東風4DD型柴油機車

東風4DD型柴油機車（DF4DD）是一款由中車大連機車車輛研製及銷售的調車柴油機車車型。該型機車是為了滿足中國各地地方廠礦企業對大功率電傳動調車柴油機車的需求，由大連機車車輛廠於1998年開始設計、1999年研製成功的調車機車。該型機車是以東風4D型柴油機車為基礎，動力裝置為一臺16V240ZJD型柴油機，裝車功率為4,000馬力（2,940千瓦），傳動系統使用採用TQFR-3000E型同步發電機、GTF-5100/1250-A型硅整流機組、ZD109Z型直流牽引電動機，並配備了由大連機車車輛廠開發的DLC微機控制系統。2005年，大連機車車輛公司又推出了專門為大秦鐵路設計的東風4DD改進型機車，採用JF213型同步發電機、GTF-5700/1250型硅整流機組、ZD109L型直流牽引電動機。

**發展歷史**

**東風4DD型**
1996年，大連機車車輛廠在東風5型柴油機車的基礎上，推出了面向路外廠礦企業用戶的東風5B型柴油機車。面對競爭日趨激烈的工礦調車機車市場，大連機車車輛廠的自銷機車銷量比例日益增加，一些地方鐵路和工業企業亦提出了採購功率更大之調車機車的意願。1998年，為了滿足地方廠礦企業對大功率電傳動調車柴油機車的需求，大連機車車輛廠決定在東風5B型柴油機車的基礎上，開發研製裝用12V240ZJD型柴油機的東風10DD型調車機車；與此同時，大連機車車輛廠還在東風4D型柴油機車的基礎上，開發研製裝用16V240ZJD型柴油機的東風4DD型調車機車，進而形成了東風5B型柴油機車（2,500馬力）、東風10DD型柴油機車（3,000馬力）、東風4DD型柴油機車（4,000馬力）三種不同功率等級的調車機車產品系列。
1998年9月，大連機車車輛廠召開東風4DD型調車機車技術設計方案評審會議；同年10月6日，大連機車車輛廠正式下達《東風4D型調車機車設計任務書》，至1999年2月完成施工設計並投入試製。1999年5月18日，首臺東風4DD型調車機車進入總裝階段；同年6月底，東風4DD型1001號機車在大連機車車輛廠落成，並交付中國石化洛陽石化公司使用。東風4DD型柴油機車是當時中國國內功率最大的重型調車機車，機車採用一臺裝車功率為4,000馬力（2,940千瓦）的16V240ZJD型柴油機，採用TQFR-3000E型同步發電機、GTF-5100/1250-A型硅整流機組、ZD109Z型直流牽引電動機，並配備了由大連機車車輛廠開發的DLC微機控制系統。
首29臺東風4DD型機車於1998年至2002年間製造，機車編號為1001～1029；從2003年起生產的東風4DD型機車，機車編號改為由0030開始編排。截至2021年5月，中車大連機車車輛公司已生產了323臺東風4DD型機車（不含改進型機車），車號為1001～1029、0030～0323。東風4DD型柴油機車曾經是中國國內最昂貴的調車機車車型，按照2007年價格每臺機車售價超過500萬元人民幣，與功率較小的東風7C型、東風5型等調車機車相比高近一倍。作為一款大功率重型調車機車，雖然東風4DD型調車機車的功率比東風8B型貨運機車小，但其起動牽引力和持續牽引力並不亞於東風8B型機車，只是在運行速度和加速能力上要遜於東風8B型機車。因此，東風4DD型調車機車特別適合用於需要一次性牽引大宗貨物，而對機車的運行速度要求不高的鐵路運輸企業。
東風4DD型機車的主要用戶均為冶金、煤炭、化工、電力系統等行業的大型工礦企業，包括天津南環鐵路有限公司、粵海鐵路有限責任公司、山東港口煙臺港集團、山東港口日照港集團、連雲港港口集團、青島港集團有限公司、首鋼集團礦業公司、兗州煤業股份有限公司、山東鋼鐵集團萊鋼股份、山東淄礦鐵路運輸、中石化齊魯分公司儲運廠、平頂山煤業集團、窯街煤電集團、淮北礦業集團、淮南礦業集團、淮河能源西部煤電集團、河南煤化集團鶴煤公司、平頂山姚孟發電公司、國神公司河曲電廠、河南大有能源股份、山西孝柳鐵路公司、山西江陽化工公司、內蒙古大雁礦業集團、扎賚諾爾煤業公司、華能伊敏煤電公司、國能寶日希勒能源有限公司、國電南寧發電公司、中石油獨山子石化公司、中國石油遼陽石油化纖公司、建龍西林鋼鐵集團公司、中糧貿易北良有限公司、貴州能化鐵路運輸有限公司。
粵海鐵路有限責任公司於1997年成立，是一家由中華人民共和國鐵道部、廣東省政府、海南省政府三方合資組建的地方合資鐵路公司，上述各方分別授權廣州鐵路（集團）公司、廣東省鐵路建設投資集團有限責任公司、海南省國際信託投資公司為產權代表，並由廣州鐵路（集團）公司實際控股。2002年6月，為配合即將開通運營的粵海鐵路通道，粵海鐵路公司為購買港口用調車機車展開公開招標，並由中國北車集團大連機車車輛有限公司得標。同年10月下旬，6臺東風4DD型柴油機車（1024~1029）運抵湛江，交付粵海鐵路有限責任公司海口機輛段運用。2003年1月，連接徐聞北港和海口南港的瓊州海峽鐵路輪渡投入服務，前期開辦鐵路貨運業務。2004年12月5日，粵海鐵路正式開通客運服務。粵海鐵路公司的東風4DD型調車機車主要負責過海客貨列車車列分解及重組、車輛上船及下船的調車作業，以及徐聞北港碼頭至海安南站、海口南港碼頭至海口站（海口南站）之間的列車牽引任務。2017年，中國鐵路總公司將海南高速鐵路有限公司、粵海鐵路有限責任公司進行合併重組，成立海南鐵路有限公司。原屬粵海鐵路公司的東風4DD型調車機車均改配屬海南鐵路有限公司海口機輛輪渡段海口機務運用車間。

