東風7E型柴油機車

東風7E型柴油機車。傳動系統使用TQFR-3000型同步發電機和ZQDR-410A型牽引電動機。東風7E型機車與以前生產的東風7系列機車相比，最大區別在於該型機車採用了交流輔助傳動系統，牽引電動機通風機、冷卻風扇、空氣壓縮機等輔助傳動裝置全部由交流電動機驅動。東風7E型機車僅試製兩臺，均配屬鄭州鐵路局使用。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，鐵路運輸能力與運量增長的矛盾越趨突出。1994年初，中華人民共和國鐵道部頒發了新的《鐵路主要技術政策》，再次強調“大力提高列車重量”和“努力提高列車速度”的方針，明確指出在繁忙幹線開行5,000～6,000噸級過載列車是提高貨運能力的重要出路，貨物列車的最高速度應逐步提高到90公里/小時，並且提出將貨運電力機車、內燃機車的最大軸重增加到25噸。在1995年10月舉行的全路科技大會上，鐵道部又釋出了《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。《長期規劃》並根據鐵路發展需要制定了“九五”期間的四大科技工程，其中一項便是開展以25噸軸重為特徵的貨運過載技術研究，重點研究課題包括25噸軸重的大功率貨運電力機車、柴油機車及過載調車機車，25噸軸重低作動力用力貨車，並研究適應25噸軸重的線路、橋樑結構技術標準，目標在“九五”期間完成機車車輛技術攻關、實現少量生產及投入試驗考核，為2000年以後大量推廣25噸軸重過載貨運技術打下基礎。研製過程.1996年5月1日，鐵道部科技司與北京二七機車廠簽署了鐵道部科技發展計劃專案合同，開發研製25噸軸重的東風7E型過載調車機車，以滿足5,000噸過載貨物列車的調車作業需要。與此同時，鐵道部亦向另外幾家機車製造廠下達了25噸軸重貨運機車的研製任務，包括戚墅堰機車車輛廠的東風8B型柴油機車、株洲電力機車廠的韶山4C型電力機車、大同機車廠的韶山7B型電力機車，以滿足在主要幹線單機牽引5,000噸過載貨物列車的需要。1998年1月，東風7E型機車總體設計方案通過了鐵道部科技司、機務局、中車公司組織的部級設計審查。隨後，北京二七機車廠根據審查會議的意見，對機車設計方案作出了修改，並於1998年5月底完成了施工設計。東風7E型機車是以東風7C型柴油機車為設計原型，機車整備重量由原來的138噸提高到150噸，採用了能適應25噸軸重的三軸轉向架，動力裝置為一臺12V240ZJ6B型柴油機，裝車功率為2,500馬力。東風7E型機車與以前生產的東風7系列機車相比，其中一項區別在於該型機車採用了由大連機車研究所研製的交流輔助傳動系統，代替了以往沿用的機械—液壓輔助傳動系統，牽引電動機通風機、冷卻風扇、空氣壓縮機等輔助傳動裝置全部由交流電動機驅動。試驗考核.1998年12月，東風7E型0001號、0002號機車在北京二七機車廠落成。1999年初，該兩臺機車進行了水電阻試驗、正線試執行和各系統的除錯。1999年7月20日，東風7E型0001號、0002號機車按鐵道部安排，配屬給鄭州鐵路局鄭州北機務段，在鄭州北編組站投入運用考核。運用考核表明，東風7E型機車效能表現良好，150噸粘著重量使機車即使在惡劣的粘著條件下也能滿足5,000噸級列車編組的需要，並有效提高了編組站整列牽出轉場速度。同時，鄭州機務段亦向工廠方面提出了增加機車功率儲備以進一步改善其效能的建議。2000年，北京二七機車廠最新研製的12V240ZJ6E型柴油機完成了UIC 100小時效能試驗後，裝用於東風7E型機車並替換了原來的12V240ZJ6B型柴油機，裝車功率提高到3,000馬力，提高了機車的功率儲備和牽引效能。換裝12V240ZJ6E型柴油機後，東風7E型機車的牽引功率得到大幅提升，特別是在調車機車常用的每分鐘600~1000轉範圍內。根據牽引計算，原來的東風7E型機車在一般的小運轉作業中，牽引3,000噸貨物列車在平直道上的均衡速度為70公里/小時，而換裝新柴油機後的東風7E型機車同樣牽引3,000噸時，在平直道上的均衡速度可達78公里/小時。2001年7月上旬至8月中旬，在鐵道部產品質量監督檢驗中心的主持下，東風7E型0001號機車在北京環行鐵道、京廣鐵路等地完成了各項鑑定試驗專案，包括牽引熱工效能試驗、環行線動力學效能試驗、制動效能試驗、冷卻能力試驗、小半徑曲線線路動力學試驗、機車稱重等，並按鐵道部規定對完成運用考核後的東風7E型機車進行拆解檢驗，試驗結果顯示機車各項效能指標符合設計任務書的要求。2001年12月，12V240ZJ6E型柴油機在大連機車研究所通過了UIC 360小時耐久試驗。2002年7月11日至12日，鐵道部在北京為東風7E型機車召開科技成果鑑定會議，由北京交通大學、鐵道部科學研究院、鐵道部質檢中心、中國北車集團、北京鐵路局等代表組成的鑑定委員會一致同意透過成果鑑定。東風7E型機車並先後獲得中國北車集團2004年度科技成果一等獎、中國鐵道學會2005年度科學技術獎。運用情況.兩臺東風7E型機車仍繼續配屬鄭州鐵路局鄭州北機務段，主要擔當鄭州北站的列車解編和駝峰作業。2006年3月，鄭州鐵路局實施生產力佈局調整，原鄭州機務段撤銷並且整建制併入鄭州北機務段，成立新的鄭州機務段，東風7E型機車亦改配屬鄭州機務段貨運車間。