東風7B型柴油機車

東風7B型柴油機車是中國鐵路使用的電力傳動柴油機車車型之一，由北京二七機車工廠於1989年開始研製、1991年研製成功並投入批次生產，適用於鐵路樞紐、編組站場及工礦企業的編組、調車以及小運轉作業，也可用於鐵路幹線、支線貨運牽引。因考慮到山區和丘陵地帶的鐵路線路坡度較大，並且使機車適應幹線小運轉和支線運輸的需要，北京二七機車廠於1989年決定在東風7型柴油機車的基礎上，開發研製具備電阻制動裝置的東風7B型重型調車機車。與前者相比，東風7B型機車改為裝用一臺12V240ZJ-5型柴油機，裝車功率由2,000馬力，並相應提升了冷卻系統的效能；機車增設兩組臥式電阻制動櫃，以確保下坡執行的安全性；司機室內加裝第二操縱檯，解決機車換向執行時操縱不便問題；電氣系統並增設了重聯裝置。1992年，中華人民共和國鐵道部決定在京廣鐵路石家莊至鄭州北之間開行5000噸級過載貨物列車，同年9月利用兩臺重聯的東風7B型機車順利完成了5000噸級過載列車牽引試驗。隨後，北京二七機車廠根據鐵道部提出的要求，對東風7B型調車機車在車體、電氣、輔助系統、管路及裝置等方面，進行區域性改進設計以適應幹線貨運的需要，並於同年年底試製成東風7B型幹線貨運機車，並於1993年3月投入小批次生產。幹線貨運型機車的主要改動為換裝了12V240ZJ-7型柴油機和ZN261-13B型增壓器，其餘各部分結構均與東風7B型調車機車相同。發展歷史.調車型.隨著東風7型柴油機車於1985年投入批次生產，配屬地區和使用範圍越趨廣泛，機車不僅僅擔當車站的調車作業，並開始擴大到幹線小運轉或鐵路支線運輸作業。因考慮到山區和丘陵地帶的鐵路線路坡度較大，並且使機車適應幹線小運轉和支線運輸的需要，北京二七機車廠於1989年決定在東風7型柴油機車的基礎上，開發研製具備電阻制動裝置的東風7B型柴油機車。1989年3月至4月，北京二七機車廠派出技術人員赴中國西南地區考察，走訪成都鐵路局、鐵道部第二勘測設計院、成都機車工廠、昆明機務段、九龍坡機務段、貴陽機務段等地，調查當時西南地區鐵路的內燃牽引動力和線路特點，並瞭解當地東風型柴油機車的運用和維修情況。北京二七機車廠根據這次考察的結果，向鐵道部總工程師、鐵道部機務局、中國鐵路機車車輛工業總公司呈報了研製東風7B型柴油機車的意向。1989年8月23日，二七機車廠向鐵道部上報了加裝電阻制動裝置的技術設計方案。1990年上半年，工廠和鐵道部共同確定了設計方案，決定採用以東風8型柴油機車上的臥式電阻櫃為基礎的二級電阻制動裝置，隨後開始進行施工設計，其中高低壓電氣櫃、司機操縱檯、制動電阻櫃等由永濟電機廠承擔設計和製造。東風7B型機車是東風7型機車的第一種改進型，與東風7型機車相比，東風7B型機車在機車總體不作較大改動情況下，改為裝用一臺12V240ZJ5型柴油機，換用效率更高的渦輪增壓器，裝車功率由2,000馬力，並相應提升了冷卻系統的效能；機車增設兩組臥式電阻制動櫃，以確保下坡執行的安全性；司機室內加裝第二操縱檯，解決機車換向執行時操縱不便問題；電氣系統並增設了重聯裝置。1990年底，北京二七機車廠試製成首兩臺東風7B型機車樣車，並於1991年2月出廠，1991年3月配屬北京鐵路局石家莊鐵路分局陽泉機務段投入運用考核，主要在石太鐵路剪子溝編組站至陽泉礦區之間運用。試驗結果顯示，東風7B型機車牽引效能和制動效能都有所改善，當機車牽引1100噸透過平均12‰、最大27‰的坡道時速度可達15公里/小時，而東風7型機車在相同路段的牽引速度只有9公里/小時；而電阻制動也令列車下坡時更為安全。同時，機車試驗過程中亦反映出一些不足，例如電纜走線比較混亂、電阻制動的接觸器開關容易燒損、機車部分負荷功率偏高等。1991年5月29日至6月1日，東風7B型3001號機車在京承鐵路雙橋至懷柔區段進行電阻制動效能鑑定試驗，試驗列車編組由東風7B型3001號機車、一輛動力學試驗車、兩臺作為負載的柴油機車組成。