**東風4DD改進型**
2004年，為進一步提高大秦鐵路運輸能力、滿足推送10,000噸重載列車執行駝峰調車作業的需要，中華人民共和國鐵道部為大秦鐵路編組站專用調車機車展開招標，並由大連機車車輛有限公司得標。大連機車車輛公司根據鐵道部關於調車機車實現「系列化、標準化、模塊化、信息化」的要求，對東風4DD型調車機車作出了一些改進，以進一步提高機車牽引性能和運用可靠性，稱之為東風4DD改進型機車。與一般的東風4DD型機車相比，東風4DD改進型機車的運轉整備重量由138±3%噸提高到150±3%噸，機車軸重由23±3%噸提高到25±3%噸，牽引齒輪傳動比由4.72改為4.17，起動牽引力（按粘著限制計算）由422千牛提升至480千牛，而持續牽引力則由358千牛下調至331.8千牛。司機室符合鐵道部規範化調車機車司機室的標準。柴油機採用整體鑄造機體取代焊鑄組合機體，並使用國外進口的噴油器、噴油泵、調速器等零部件；牽引電動機、主發電機、硅整流櫃、微機控制裝置、空氣壓縮機等均改裝性能和可靠性更優異的型號，並配備了電阻制動裝置、ADLC微機控制系統、LKJ-2000型列車運行監控記錄裝置。根據技術計算，單機在平直道上可以牽引12,000噸列車順利起動，列車起動後達到18公里/小時的加速距離為490米。
2004年12月，東風4DD改進型機車技術設計方案通過鐵道部運輸局的評審。2005年初，8臺東風4DD改進型機車（4180～4187）交付太原鐵路局湖東電力機務段使用，分別配屬湖東電力機務段秦東運用車間、柳村運用車間使用，主要擔當秦皇島樞紐內秦皇島東站的重載列車解體、編組，摘掛作業，以及負責將滿載煤炭的列車從柳村南站送往秦皇島港卸車裝船。後來，其中兩臺機車被調撥到湖東電力機務段大同運用車間投入大同口泉支線運用。

**技術特點**

**總體佈置**

**基本結構**
東風4DD型柴油機車是調車及小運轉用的六軸柴油機車，機車標稱功率為3,300馬力（2,425千瓦），構造速度為80公里/小時。東風4DD型機車的運轉整備重量為138噸，軸重為23噸；東風4DD改進型機車的運轉整備重量為150噸，軸重為25噸。機車採用外走廊式及中梁承載的罩式車體結構，車體所有載荷均由車體底架承擔，機車中部兩側及兩端設有露天走臺與扶梯。車體底架長度為20,560毫米，車鉤中心線間距為21,100毫米，車體寬度為3,200毫米，車體高度為4,580毫米。車體底架兩端裝有13號上作用車鉤、牽引緩衝裝置和排障器。車體底架下部兩臺轉向架之間吊掛著一個容量為8,200升的燃油箱，燃油箱左右兩側設有鉛酸蓄電池組，燃油箱前後兩端各有一個總風缸。為了提高底架結構的強度和剛度，採用了凹式截面形狀底架和變截面箱形中梁，車體和牽引裝置可以承受雙機牽引時的最大牽引力和制動力。機車車體外形應用了計算機輔助設計技術（CAD），司機室、電氣室的外觀造型設計參考了北美柴油機車，各部分比例儘可能應用黃金分割原理。

