東風12型柴油機車

東風12型柴油機車，傳動系統使用由TQFR-3000型同步發電機、GTF-4800/770型矽整流裝置、ZQDR-410型牽引電動機組成的交—直流傳動裝置。為了改善機車的曲線透過效能，轉向架並採用了滾子摩擦旁承、二系橫向阻尼器、磨耗型踏面等設計。東風12型柴油機車的使用者包括中國鐵路廣州局集團、北京局集團、鄭州局集團、烏魯木齊局集團、成都局集團，以及遍及中國各地的港口、冶金、煤炭、化工、電力系統等行業的大型工礦企業。發展歷史.開發背景.1990年代初，中國鐵路貨物運輸量隨著中國經濟的發展而迅速增長，發展過載運輸成為提高鐵路貨運能力的主要出路。在1995年10月舉行的全路科技大會上，中華人民共和國鐵道部發布了《鐵路科技發展“九五”計劃和2010年長期規劃綱要》，提出2000年前在京滬、京廣、京哈、隴海等繁忙幹線逐步開行5,000噸級過載貨物列車的目標，並且要普遍提高全國鐵路的貨物列車重量。同時，隨著國家鐵路幹線貨物列車重量的提高，大型工礦企業向國鐵幹線接發的整列列車重量也將達到5000噸級，並需要與之相配套的重型調車機車。而當時中國鐵路使用的大功率調車機車，包括2,000馬力等級的東風7型、東風7C型柴油機車，以及2,500馬力等級的東風7B型柴油機車，已難以勝任5,000噸級列車的編組作業任務。1995年起，有鑑於對重型調車機車的配套需求，資陽內燃機車廠派出技術人員到株洲北、南翔等大型編組站考察，瞭解上海、北京、廣州等鐵路局對重型調車機車的意見。1996年5月，資陽內燃機車廠提出在東風4B型柴油機車的基礎上，開發研製3,300馬力等級的電力傳動重型調車機車，並被中車公司列入“九五”規劃中指定加速開發的重點機型之一。在鐵道部為該款調車機車正式定型前，新車型由中車公司暫時定名為GKD4型柴油機車。作為一款以東風4B型幹線機車改進而成的調車機車，GKD4型柴油機車的設計主要著眼改善曲線透過效能和調車作業效率，並儘可能提高其零部件與東風4B型機車的通用性，機車上各主要機組包括柴油機、電傳動裝置、輔助傳動裝置、冷卻系統等均與東風4B型或東風4C型機車互相通用。由於調車機車需要經常出入道岔和小半徑曲線，其轉向架以滾子摩擦旁承代替平面摩擦旁承，並採取了增加二系橫向阻尼器、調整各軸輪對橫動量、減小一系懸掛橫向定位剛度、採用磨耗型踏面等措施。試驗考核.1997年8月初，GKD4型0001號機車在資陽內燃機車廠落成，成為當時中國國內功率最大的調車機車。同年8月14日至9月5日，資陽內燃機車廠聯同西南交通大學機車車輛研究所，先後在成渝鐵路和工廠專用線對GKD4型0001號機車進行了動力學效能試驗，同時選取了由工廠新造的東風4C型5071號機車按相同條件進行對比試驗。試驗結果顯示，GKD4型機車的垂向及橫向平穩性指標均達到優良等級，機車透過曲線時的構架力比東風4C型機車明顯減少。1997年9月6日，GKD4型0001號機車正式出廠並交付呼和浩特煉油廠。1997年底，鐵道部機務局決定將該型調車機車正式定型為東風12型柴油機車，並要求資陽內燃機車廠同年內再生產三臺機車供試驗考核之用。1997年12月，東風12型0001~0003號三臺機車分別配屬廣州鐵路集團公司、北京鐵路局和鄭州鐵路局，於1998年1月起在株洲北站、豐臺西站、鄭州北站三大編組站擔當調車作業任務，其中配屬廣鐵集團的東風12型0001號機車於1998年6月由株洲北站調往廣州北站列車解編能力超過5,200噸；進行5,200噸列車的整列牽出作業時，在300米內便能將列車加速到20公里/小時；在執行小運轉作業時，在平直道上牽引4,000噸的最高平衡速度可達75公里/小時，在4‰坡道上速度仍然可達35公里/小時。1999年4月，東風12型0002號機車在完成為期一年零三個月的運用考核之後，由鐵道部產品質量監督檢驗中心和鐵道部科學研究院對其進行鑑定試驗，分別在北京環行鐵道和京秦鐵路豐潤至段甲嶺間完成了司機室噪聲測試、單機緊急制動距離試驗、機車稱重、牽引效能試驗等測試專案。1999年5月，東風12型機車通過了鐵道部科技成果鑑定。