東風10型柴油機車

東風10型柴油機車。1991年，該型機車配屬柳州鐵路局金城江機務段投入黔桂鐵路試用，但在坡度大的山區鐵路上由於粘著重量限制了粘著牽引力的發揮，輪對空轉情況較為嚴重，最終不獲鐵道部門的青睞。發展歷史.開發背景.1980年代，中國實行改革開放後隨著國民經濟的發展，中國鐵路貨物運輸量迅速增長，鐵路運輸能力與運量增長的矛盾越趨突出。為了改變鐵路技術裝備落後的局面、實現中國鐵路的現代化，中華人民共和國鐵道部於1983年制定了中國第一個《鐵路主要技術政策》，提出“逐步提高列車重量，增加行車密度，在此基礎上適當提高行車速度”，貨物列車重量要提高到4000～5000噸，最高速度要提高到80公里/小時。“六五”及“七五”期間，鐵道部確定了以“貨運過載、客運高速”、提高運輸能力為方針的鐵路科技發展規劃，並將鐵路貨運過載配套技術列入研究開發的主攻方向之一，致力提高機車牽引功率和貨車裝載重量。1984年，大連機車車輛廠開展對未來鐵路牽引動力需求的調查和研究，工廠認為對於在繁忙幹線上的4000～5000噸級過載運輸，東風4型柴油機車單機牽引時效能明顯不足，而雙機重聯牽引時功率餘量較多，影響過載列車的營運經濟效益。大連機車車輛廠經過論證後決定著手研製用於過載貨運的雙節八軸柴油機車——東風10型柴油機車。東風10型機車的設計思想是一種具有廣泛通用性並充分考慮各種使用情況的柴油機車，這種八軸機車由兩節結構相同的四軸機車聯掛組成，亦可以單機使用。在雙機重聯使用時能夠在鐵路幹線上牽引5000噸過載列車，而單機使用時能夠代替建設型蒸汽機車和東風型柴油機車，在鐵路支線上牽引貨物列車。機車最大運用功率為5,400馬力，比東風4型柴油機車高70%，在計算坡度不大於6‰的一級線路上，可以牽引5000噸過載列車。此外，東風10型機車也可以與東風4型機車組成不同軸數和功率等級的機車組合，例如，單節東風10型機車可以與一臺東風4型機車組成10軸、4800馬力等級的機車組，滿足平原地區牽引6000噸過載列車的需要。試驗過程.1985年，大連機車車輛廠以東風4C型柴油機車所使用的16V240ZJC型柴油機為基礎，設計了為東風10型機車配套的12V240ZJC型柴油機。1986年4月21日，第一臺12V240ZJC型柴油機在大連機車車輛廠落成。1987年4月至12月，該柴油機在工廠內的柴油機開發試驗檯上進行了功率負荷、牽引特性、空載油耗等效能試驗和UIC 100小時耐久性試驗。1988年，大連機車車輛廠試製出第一組東風10型柴油機車，隨後在廠內進行了例行試驗、牽引效能試驗、動力學效能試驗等試驗專案。1990年9月4日，東風10型0001號機車在沈大鐵路完成首次過載牽引試驗，機車牽引4002噸列車以27.5公里/小時的速度順利透過沈大線松樹至關子間長達8公里的10‰長大坡道。1992年起，為緩解京滬、京廣、京哈等繁忙幹線的運輸緊張狀況，鐵道部決定透過調整機車型別和延長車站到發線有效長至1050米，組織開行5000噸級過載混編列車。1992年8月5日至14日，濟南鐵路局和上海鐵路局在京滬鐵路進行5000噸過載列車牽引試驗，濟南西至徐州北間使用ND5型柴油機車雙機重聯牽引、徐州北至南京東間分別用ND5型柴油機車雙機重聯、東風4型柴油機車雙機重聯、東風10型柴油機車雙節重聯牽引。1992年8月9日，東風10型機車牽引5000噸級過載列車從徐州北站出發，以不到9小時的時間正點到達南京東站。試驗結果顯示，這幾種機車都可以勝任5000噸過載列車的牽引任務，但ND5型機車具有功率儲備較多、起動加速較快的優勢。黔桂鐵路.與此同時，位於中國西南地區的黔桂鐵路也急需一種牽引效能更好的新型機車，黔桂鐵路尤其金城江至麻尾區段，以彎道多、曲線半徑小、坡度大而著名，最大限制坡度達到27.7‰。在南昆鐵路通車之前，黔桂鐵路一直是連線貴州省和廣西自治區的唯一鐵路通道。從1970年代開始，黔桂鐵路長期以來都以東風型柴油機車作為主力，牽引定數為1050噸，金麻區段透過限坡的速度為18公里/小時。與東風4型機車相比，東風型機車功率小、油耗大、故障率高，且即將退役而迫切需要替代車型。1990年，成都鐵路局與柳州鐵路局曾於黔桂鐵路使用東風4型機車進行雙機牽引試驗，試驗結果顯示，東風4型機車可以雙機牽引1500噸～1600噸列車透過限坡，透過坡頂速度可達25公里/小時，但由於其採用的三軸轉向架軸距較大，在小曲線半徑的鐵路上對線路損害及機車輪緣磨耗嚴重，甚至出現軌距被擴寬的情況，因此否定了使用東風4型機車雙機牽引的方案。