**設備佈置**
機車車體從前到後分別為電氣室、司機室、傳動室、動力室、冷卻室和輔助室，其中電氣室方向為短罩端（II端），輔助室方向為長罩端（I端）。傳動室、動力室及輔助室均設有可拆卸頂蓋，以便吊裝各室內機組和設備。電氣室內設有高低壓控制電器櫃、微機控制裝置和各種用途的接觸器開關，電氣室並設有前端門和通往司機室的中間走廊，當機車重聯時方便司機前往另一臺機車。司機室內設有兩個功能相同的司機操縱檯，在司機室內沿前進（面向短罩端方向的左側）、後退（面向長罩端方向的左側）方向對角佈置，以便司機選擇任意一個方向操縱機車，司機操縱檯的形式與東風4D型機車大致相同，設有主控制器、操縱按鈕、空氣制動閥、儀表和信號顯示裝置等；司機室內還設有空調裝置、電爐、電熱壁。
傳動室內設有主整流櫃、勵磁整流櫃、行車安全裝置（初期曾安裝LKJ-93型機車運行監控記錄裝置，2002年起安裝LKJ-2000型列車運行監控記錄裝置）、起動變速箱及相關的輔助設備。起動變速箱通過萬向軸與主發電機端部法蘭連接，並通過該變速箱驅動勵磁機、起動發電機、前轉向架牽引電動機通風機。動力室內安裝了一套柴油發電機組，並設有空氣濾清器、燃油濾清器、燃油輸送泵、機油濾清器、機油熱交換器、膨脹水箱等設備。傳動室內並預留了電阻制動系統的安裝位置。
冷卻室設有冷卻水系統和散熱裝置，冷卻室頂部裝有V形結構的扁管肋片式散熱器，以及兩個直徑為1,600毫米的軸流式冷卻風扇，冷卻風扇由靜液壓馬達傳動，冷卻室兩側的百葉窗可隨冷卻水溫度而自動開閉。東風4DD型機車沿用了東風4D型機車的高溫冷卻系統，設有兩套獨立的循環冷卻水系統，分別為冷卻柴油機的高溫冷卻水系統（12個散熱器單節），以及冷卻增壓空氣、機油、靜液壓傳動油的低溫冷卻水系統（32個散熱器單節）。散熱器下方設有靜液壓變速箱、後轉向架牽引電動機通風機、兩臺NPT5型電動空氣壓縮機等。輔助室內設有預熱鍋爐和空氣乾燥器。空氣制動裝置採用JZ-7型空氣制動機。

**柴油機**
東風4DD型機車裝用一臺由大連機車車輛工廠製造的16V240ZJD型柴油機。該型柴油機是在16V240ZJB型和16V240ZJC型柴油機的基礎上，通過與英國裡卡多公司的技術合作對柴油機結構作出改良，於1986年開發完成的大功率柴油機，屬於240/275系列柴油機產品之一。16V240ZJD型柴油機是一款16氣缸、四衝程、V型結構、直接噴射、廢氣渦輪增壓、增壓空氣中間冷卻的中速柴油機。氣缸內徑為240毫米，活塞行程為275毫米，氣缸夾角為50°，額定轉速為每分鐘1,000轉，最低空載轉速為每分鐘430轉，平均有效壓力為1.774兆帕，UIC標定功率為4,400馬力（3,240千瓦），裝車功率為4,000馬力（2,940千瓦），額定滿功率運轉時的燃油消耗量為152克/有效馬力·小時（207克/有效千瓦·小時）。
柴油機採用鑄焊組合結構機體（改進型機車採用整體鑄造機體）、稀土合金球墨鑄鐵曲軸、全加工厚壁氣缸套、鋼頂鋁裙組合式活塞。柴油機採用定壓增壓系統，配備兩臺由天津機輛軌道交通裝備公司製造的ZN290D型增壓器。在V形夾角上方佈置有排氣總管和進氣道，左右兩側氣缸排出的廢氣通過排氣支管和總管，分別進入兩臺渦輪增壓器推動渦輪後排出，而新鮮空氣由安裝在車體上的空氣濾清器吸入，經增壓器增壓後流經中冷器進行冷卻，然後通過進氣穩壓箱和進氣支管進入各個氣缸。
柴油機進氣空氣濾清器採用三級空氣濾清系統，第一級為波紋狀濾網，第二級為離心式旋風慣性過濾器，第三級為紙質濾芯過濾器。柴油機轉速控制採用C3X型調速器（改進型機車使用伍德沃德PGMV調速器）和無級調速裝置，通過控制聯合調節器配速機構上的步進電機，實現對柴油機的有檔無級調速控制。柴油機由ZQF-80型起動發電機起動，其電源由蓄電池供給。柴油機完成起動後，啟動發電機由直流串勵電動機變為直流他勵發電機，並通過電壓調整器輸出110伏特直流電，作為輔助發電機使用，用來給蓄電池充電並和向輔助電路及控制電路供電。