試驗結果顯示，東風7B型3001號機車的電阻制動效能均達到了設計要求，施行電阻制動時每臺牽引電動機的最大制動電流＜620安，最大勵磁電流＜740安，最大輪周制動力＞254千牛，一級和二級電阻制動相對應的速度分別為36公里/小時和18.3公里/小時，最大輪周制動功率＞2500千瓦。1992年7月，東風7B型機車透過中國鐵路機車車輛工業總公司鑑定，開始在北京二七機車廠投入批次生產，隨後被評為1993年度國家級新產品。至1998年10月停產為止，北京二七機車廠累計生產了143臺東風7B型調車機車，其中包括2臺小半徑曲線型機車、12臺防寒型機車。由於東風7型機車與北京型柴油機車均採用了二七機車廠的240/260系列柴油機，為了便於機務部門對機車和柴油機的檢修，除小半徑曲線型和防寒型機車外，其餘東風7B型機車被集中配屬在同樣運用北京型機車的北京鐵路局和鄭州鐵路局，分佈於北京鐵路分局豐臺機務段，天津鐵路分局天津機務段，石家莊鐵路分局石家莊機務段、陽泉機務段，太原鐵路分局太原機務段，大同鐵路分局大同機務段，鄭州鐵路分局鄭州機務段、新鄉機務段、月山機務段，洛陽鐵路分局洛陽機務段，西安鐵路分局西安機務段、寶雞機務段，武漢鐵路分局江岸機務段、信陽機務段等地。2005年3月，中華人民共和國鐵道部正式實施撤消鐵路分局、由鐵路局直接管理站段的體制改革，原鄭州鐵路局被分割為鄭州、武漢、西安三個鐵路局，而原北京鐵路局被分割為北京、太原兩個鐵路局，新成立的武漢鐵路局管轄原武漢鐵路分局和襄樊鐵路分局的業務，西安鐵路局管轄原西安鐵路分局和安康鐵路分局的業務，太原鐵路局管轄原太原鐵路分局與大同鐵路分局的業務。下轄各機務段的機車配屬關係亦相應調整，原屬西安、太原、武漢分局的東風7B型機車，分別改屬西安、太原、武漢鐵路局。在東風7B型調車兼小運轉機車基礎上，北京二七機車廠又根據不同地區的需要，先後開發了東風7B型系列的小半徑曲線型、幹線貨運型、防寒型機車。幹線貨運型.隨著中國經濟和鐵路運輸的發展，京滬、京廣、京哈鐵路等鐵路幹線的貨物運量迅速增長，為了緩和繁忙幹線運輸能力緊張的局面，中華人民共和國鐵道部於1992年決定透過調整機車型別、延長貨物列車長度、提高牽引定數，在主要幹線開行5000噸級過載混編貨物列車。1992年8月至9月，根據鐵道部關於京廣鐵路開行5000噸級過載貨運列車的要求，鐵道部聯同鄭州鐵路局、北京鐵路局合作在京廣鐵路進行了三次5000噸級過載列車牽引試驗。第一次試驗是在石家莊至鄭州北之間進行，使用北京型機車雙機牽引5120噸。第二次試驗在豐臺西至石家莊之間進行，使用東風4型機車雙機牽引5165噸、4962噸。第三次試驗在石家莊至鄭州北之間進行，使用東風7B型東風7B型3017號、3018號兩臺機車，雙機牽引5205噸、5244噸。試驗結果顯示，北京型機車雙機雖然能夠在4‰的坡道上起動，但加速能力未如人意、功率儲備不足，不宜作為過載列車的牽引動力；而東風4型和東風7B型機車的牽引及制動能力均無問題，但東風7B型機車作為採用外走廊車體的調車機車，不便於行駛途中機車乘務員的檢查巡視，而且機車沒有重聯裝置。因此，鐵道部決定在京廣鐵路石家莊至鄭州段完成電氣化改造前，使用經過區域性改造的東風7B型機車開行5000噸過載列車。1992年10月，北京二七機車廠對本來設計用於小運轉的東風7B型機車在車體、電氣、輔助系統、管路、裝置等方面，進行區域性改進設計以適應幹線貨運需要，並於同年年底試製成兩臺東風7B幹線貨運型機車。東風7B型幹線貨運機車出廠後分別配屬北京鐵路局邯鄲機務段以及鄭州鐵路局新鄉機務段投入運用，1993年4月1日起正式擔當石家莊至鄭州北間5000噸過載列車的牽引任務，其中石家莊至安陽之間由邯鄲機務段擔當，安陽至鄭州北之間由新鄉機務段擔當。