截至2021年6月，中車資陽機車公司已生產了1臺GKD4型機車。運用情況.中國國家鐵路.中國國家鐵路系統當中使用東風12型機車的路局包括廣州局集團公司。廣州局集團.1997年12月，鐵道部將東風12型0001號機車配屬給廣州鐵路繼續完成運用考核。2006年，東風12型0001號機車被調撥到懷化機務段，擔當焦柳鐵路懷化至石門縣北間的調車及小運轉作業任務，至2020年於懷化機務段報廢及拆解。廣州鐵路公司對廣州機務段內部機構實施整合的決定，將原廣深機輛事業部機務部份合併到廣州機務段廣深運用車間，機車車身上的“廣鐵深段”段標亦陸續改為“廣鐵廣段”。廣東三茂鐵路股份有限公司擁有3臺東風12型機車公司，將原由羊城鐵路總公司管轄的廣三鐵路資產注入三茂鐵路公司，廣東三茂鐵路股份有限公司從此由國鐵控股，同時原廣三鐵路和三茂鐵路正式合併為廣茂鐵路。2015年11月，三水機務段被撤銷，改製為廣州機務段三水運用車間。2016年10月，廣深鐵路股份有限公司完成收購廣東三茂鐵路股份有限公司的所屬鐵路運營資產，包括肇慶客運段、肇慶訊號水電段若干資產、三水機務段機車車輛等動產。廣州機務段三水運用車間調小車隊的東風12型機車主要擔當廣茂鐵路三水西站、小塘西站的調車作業。石長鐵路有限責任公司擁有3臺東風12型機車的貨物列車編組與車輛取送等調車作業。北京局集團.1997年12月，東風12型0002號機車配屬北京鐵路局北京機務段，於1998年1月起在豐臺西站投入運用，主要擔當豐臺西站編組場的列車編組及牽出工作。2012年起，替代東風7型柴油機車擔任北京機務段段內調車機車。2015年11月，東風12型0002號機車在北京機務段報廢及拆解。鄭州局集團.1997年12月，東風12型0003號機車配屬鄭州鐵路局鄭州北機務段，於1998年1月起在鄭州北站投入運用。2006年3月，鄭州鐵路局實施生產力佈局調整，撤銷鄭州機務段，整建制併入鄭州北機務段，同時易名為鄭州機務段。原屬鄭州北機務段的東風12型0003號機車改屬鄭州機務段調小運用車間。成都局集團.達成鐵路有限責任公司擁有3臺東風12型機車，達成鐵路公司屬下的遂寧車務段、南充客運段、南充機輛段被撤銷，原南充機輛段的機務部分合併到成都機務段，而車輛部分合併到成都東車輛段，原配屬南充機輛段的東風12型機車改配屬成都機務段，機車車身上的“成局南段”段標亦改為“成局成段”。2020年起，四川能投川化集團向成都局集團公司租用東風12型0031號機車。烏魯木齊局集團.1998年，新疆維吾爾自治區和中華人民共和國鐵道部聯合組建的北疆鐵路公司，向資陽內燃機車廠訂購了該公司的第一臺東風12型機車相繼配屬到北疆鐵路公司奎屯機務段阿拉山口機務折返段，在與哈薩克接壤的阿拉山口鐵路口岸投入運用，這些機車可換裝1,520毫米軌距的寬軌轉向架，以及符合獨聯體國家標準的SA-3型車鉤。2005年3月，鐵道部宣佈裁撤鐵路分局建制，烏魯木齊鐵路局撤銷所屬的烏魯木齊鐵路分局、哈密鐵路分局、南疆鐵路臨管處、北疆鐵路公司，開始實行鐵路局直接管理站段的管理體制。2005年12月1日，隨著生產力佈局調整的實施，奎屯機務段及阿拉山口機務折返段併入烏魯木齊機務段，成為烏魯木齊機務段奎屯折返車間、阿拉山口折返車間。自此，烏魯木齊鐵路局的東風12型機車均配屬烏魯木齊機務段，在烏西站、奎屯地區、阿拉山口口岸等地負責調車作業。2012年12月，隨著精伊霍鐵路與哈薩克鐵路完成接軌、霍爾果斯至阿騰科裡鐵路口岸正式通車，部分東風12型機車從阿拉山口口岸調往霍爾果斯口岸使用。地方鐵路及工礦企業使用者.東風12型調車機車的使用者遍及中國各地的港口、冶金、煤炭、化工、電力系統等行業的大型工礦企業，以及眾多的地方鐵路和合資鐵路公司。擁有東風12型調車機車的沿海港口企業包括山東港口日照港集團等。擁有東風12型調車機車的地方鐵路、合資鐵路企業包括浙江金溫鐵道開發有限公司等。東風12型機車的其他使用者包括中石油呼和浩特石化公司。技術特點.總體佈置.基本結構.