**傳動系統**
東風4DD型機車採用交—直流電傳動裝置，柴油機曲軸通過聯軸節驅動一臺交流同步發電機發出三相交流電，經由硅二極管組成的三相橋式整流裝置整流為直流電後，再將電能輸送給兩臺轉向架上的六臺直流牽引電動機，通過傳動齒輪驅動輪對。東風4DD型機車的主發電機、硅整流機組、起動發電機和勵磁機型號均與東風4D型機車相同。 

**牽引發電機**
東風4DD型機車的牽引發電機採用永濟電機廠製造的TQFR-3000E型三相交流同步發電機，額定容量為2,911千伏安，額定電壓為425／770伏特，額定電流為3,955／2,183安培，額定轉速為每分鐘1,000轉，定子及轉子絕緣等級均為H級，冷卻方式為徑向自通風式，主發電機淨重為5,100公斤。與東風4B型柴油機車採用的TQFR-3000型同步牽引發電機相比，TQFR-3000E型牽引發電機具有較大的恆功調壓比，可以有效降低牽引電動機的磁場削弱深度。牽引發電機由一臺GQL-45型三相感應子交流發電機，勵磁機由柴油機通過啟動變速箱驅動，其發出的交流電經勵磁整流器轉換為直流電後，給發電機的轉子勵磁繞組勵磁。
東風4DD改進型機車則改為使用容量更大的JF213型三相交流同步發電機。發電機額定容量為4,200千伏安，額定電壓為578／800伏特，額定電流為4,210／3,020安培，額定轉速為每分鐘1,000轉，定子及轉子絕緣等級均為H級，冷卻方式為徑向自通風式，主發電機淨重為5,120公斤。在1999年面世的東風4D型3001號準高速客運機車亦曾經使用該型發電機。

**整流裝置**
牽引發電機發出的三相交流電由硅整流裝置轉換成直流電，由風冷式硅二極管元件組成三相橋式全波整流電路。東風4DD型機車使用GTF-5100/1250-A型硅整流裝置，整流裝置有六個串聯的整流橋臂，每一橋臂有三個並聯的ZP2500-28型整流二極管，每個整流櫃共有18個整流二極管元件。硅整流裝置的最大直流輸出電壓為1,250伏，額定直流輸出電流為5,100安培。
東風4DD改進型機車則採用容量更大的GTF-5700/1250型硅整流裝置，整流裝置有六個串聯的整流橋臂，每一橋臂有五個並聯的ZP2000-28型整流二極管，每個整流櫃共有30個整流二極管元件。硅整流裝置的最大直流輸出電壓為1,250伏，額定直流輸出電流為5,700安培。

**牽引電動機**
東風4DD型機車採用ZD109Z型四極直流串勵牽引電動機，額定功率為530千瓦，額定電壓為670伏，額定電流為845安培，額定轉速為每分鐘770轉，最高轉速為每分鐘2,385轉，定子及電樞絕緣等級均為H級，冷卻方式為強迫通風。為了擴大機車的的恆功率調速範圍，還可以對牽引電動機進行一級磁場削弱，磁場削弱率為54%。
東風4DD改進型機車改為使用轉速較低但扭矩更大的ZD109L型四極直流串勵牽引電動機，額定功率為530千瓦，額定電壓為630伏，額定電流為900安培，額定轉速為每分鐘710轉，定子及電樞絕緣等級均為H級，冷卻方式為強迫通風，該型牽引電動機並採用了進口軸承。牽引電動機具備一級磁場削弱功能，磁場削弱率為78%。

**電阻制動裝置**
東風4DD改進型機車上設有二級電阻制動裝置。在電阻制動工況時，牽引電動機變為他勵直流發電機工作，六個激磁繞組全部串聯並由牽引發電機經硅整流櫃供電，牽引電動機發出的電流輸入到制動電阻櫃，將電能通過電阻器轉化為熱能消耗掉，最大制動電流為650安培。