由於東風7B型幹線貨運機車僅作為京廣鐵路石鄭區段實現電氣化前的過渡時期使用機車，隨著京廣鐵路安陽至鄭州北段、石家莊至安陽段電氣化鐵路於1997年分段建成開通，邯鄲、新鄉機務段開始配屬韶山4型電力機車擔當5000噸貨物列車牽引任務，這批東風7B型幹線貨運機車後來均改為一般的調車機車使用。小半徑曲線型.1990年代初，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年至1992年，成都鐵路局與柳州鐵路局曾於黔桂鐵路先後使用東風4型、東風10型進行雙機牽引執行試驗、動力學試驗和線路輪軌動力引數測試，並以東風型機車的牽引重量和輪軌動力引數為參照基準進行對比分析。試驗結果顯示，東風4B型機車可以較大幅度提升運輸能力，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，但其三軸轉向架在小曲線半徑的鐵路上對線路損害及機車輪緣磨耗嚴重。而東風10型機車則具有較佳的透過曲線效能，但機車功率和牽引力受機車粘著重量限制而未能充分發揮，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。1992年，北京二七機車廠以東風7B型調車機車為基礎，試製出適應小半徑曲線線路的東風7B型3025號、3026號機車。為了降低機車在小半徑曲線執行時的輪軌磨耗，這兩臺機車的轉向架旁承裝置由四點支承改為兩點支承，並由油浴滑動摩擦板式旁承改為油浴滾動摩擦式旁承，並採用了磨耗型踏面、降低牽引點高度、加裝輪緣潤滑裝置、車體和轉向架之間增設橫向油壓減震器等措施。1992年12月，東風7B型3025號、3026號機車交付北京鐵路局陽泉機務段投入運用考核。由於機車運用情況良好，鐵道部機務局於1994年8月安排這兩臺機車轉交柳州鐵路局金城江機務段，在黔桂鐵路金城江至麻尾區段進行雙機重聯牽引執行試驗。試驗結果顯示，東風7B型機車的牽引、制動、起動、爬坡效能均可滿足黔桂鐵路的運輸需要，軌道動力引數、橋樑應力引數與東風型機車相比沒有顯著性差異。東風7B型小半徑曲線機車僅試製兩臺，其轉向架結構後來被移植到自1995年起生產的東風7D型柴油機車。防寒型.為了令東風7B型機車能適應中國東北高寒地區運用需要，北京二七機車廠於1993年12月在東風7B型機車基礎上，對機車區域性採取了加強防寒保溫的措施，試製了東風7B型3044號、3045號機車並配屬哈爾濱鐵路局加格達奇機務段使用，並在漠河縣最低氣溫零下43℃的環境下進行了防寒試驗。1993年12月下旬，兩臺防寒型機車開始在富西鐵路加格達奇至嫩江間牽引貨物列車，繼而在富西鐵路加格達奇至塔河之間進行牽引效能試驗，然後再北上勁濤站進行定置防寒效能試驗，機車在低溫下的起動和點火試驗均獲得成功。截至1994年底，北京二七機車廠為加格達奇機務段共生產了12臺東風7B型防寒機車，分佈在當時齊齊哈爾鐵路分局管內加格達奇、嫩江、大楊樹等車站運用。後來，由於北京二七機車廠開始生產東風7D型防寒型機車，東風7B型防寒型機車未有繼續生產。衍生車型.採用小半徑曲線轉向架的東風7B型機車在黔桂鐵路試用期間，發現司機室瞭望角度未能適應幹線執行的缺點，在小半徑曲線線路上某些路段出現了瞭望死角。而防寒型機車由於採用調車機車的外走廊式罩式車體，也不便於司機在機車行駛途中間對機車內部裝置的巡視。為了解決東風7B型機車在不同地區擔當幹線貨運時存在的問題，儘快滿足黔桂鐵路及其他地區東風型機車的退役和替換問題，鐵道部決定設計生產東風7D型柴油機車，並以《鐵機函366號》文下達了東風7D型機車設計任務書，要求將東風7B型機車改為採用單司機室、內走廊、側壁承載式車體。根據運用地區線路與氣候條件，北京二七機車廠研製了山區型和防寒型兩種東風7D型機車。山區型機車採用油浴滾動摩擦式旁承，機車軸重為22噸，司機室設有空調裝置。防寒型機車採用油浴滑動摩擦式旁承，機車軸重為23噸，車體採取加強防寒措施，司機室不設空調裝置並加裝一臺暖風機。