東風12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2,660馬力，構造速度為100公里/小時；運轉整備重量為138噸，軸重為23噸；亦可根據使用者要求增加壓鐵，使機車軸重增加到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18,700毫米，車鉤中心線間距為19,900毫米，車體寬度為3,256毫米，車體高度為4,580毫米。車體底架兩端裝有13號下作用車鉤、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6,200升的，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。裝置佈置.機車從前到後分別為輔機室、冷卻室、動力室、電機室、司機室和電氣室，其中電氣室方向為短罩端。散熱器下方設有靜液壓變速箱、前轉向架牽引電動機通風機、兩臺空氣壓縮機。動力室內安裝了一套柴油發電機組，並設有空氣濾清器、、、、機油熱交換器等輔助裝置。為了使動力室內維持微正壓以減少灰塵進入，從主發電機冷卻風口排出的部分空氣直接吹入動力室。電機室內設有主整流櫃、勵磁整流櫃、空氣制動閥類、行車安全裝置、起動變速箱及相關輔助裝置，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、、測速發電機、後轉向架牽引電動機通風機。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；司機室內還設有裝置手輪、空調裝置、電爐、電熱壁。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，電氣室並設有通往司機室的中門。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12型機車裝用一臺由資陽機車廠製造的16V240ZJB型柴油機，屬於240/275系列柴油機產品之一。16V240ZJB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，標定工況下的為1.6兆帕。柴油機採用鑄焊組合結構的六面體式機體，由整體鑄鋼懸掛式和鋼板件組焊而成，並採用內外縱分隔的箱形結構和半隧道式的拱形。不同於大連機車車輛廠使用的曲軸，資陽機車廠生產的16V240ZJB型柴油機使用合金鋼全纖維整體鍛壓曲軸。柴油機並採用了鋼頂鋁裙組合式活塞、、單體式噴油泵等零部件。柴油機採用廢氣渦輪定壓增壓系統，兩套ZN310G型渦輪增壓器及中冷器組對稱安裝在柴油機兩端的上方，左右兩排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由離心式旋風慣性過濾器和鋼板網式空氣濾清器組成的二級空氣濾清器。柴油機採用無級調速裝置，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。傳動系統.東風12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並聯連線的直流牽引電動機，透過傳動齒輪驅動。東風12型機車的牽引發電機、矽整流櫃、牽引電動機、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，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。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12型機車使用與東風4B型機車相同的GTF-4800/770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4800安培。牽引電動機.