1991年1月，鐵道部將東風10型機車配屬給柳州鐵路局金城江機務段，同年3月2日起在黔桂鐵路的麻尾至金城江區段上試用。截至1992年4月30日，東風10型0001號機車已走行104,736公里，完成運量11,266.1萬噸公里。運用考核結果證明，東風10型機車由於功率較大，並採用二軸轉向架和電阻制動裝置，在黔桂鐵路的小半徑曲線透過效能、執行速度、制動效能和油耗經濟性等方面均優於東風型機車，尤其是二軸轉向架的輪軌作用力較小，透過曲線效能明顯優於三軸轉向架機車。當東風10型機車牽引1250噸時，透過坡頂速度可達30公里/小時，列車平均牽引總重比東風型機車多200噸左右。然而，機車在運用過程中也顯示出粘著效能的不足。由於東風10型機車只有八軸而粘著重量只有184噸，機車功率和牽引力受機車粘著重量限制而不能充分發揮，牽引重量難以比東風型機車雙機牽引時有所增加，而且在爬坡時也較容易發生輪對空轉、坡停後的起動困難等問題，東風10型機車在黔桂鐵路運用首年期間，便發生了二十次列車坡停而請求救援的事件，其中少數為電器故障，多數因為空轉造成。1990年代初，北京二七機車廠也開始研製適用於黔桂鐵路的柴油機車，以1990年研製成功的東風7B型調車機車為基礎，裝用適應小半徑曲線的轉向架，試製了東風7B型3025號及3026號機車。1994年8月，這兩臺機車在黔桂鐵路金城江至麻尾間進行雙機牽引執行試驗，並且獲得了令人滿意的結果，雙機牽引定數可達1350～1500噸，透過坡頂速度可達19～23公里/小時，輪軌動力學效能和曲線透過效能良好。1995年7月，北京二七機車廠研製出用於山區鐵路的東風7D型柴油機車，同年8月首批機車配屬柳州鐵路局金城江機務段和成都鐵路局麻尾機務段投入運用，逐步替換老舊的東風型機車。此後，東風10型機車甚少在黔桂鐵路上線運用，並於1990年代末開始封存於金城江機務段。運用後期.2002年，唯一一組東風10型機車經整修後，轉配屬柳州鐵路局南寧機務段封存。2010年1月，南寧鐵路局透過中國鐵路採購網在網上釋出了報廢機車招標公告，將兩節已經拆除大部分部件的東風10型機車按45萬元人民幣底價出售，同年於柳州拆解。衍生車型.為了滿足中國鐵路幹線開行5000噸過載貨物列車的需要，根據國家計劃委員會於1991年下達的國家重點科技專案合同，大連機車車輛廠於1994年12月試製出新一代的東風10D型柴油機車。該型機車是以東風10型柴油機車為基礎，吸收和應用了東風6型柴油機車上的各種先進技術，而開發研製的雙節聯掛八軸過載貨運機車。東風10D型柴油機車的動力裝置為12V240ZJD型柴油機，電力傳動裝置和控制系統是以國產化的東風6型機車為基礎改進而成，包括JF206A型牽引發電機和ZD108型牽引電動機，機車標稱功率為5,000馬力。與東風6型機車相比，東風10D型機車還採用了許多前者所沒有的嶄新技術，例如由交流非同步電動機驅動的輔助傳動系統、以牽引發電機作為起動電機的柴油機變頻起動技術、由兩臺微機組成的主從微機通訊控制系統、乾式加壓閉式迴圈冷卻水系統等。就動力裝置、電傳動裝置和控制系統的技術水平而言，東風10D型柴油機車無疑是當時中國鐵路最先進的國產柴油機車，但由於受到零部件製造工藝和生產品質的限制，該型機車的可靠性特別是交流輔助傳動系統，遠遠未達到可供投入運用的成熟程度。唯一一組東風10D型柴油機車在完成線路執行試驗後返廠封存，未能投入批次生產。技術特點.總體佈置.東風10型機車是幹線貨運用的雙節重聯八軸柴油機車，由兩節結構相同的單司機室四軸機車聯掛而成，分別為A節和B節機車。機車乘務員在本務機車上可同時操縱兩節機車，兩車之間有相連。機車既可雙節重聯使用，也可單節獨立使用。機車標稱功率為2×2,150馬力，構造速度為100公里/小時，運轉整備重量為2×92噸。東風10型機車採用單司機室、內走廊式、全鋼焊接結構的桁架式側壁承載車體，主要承載構件採用16Mn低合金鋼材，車體長度為14,572毫米，車鉤中心線間距為2×15,572毫米，車體寬度為3,106毫米，車體高度為4,760毫米。每節機車在車體底架下面兩臺轉向架之間，吊掛著一個容量為5000升的，燃油箱兩側並設有鉛酸蓄電池組。機車從前到後分別為、電氣室、動力室、冷卻輔助室，其中電氣室、動力室和冷卻輔助室頂部均設計成活動頂蓋，以便拆裝車內部件。