是官方正式命名）。

2000年12月26日,在毛主席诞辰107周年到来之际,铁道部决定采用东风4D-1893号机车替代东风4B-1893号机车作为中国铁路第四代“毛泽东号”机车。

2010年12月20日,“毛泽东号”机车第五次换型为HXD3B-1893号机车,原东风4D-1893号机车摘牌。

如今,东风4D-1893号机车再次挂牌“工人先锋号”。

东风4D准高速客运机车部分

在中国铁路即将开始第三次大提速以及满足中国铁路对准高速内燃机车需求的背景下,大连机车车辆厂与1998年与西南交大等单位合作在东风4D客运型机车半悬挂转向架基础上,研制了准高速全悬挂转向架。

1999年初,铁道部向大连机车车辆厂下达了研制装用全悬挂转向架的东风4D准高速客运机车。同年5月,东风4D准高速客运机车的设计方案通过铁道部技术审查并开始施工试制。

1999年10月30日,首台东风4D准高速客运机车在大连机车车辆厂下线（编号3001）。

与东风4D客运型机车相比,首批生产的两台东风4D准高速客运机车（3001和3002）采用了大连机车车辆厂与英国里卡多公司合作开发的16V240ZJE型高强化、大功率柴油机,装车功率提高到3310KW（4555马力）并采用了电子喷射技术,但由于其燃油消耗量过大而改回了16V240ZJD型柴油机,同时机车最高运行时速达到170km/h。

与客运型机车相比,东风4D准高速客运机车在技术和结构上的主要区别包括：

1. 准高速型的牵引电机悬挂系统使用架悬式轮对空心轴全悬挂方式；而客运型使用半悬挂方式,高速运行时对钢轨的冲击较大。

2. 准高速型的牵引齿轮传动比改为76：29,客运型为68：24。

3. 准高速型的基础制动装置为单元制动方式,单侧单闸瓦；而客运型为单侧杠杆制动方式,单侧双闸瓦。停车制动形式由手制动改为储能制动。

4. 牵引电动机改为ZD106型四极直流牵引电动机。

5. 准高速型增加了原客运型机车没有的多机重联操纵系统和显示重联机车信息的仪表、信号灯系统和通信装置。

6. 客运型使用JZ-7型空气制动机；准高速型使用JZ-7型空气/电空制动机。

7. 油箱容量由提速型的9000升减少至6500升。

8. 在电器柜和主整流柜的冷却方式方面,客运型使用开放式自通风；准高速型使用封闭式强迫通风冷却。

9. 准高速型的二系悬挂使用高圆簧和垂直油压减震器；客运型使用橡胶堆。

3001号机车出厂后随即赴北京环形铁道和进行牵引、制动试验并在沈山铁路、沈大铁路上进行了动力学性能试验,期间机车最高运行时速达190km/h。试验完成后3001号机车配属沈阳铁路局沈阳机务段（沈局沈段）投入运用考核并担当沈大线沈阳至大连区间旅客列车牵引任务。

2001年4月,东风4D客运型、货运型、准高速客运型机车通过铁道部技术鉴定并在2003年获得国家科技进步二等奖。

200年5月,东风4D准高速客运型机车投入批量生产,至2007年停产时,大连机车车辆厂累计生产340台机车（编号3001-3340）主要配属南昌、上海、哈尔滨、沈阳、北京、呼和浩特、南宁、郑州等铁路局,以及广铁集团、青藏铁路公司、集通铁路公司。

此外,自2003年下半年生产的3213号机车开始,东风4D准高速客运型机车改用标准化司机室,在外观上较显著的区别包括：标志灯无金属外框、雨刷下置、车门无玻璃窗等。同时有部分编号为31XX以后的机车采用了铸造机体的16V240ZJF型柴油机。

东风4D径向转向架机车

为了适应西南山区铁路货运的需要,大连机车车辆厂于2000年在东风4D货运型机车的基础上研制了东风4D型径向转向架干线货运机车。

机车主要结构与东风4D货运型机车大致相同,但转向架装用了大连机车车辆厂意图用于东风6A型内燃机车的径向转向架（径向转向架增加了帮助轮对径向调整的蠕滑自导向、两端轴耦合转动机构,转向架两端第一轴和第三轴可以在车辆通过曲线的时候和轨道平行,每个轮对都可以根据线路实际情况做左右转向运动,当机车通过曲线时能自动减小轮轨冲角,适用于山区曲线多、半径小线路上的重载货运列车牵引)。由于径向转向架重量较普通转向架重2.6吨,因此东风4D径向转向架机车采用了准高速客运型机车的轻量化设计以满足轴重23吨的设计需要。

首台东风4D径向转向架机车于2000年7月完成试制（车号7001）并根据铁道部的统一安排在2001年2月至3月由铁道部质检中心在北京环形铁道、京承铁路北京东至洞庙河间进行了径向性能及动力学试验。