1995年7月和9月，北京二七機車廠先後試製出首臺東風7D型山區型機車和防寒型機車，配屬在柳州鐵路局金城江機務段、成都鐵路局麻尾機務段、哈爾濱鐵路局加格達奇機務段、讓湖路機務段、塔河機務段投入使用。技術特點.總體佈置.基本結構.東風7B型柴油機車是調車及小運轉用的六軸柴油機車，經過區域性改造後亦可作為幹線貨運機車使用。機車標稱功率為2,000馬力，構造速度為100公里/小時，運轉整備重量為135噸，軸重為22.5噸。車體結構與東風7型機車基本相同，根據調車機車的作業特點，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，車體底架長度為17,800毫米，車鉤中心線間距為18,800毫米，車體寬度為3,344毫米，車體高度為4,750毫米。車身兩側和兩端設有露天走臺與扶梯，車體兩側設有供乘務人員檢修裝置的拉門。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5,400升的，燃油箱兩側設有鉛酸蓄電池組。東風7B型機車設有重聯裝置，空氣制動系統亦設有總風重聯管，並可根據使用者需要加裝低恆速裝置。裝置佈置.機車從前到後分別為輔助室、冷卻室、動力室、司機室和電氣室，其中電氣室方向為短罩端。動力室內安裝了一套柴油發電機組，柴油機自由端透過彈性聯軸節和萬向軸連線起動變速箱，並透過該變速箱驅動、、後轉向架牽引電動機通風機；動力室內並設有兩個總風缸、空氣濾清器、、、、預熱鍋爐、、排氣消聲器、矽整流櫃、勵磁整流櫃、臥式電阻制動櫃等裝置。司機室內設有包含主控制器、操縱按鈕、空氣制動閥、儀表和訊號顯示裝置等裝置的司機操縱檯，另外還設有。考慮到用於幹線貨運和小運轉作業的情況，東風7B型機車比東風7型機車增加了第二操縱檯，在司機室內沿前進方向對角佈置，以便司機選擇任意一個方向操縱機車。司機室並設有三個門與外走廊相通，另一個門通往電氣室。電氣室內設有高低壓控制電器櫃，其中包含換向開關、電子恆功率勵磁裝置、電壓調整器和各種用途的接觸器開關。空氣制動裝置採用JZ-7型空氣制動機，並配備兩臺NPT5型電動空氣壓縮機。柴油機.東風7B型柴油機車裝用一臺由北京二七機車廠設計及製造的12V240ZJ5型展開技術合作，對12V240ZJ型柴油機進行設計評價分析和結構設計改進，隨後研製的12V240ZJ5／12V240ZJ7型柴油機也應用了其部分研究成果。12V240ZJ5／12V240ZJ7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260毫米。柴油機機體採用鋼板焊接結構，V形夾角下部設有進氣穩壓箱和冷卻活塞的機油管道。柴油機採用鋼頂鋁裙振盪冷卻組合式活塞、合金鋼全纖維鍛壓懸掛式曲軸、蠕墨鑄鐵整體鑄造汽缸蓋、合金鋼鍛壓主副式、單體式噴油泵。柴油機採用脈衝增壓系統，V形夾角上部設有兩臺渦輪增壓器，12V240ZJ5型柴油機使用江津增壓器廠的ZN248型增壓器，而12V240ZJ7型柴油機使用無錫動力機廠的ZN261-13B型增壓器。柴油機採用由步進電機驅動的無級調速聯合調節器。空氣過濾裝置採用多旋流管式慣性濾清器和鋁板過濾網組成二級空氣濾清系統。由於柴油機提升功率後發熱量增大，機油熱交換器、冷卻水散熱器、冷卻風扇轉速亦相應略有變動，以提高散熱效能。柴油機由ZQF-80型起動發電機起動，其電源由96伏特直流蓄電池供給。柴油機完成起動後，起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7B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7B型機車的主發電機、牽引電動機、矽整流機組、起動發電機和勵磁機型號均與東風4B型柴油機車相同。牽引發電機.