**控制系統**
東風4DD型機車採用由大連機車車輛廠研製的微機控制系統，同時還保留了由聯合調節器油馬達驅動功調電阻的勵磁調節裝置，司機可根據實際情況切換勵磁控制方式或兩者同時使用。
功調電阻勵磁調節裝置採用由聯合調節器伺服油壓馬達帶動變阻器的方式。牽引發電機的勵磁電流是由勵磁機發出的交流電經勵磁整流櫃整流後供給，而勵磁機的勵磁電流則是由柴油機經啟動變速箱驅動的測速發電機供電。測速發電機的勵磁電流由110伏輔助電源提供，並經過功率調節電阻和勵磁調節器控制。功率調節電阻的滑動觸點由聯合調節器上的功率伺服油壓馬達帶動，它根據柴油機工作狀況（欠載或過載）自動地調節可變電阻器的阻值，從而改變測速發電機的勵磁電流，並經測速發電機和勵磁機二級放大後，間接地改變了牽引發電機的輸出功率。 
早期生產的東風4DD型機車使用名為“內燃機車控制器”（Diesel Locomotive Controller，DLC）的微機控制系統。該系統是以東風6型柴油機車的車載微機控制系統為基礎，由大連機車車輛廠於1996年開始研製的內燃機車多功能即時控制系統。控制系統的硬件部分主要由微機系統主機、信號傳感器及信號處理部分、機車狀態液晶顯示屏及電源供應器部分組成。系統主機採用-{插件板式}-結構，各個控制板通過RS-485串行總線進行網絡通訊，並以英特爾80C196微處理器為核心。系統主要控制功能包括恆功率勵磁控制、柴油機轉速控制、輔助發電勵磁控制、磁場削弱控制、故障診斷與保護、機車狀態參數的記錄和顯示等。而後來生產的東風4DD型機車和東風4DD改進型機車則使用名為“先進內燃機車控制器”（Advanced Diese Locomotive Controller，ADLC）的微機控制系統，該系統是由大連機車車輛廠在DLC系統基礎上進一步開發和改良的機車微機控制系統，進一步增加了控制系統的功能。

**轉向架**
機車軸式為Co-Co，走行部為兩臺相同的無導框式三軸轉向架，結構形式與東風4D型貨運機車大致相同。轉向架採用鋼板組焊成封閉式箱形結構的“目”字形構架。輪對軸箱採用滾柱軸承和拉桿式彈性定位裝置，軸箱通過裝有橡膠關節元件的上、下軸箱拉桿與構架相連接，實現軸箱相對於構架的橫向和縱向定位。轉向架採用四點支承的彈性摩擦式旁承（東風4DD型）或橡膠堆旁承（東風4DD改進型），車體全部重量通過八個旁承由兩臺轉向架支承，轉向架與車體間還設有緩衝側擋裝置。
彈簧懸掛裝置分為一系和二系懸掛兩部分。一系懸掛採用獨立懸掛形式，包括軸箱與構架之間的軸箱圓彈簧，以及在1、3、4、6軸裝有並列的液壓減震器。二系懸掛為轉向架構架與車體之間的旁承橡膠堆，改進型機車另設有橫向液壓減震器。一系及二系懸掛靜撓度分別為121毫米和15毫米（改進型為107.6毫米和13.4毫米）。牽引力和制動力通過低位平行四杆牽引杆機構傳遞，牽引點至軌面距離725毫米（改進型機車為672毫米）。
牽引電動機採用單側齒輪傳動的軸懸式驅動方式（滾動抱軸承式半懸掛），東風4DD型機車的牽引齒輪傳動比為4.72（85：18），東風4DD改進型機車的牽引齒輪傳動比為4.17（71：17）。全部牽引電動機採用順置排列方式，即牽引電動機都放在車軸的同一側，可以有效地減少軸重轉移的幅度。標配的踏面制動裝置為帶閘瓦間隙自動調節器、鑄鐵閘瓦、停放制動為手制動裝置的單側單閘瓦槓桿制動方案；改進型機車則採用帶閘瓦間隙自動調節器、粉末冶金閘瓦的DZD型踏面制動單元。

**參看**
 東風4D型柴油機車- 東風5B型柴油機車- 東風5D型柴油機車- 東風10DD型柴油機車

**參考文獻**

**外部鏈接**
 中國北車集團大連機車車輛有限公司：東風4DD調車內燃機車date=2013-04-25