2001年10月,东风4D-7001号机车配属北京铁路局丰台机务段（京局丰段）在京原线丰台西至灵丘区间进行运用考核。

2002年9月,7001号机车调配柳州铁路局金城江机务段（柳局金段）并在2003年7月完成15万公里运用考核。

在机车的实际运用中,机车体现出良好的动力学性能和曲线通过能力,轮缘磨损较小,司机普遍认为该车在山区路段行驶稳定性好,在山区坡道速度提升快,轮轨冲角有明显减小。

2003年,铁道部向大连机车车辆厂订购20台东风4D径向转向架机车（编号7001-7021）并配属柳州铁路局柳州机务段担当焦柳线柳州至怀化区间客货列车牵引任务。

然而,柳州机务段在运用中发现径向转向架存在转动机构磨耗大、构架裂纹、制动单元杠杆折断、闸瓦磨偏、轴承容易故障、转向架维修困难等问题—虽然径向转向架轮缘磨耗率比普通转向架大幅减少74%。2006年,径向转向架在送修时均被发现存在不同程度的构架裂纹,严重危及行车安全。因此在2006年9月,铁道部要求大连机车车辆厂将分批返厂大修的东风4D径向转向架机车的径向转向架更换为普通转向架,改造工作在2007年完成。

东风4DF型内燃机车

1997年,四川地方铁路的达成铁路建成通车。同时达成铁路公司为了最大限度的压缩机车车辆购置及维修成本、工资成本及有关运输成本也在研究以机车替代空调发电车向列车供电的可行性（这样看来,既可以减少空调发电车的购置、维修、折旧、燃油、人员等费用 ,也可以增加一节客车用于提高运量）。

为此达成铁路公司与大连机车车辆厂、永济电机厂对以下三种方案进行了比较：

1.在机车上加装一台输出功率约500千瓦柴油发电机组,但机车只能采用单司机室以满足柴油发电机的空间需求。

2.加装单独的供电发电机和供电励磁机,但起动变速箱负载达到500千瓦,在设计上有一定困难。

3.装用同轴主副发电机,利用机车的柴油发电机组向机车供电。但需重新设计控制系统及发电机并要求机车柴油机有足够大的功率支持。

经过一番比较后,达成铁路公司选择了第三种方案。这款机车在东风4D客运型机车的基础上加装同轴副发电机并由微机系统判断并执行对机车的牵引及供电控制。机车被定型为东风4DF型内燃机车并成为我国首款具备向旅客列车供电能力的内燃机车。

东风4DF型内燃机车在总体结构上与东风4D客运型机车相似,但机车最高运行时速下降为120km/h。机车采用一个以英特尔80C196微处理器为核心的多功能实时控制系统,可以自动完成发电工况和非发电工况下机车的恒功控制、电阻制动控制、列车供电控制、辅助发电控制等功能。当机车向列车供电时,为了保障供电的稳定,柴油机转速将由微机系统固定保持在每分钟940～1000转,此时司机控制器不再改变柴油机转速,而是通过内燃机车控制器控制励磁电流,实行16位有档无级调速。此外,机车的辅助室内装有一台50KW小型发电机用于向旅客列车应急供电。

1998年12月,达成铁路公司与大连机车车辆厂签订了首批4台东风4DF型内燃机车（编号0349-0352）的采购合同。1999年4月,首批4台东风4DF型内燃机车交付达成铁路公司投入运用考核,但在考核中发现机车存在主整流柜易烧损、副发电机散热不良等技术问题,为此达成铁路公司与大连机车车辆厂、永济电机厂协商并于2001年对机车的主发电机、主硅整流柜进行改进使机车性能趋于稳定。

这4台东风4DF型内燃机车配属达成铁路公司南充机辆段投入达成铁路运用,担当达州-遂宁-南充-成都之间旅客列车牵引任务。

由于机车良好的性能,位于湖南的石长铁路公司也对东风4DF型内燃机车产生了一些兴趣并向大连机车车辆厂订购了2台东风4DF型内燃机车（编号0530-0531）投入石长铁路运用。

在2000年至2004年,达成铁路公司累计向大连机车车辆厂订购了19台东风4DF型内燃机车,至此,东风4DF型内燃机车的产量定格在25台。

2004年11月,达万铁路通车运营,原达成铁路公司与达万铁路公司合并成立新的达成铁路公司。同时由于铁道部撤销全国铁路分局的指令,原岳阳机务段、长沙机务段、娄底机务段、株洲机务段、衡阳机务段、郴州机务段、益阳机务段合并成立新的株洲机务段,原石长铁路公司的两台东风4DF型内燃机车改配株洲机务段长沙运用车间。

2008年7月,达成铁路公司将委托成都铁路局进行生产经营,原南充机辆段分别并入成都机务段和成都车辆段,原达成铁路公司的东风4DF型内燃机车全部改配成都机务段（成局成段）担当成都-绵阳-江油区间以及成渝铁路管内特快列车牵引任务。