牽引電動機為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550／770伏特，額定電流為800／570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為H級和F級，冷卻方式為強迫通風。為擴大機車的恆功率速度範圍，可以在牽引電動機勵磁繞組接入並聯分流電阻，對牽引電動機使用二級磁場削弱，磁場削弱率分別為60%和43%。控制系統.東風12型機車曾先後採用過三種微機控制系統，最早期生產的機車曾採用大連機車研究所研製的LK9000型微機控制系統，後來生產的部分機車改為使用資陽機車廠研製的CFWJ-3型微機控制系統，而自2005年起部分機車又升級為株洲南車時代電氣股份有限公司研製的LCS32型微機控制系統。同時，東風12型機車亦延續了東風4B型機車的傳統，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。當微機勵磁控制系統發生故障時，可採用油馬達勵磁維持機車執行。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。LK9000型微機控制系統是以東風11型柴油機車的LCC-8B型車載微機控制系統為基礎、由大連機車車輛廠於1990年代研製的內燃機車多功能實時控制系統。硬體架構以英特爾80C186微處理器為核心，並設有顯示機車狀態的彩色液晶顯示屏。與LCC-8B型微機系統相比，LK9000型微機系統採用了技術及3U機架工控機箱結構，並以CMOS大規模積體電路替代TTL積體電路。系統具備恆功率勵磁控制、主發電機限壓限流控制、柴油機調速控制、牽引電動機磁場削弱控制以及基本的故障保護功能，而機車的邏輯控制部分仍然由常規繼電器組成的邏輯電路來執行。CFWJ-3型微機控制系統是資陽機車廠於2000年代初研製、以西門子可程式設計邏輯控制器為核心的多功能實時控制系統。該系統由PLC控制模組、彩色液晶顯示屏、監控機車狀態的各種感測器等部分組成，具備機車邏輯控制、恆功率勵磁控制、柴油機調速控制、磁場削弱控制、防空轉空轉、機車故障保護、故障自診斷及非同步序列通訊等功能，部分機車並根據客戶提出的要求而增加恆低速控制功能。LCS32型微機控制系統是由株洲南車時代電氣股份有限公司於2003年推出、以摩托羅拉微處理器為核心的32位元內燃機車控制系統。硬體架構採用-{外掛板式}-結構，CPU外掛、頻率串列埠外掛、所有的I/O外掛安裝在機箱內的20個標準插槽上，並透過主機板上的FE匯流排相互連線。軟體部分採用VRTX實時多工作業系統。系統主要功能包括機車牽引特性控制功能、機車防空轉防滑行保護、機車恆低速控制、磁場削弱控制，以及機車、柴油機、電氣等系統的保護功能，並具備機車各系統的故障診斷、記錄和顯示功能。2005年起，廣深鐵路股份有限公司對其擁有的東風12型機車陸續改裝了LCS32型微機控制系統。轉向架.機車軸式為Co-Co，走行部為兩臺無導框式三軸轉向架。東風12型機車的轉向架是以東風4B型機車為基礎改進而成，並以改善曲線透過效能作為改良重點，可以低速順利透過100米的曲線半徑。轉向架採用鋼板組焊成封閉式箱形結構的“目”字形構架。機車採用磨耗型踏面形式的組合式車輪，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結構，有別於東風4B型機車的油浴式平面摩擦旁承，東風12型機車改為使用阻力較低的滾子式摩擦旁承，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軸裝有並列的垂向液壓減震器，一系懸掛的橫向定位剛度比東風4B型機車稍為降低。二系懸掛為轉向架構架與車體之間的旁承橡膠堆，並增設了橫向液壓減震器以改善機車橫向平穩性。一系及二系懸掛靜撓度分別為123毫米和8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。基礎制動裝置採用帶閘瓦間隙自動調節器、鑄鐵閘瓦的單側單閘瓦槓桿制動，為手制動裝置。轉向架並設有輪緣潤滑裝置。