牽引發電機採用TQFR-3000型三相交流同步發電機，額定容量為2,985千伏安，額定電壓為438／613伏特，額定電流為3,936／2,805安培，額定轉速為每分鐘1,100轉，定子及轉子均為F級，冷卻方式為徑向自通風式，主發電機淨重為4,985公斤。牽引發電機的由一臺專門的勵磁機供給，勵磁機由柴油機透過起動變速箱驅動，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。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，整流裝置是由矽二極體元件組成的三相橋式全波整流電路。東風7B型機車採用與東風4B型柴油機車相同的GTF-4800/770型矽整流裝置，由六個串聯的整流橋臂組成，每一橋臂有六個並聯的ZP500-20型風冷平板式整流二極體，每臺整流櫃共有36個二極體元件，矽整流裝置的最大直流輸出電壓為770伏特，額定直流輸出電流為4,800安培。牽引電動機.牽引電動機採用ZQDR-410型四極串勵直流電動機，額定功率為410千瓦，額定電壓為550伏特，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2,365轉，定子及電樞絕緣等級分別均為H級，冷卻方式為強迫通風。牽引電動機採用全並聯連線。為了擴大機車的恆功率速度範圍，牽引電動機迴路設有一級磁場削弱，磁場削弱係數為60%。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兩臺制動電阻櫃，將電能透過電阻器轉化為熱能消耗掉。每臺製動電阻櫃的額定功率為1,234千瓦，機車輪周制動持續功率可達3,120馬力。控制系統.東風7B型柴油機車的勵磁控制系統採用由鐵道部科學研究所機車車輛研究所研製的DHT-B型電子恆功率調節器，同時還保留了從東風4型柴油機車沿用下來、由聯合調節器油馬達驅動功調電阻的勵磁調節裝置。兩者共同進行牽引工況時的恆功率控制，彌補了聯合調節器功調電阻勵磁系統反應時間長、動態效能差的缺陷，並可自動控制機車起動電流增長率和恆制動功率。當功調電阻勵磁調節裝置發生故障時，微機控制的勵磁調節器仍然可以獨立運作。同時，勵磁控制系統還可藉助於聯合調節器對功調電阻的調節訊號來實現機車輔助功率的轉移。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。電子恆功率調節器採用柴油機在各手柄擋位下的轉速作為牽引發電機的功率給定訊號，並採用霍爾感測器作為牽引發電機的電壓、電流和功率訊號檢測器；由運算放大器組成的比例積分調節器和定寬變頻式閘流體斬波器則作為執行元件，用來改變勵磁機的勵磁電流，繼而調節牽引發電機的輸出功率。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。轉向架的主要結構與東風4型柴油機車基本相同。轉向架採用鋼板組焊成封閉式箱形結構的“目”字形構架。輪對軸箱內裝有四列向心圓柱滾子軸承，軸箱定位裝置採用拉桿式彈性定位結構，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旁承裝置，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，以及用於衰減吸收來自軌道高頻振動的橡膠墊，並在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，一系及二系懸掛靜撓度為90毫米和15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。牽引電動機採用單側齒輪傳動的軸懸式驅動方式。基礎制動方式為帶閘瓦間隙自動調節器的單側單閘瓦踏面制動，每個車輪各有一套制動裝置，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。停車制動為手制動裝置。