司機室內機車執行方向的左側設有司機操縱檯、空氣制動機的自動制動閥和單獨制動閥，右側設有副司機座席及工具箱，後側設有手制動手柄。電氣室內上部設有高低壓電器櫃、主矽整流櫃、勵磁整流櫃等電器裝置；下部設有起動變速箱、起動發電機、勵磁機、測速發電機、前轉向架牽引電動機通風機等裝置。位於機車中部的動力室內安裝了一套柴油發電機，以及車體通風機、燃油濾清器、燃油輸送泵、起動機油泵、膨脹水箱、預熱鍋爐等配套裝置。柴油機空氣濾清系統採用與東風4C型機車相同的三級空氣濾清系統，第一級為波紋狀濾網，第二級為離心式旋風慣性過濾器，第三級為金屬骨架紙質濾芯過濾器。冷卻輔助室設有冷卻水系統和散熱裝置，冷卻系統的設計類似於東風4C型柴油機車。冷卻水系統分為柴油機的高溫水系統，以及機油熱交換器和中冷器的低溫冷卻水系統。冷卻室頂部裝有V字形佈置的肋片扁管式銅散熱器，其中包括8個高溫冷卻水系統散熱器單節和22個低溫冷卻水系統散熱器單節，散熱器上面設有一個直徑為1800毫米的軸流式冷卻風扇。冷卻室下部設有靜液壓變速箱、後轉向架牽引電動機通風機、、機油熱交換器、空氣壓縮機、制動電阻櫃和兩個總風缸等裝置，冷卻風扇由靜液壓馬達傳動，空氣壓縮機和牽引電動機通風機採用機械傳動。空氣制動裝置沿用了東風4型機車的JZ-7型空氣制動機。採用手制動裝置。柴油機.東風10型機車裝用一臺由大連機車車輛工廠製造的12V240ZJC型柴油機，為240/275系列柴油機產品之一。該型柴油機是在16V240ZJC型柴油機基礎上發展而成12氣缸機型，採用了重新設計的機體、曲軸、凸輪軸、中冷器等零部件，曲軸比16缸機型縮短了800毫米。為了適應四軸機車的軸重限制，部分零部件如機體、連線箱、油底殼等均採用了輕量化設計。12V240ZJC型柴油機是一款12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。為240毫米，活塞行程為275毫米，氣缸V形夾角為50°，額定轉速為每分鐘1000轉，最低空載轉速為每分鐘430轉，平均有效壓力為1.773兆帕，UIC標定功率為3,000馬力。柴油機採用鋼製鑄焊機體、鋼頂鐵裙活塞、合金曲軸，曲軸輸出端裝有簧片式彈性聯軸節。增壓系統採用單根排氣總管和定壓增壓，兩臺ABB VTC214-13型增壓器分別安裝在柴油機兩端。傳動系統.東風10型機車採用交—直流電傳動裝置，柴油機透過法蘭盤直接驅動一臺三相交流同步牽引發電機，透過矽整流裝置把牽引發電機發出的三相交流電整流為直流電，再將電能輸送給兩臺轉向架上的四臺並聯連線的直流牽引電動機，透過傳動齒輪驅動。牽引發電機採用十八極、三相、他勵的TQFR-2000型同步交流發電機，該發電機的電氣結構與東風4B型機車所使用的TQFR-3000型牽引發電機基本相同。牽引發電機的額定容量為1915千伏安，額定電壓為433伏特，額定電流為2560安培，最大電壓為606伏特，額定轉速為每分鐘1000轉，定子和轉子繞組絕緣等級均為F級，冷卻方式為強迫通風，發電機淨重為4095公斤。牽引發電機的勵磁電流由一臺GQL-45型供給，其產生的交流電經勵磁整流裝置三相橋式全波整流後，供給牽引發電機轉子的勵磁繞組。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，每節機車上都設有一組由大連機車車輛廠研製的GTF3200/770型矽整流裝置，採用由風冷式矽二極體元件組成的三相橋式全波整流電路，矽整流裝置有四個串聯的整流橋臂，每一橋臂有六個並聯的ZP500-20型整流二極體，每節機車共有24個整流二極體元件。矽整流裝置的最大直流輸出電壓為770伏，額定直流輸出電流為3200安培。牽引電動機採用與東風4B型機車相同的ZQDR-410型四極直流串勵電動機，額定功率為410千瓦，額定電壓為550伏，額定電流為800安培，額定轉速為每分鐘640轉，最高轉速為每分鐘2365轉，定子及電樞絕緣等級分別為H級和B級，冷卻方式為強迫通風。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電阻制動櫃，將電能透過電阻器轉化為熱能消耗掉，最大制動功率為2×1,600馬力。轉向架.機車軸式為2×。基礎制動方式為帶閘瓦間隙自動調節器的單側踏面制動，每個車輪各配有一個203毫米直徑的制動缸，當機車施行制動時，制動缸從空氣制動機獲得壓縮空氣，並透過槓桿機構使閘瓦抱輪產生制動作用。