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 型矽整流機組、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 型矽整流機組、ZD109L 型直流牽引電動機。

發展歷史

1.1 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使用者的東風 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 型矽整流機組、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，只是在執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，而對機車的執行速度要求不高的鐵路運輸企業。

東風 4DD 型機車的主要使用者均為冶金、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，連線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。

1.2 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 噸過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、模組化、資訊化」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效能和運用可靠性，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、矽整流櫃、微機控制裝置、空氣壓縮機等均改裝效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 型列車執行監控記錄裝置。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透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過載列車解體、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

2.1 總體佈置

2.1.1 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。

2.1.2 裝置佈置

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裝置。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、操縱按鈕、空氣制動閥、儀表和訊號顯示裝置等；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 型機車執行監控記錄裝置，2002 年起安裝 LKJ-2000 型列車執行監控記錄裝置）、起動變速箱及相關的輔助裝置。起動變速箱透過萬向軸與主發電機端部法蘭連線，並透過該變速箱驅動、、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、、、、機油熱交換器、等裝置。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，設有兩套獨立的迴圈冷卻水系統，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。

2.2 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，透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、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。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透過和總管，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，然後透過和進入各個氣缸。

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，透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，並透過電壓調整器輸出 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。

2.3 傳動系統

東風 4DD 型機車採用交 — 直流電傳動裝置，柴油機曲軸透過聯軸節驅動一臺交流同步發電機發出三相交流電，經由矽二極體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，透過傳動齒輪驅動。東風 4DD 型機車的主發電機、矽整流機組、起動發電機和勵磁機型號均與東風 4D 型機車相同。

2.3.1 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，勵磁機由柴油機透過啟動變速箱驅動，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。

2.3.2 整流裝置

牽引發電機發出的三相交流電由矽整流裝置轉換成直流電，由風冷式矽二極體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 型矽整流裝置，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 型整流二極體，每個整流櫃共有 18 個整流二極體元件。矽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 型矽整流裝置，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 型整流二極體，每個整流櫃共有 30 個整流二極體元件。矽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。

2.3.3 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%。

2.3.4 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矽整流櫃供電，牽引電動機發出的電流輸入到制動電阻櫃，將電能透過電阻器轉化為熱能消耗掉，最大制動電流為 650 安培。

2.4 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。控制系統的硬體部分主要由微機系統主機、訊號感測器及訊號處理部分、機車狀態液晶顯示屏及電源供應器部分組成。系統主機採用外掛板式結構，各個控制板透過 RS-485 序列匯流排進行網路通訊，並以英特爾微處理器為核心。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、機車狀態引數的記錄和顯示等。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。

2.5 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。輪對軸箱採用和拉桿式彈性定位裝置，軸箱透過裝有橡膠關節元件的上、下軸箱拉桿與構架相連線，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），車體全部重量透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）。牽引力和制動力透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、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。