2014年，東風7E型0001號機車轉配屬新鄉機務段，而0002號機車則仍然留在鄭州機務段運用。雖然鐵道部沒有繼續採購東風7E型機車，但其部分技術後來被應用於其他東風7系列機車。從2001年起開始生產的東風7C型寬軌口岸型機車，以及在2002年面世的東風7J型柴油機車，均採用了與之相同的12V240ZJ6E型柴油機。2000年面世的東風7F型柴油機車也沿用了東風7E型機車的交流輔助傳動系統。技術特點.總體佈置.基本結構.東風7E型柴油機車是調車及小運轉用的六軸柴油機車，裝用12V240ZJ6E型柴油機時的標稱功率為2,000馬力，構造速度為100公里/小時，運轉整備重量為150噸，軸重為23+2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。東風7E型機車按23噸或25噸可變軸重考慮車體設計，透過在車體兩側安裝可以靈活拆除的壓鐵，便可將軸重從23噸提高到25噸。壓鐵佈置形式借鑑自東風8B型柴油機車，車架側梁兩側各掛有一塊40毫米厚的長條形鋼板並以螺栓固定，車架設計亦經過改良以達到提高承載能力、簡化結構、減輕重量的目的。車體底架長度為18,980毫米，車鉤中心線間距為19,980毫米，車體寬度為3,360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，燃油箱前後兩端各有一個總風缸，左右兩側設有鉛酸蓄電池組。裝置佈置.機車車體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。動力室由一道隔牆分成柴油機間和電機間。柴油機間內安裝了一套柴油發電機組，並設有空氣濾清器、、、、等輔助裝置。靠近司機室的電機間設有預熱鍋爐、矽整流櫃、起動變速箱、後轉向架牽引電動機通風機等裝置。起動變速箱透過彈性聯軸節和萬向軸與柴油機自由端連線，並透過該變速箱驅動、、輔助交流發電機。東風7E型機車和東風7C型機車一樣，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，司機操縱檯設有主控制器、操縱按鈕、空氣制動閥、儀表和訊號顯示裝置等。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、無級調速驅動器、電壓調整器和各種用途的接觸器開關，另外還裝有機車訊號裝置、空調電源裝置和電冰箱。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.12V240ZJ6B.東風7E型機車早期曾裝用一臺由北京二七機車廠製造的12V240ZJ6B型柴油機，屬於240/275系列柴油機產品之一。與東風7C型機車所使用之12V240ZJ6D型柴油機相比，該機型的最大特點在於改為使用鑄造機體。12V240ZJ6B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，UIC標定功率為2,700馬力。柴油機採用鑄造機體、組合式鋼頂鋁裙活塞、蠕墨鑄鐵氣缸蓋、合金鋼全纖維鍛壓曲軸、合金鍛鋼G型。增壓系統採用單級廢氣渦輪脈衝式增壓，配備兩臺ZN261-13E-1型徑流式增壓器佈置和兩臺KLQ45型中冷器，增壓器和中冷器均設定在的兩端。該型柴油機亦被應用於2000年製造的東風7C型5314號～5317號機車上。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。柴油機由ZQF-80型起動發電機起動，其電源由110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。12V240ZJ6E.2000年，東風7E型機車換裝一臺由北京二七機車廠製造的12V240ZJ6E型柴油機。該機型在12V240ZJ6D型柴油機的基礎上開發的大功率柴油機，吸收了北京二七機車廠和奧地利李斯特內燃機及測試裝置公司。該型柴油機亦被用於從2001年起開始生產的東風7C型寬軌口岸型機車，以及2002年面世的東風7J型柴油機車。傳動系統.東風7E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7E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7C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，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2,800安培。牽引電動機.牽引電動機採用ZQDR-410A型四極串勵直流電動機，電機結構實際上與東風7型機車所使用的ZQDR-410型牽引電動機完全一樣，但由於與電動機相連的齒輪罩設計有所變化，因此其型號亦相應改變。牽引電動機的額定功率為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，東風7E型機車在牽引電動機迴路設有一級磁場削弱，磁場削弱係數為60%。控制系統.東風7E型柴油機車的勵磁控制系統與非模組化的東風7C型機車相同，由電子恆功率調節器和功調電阻勵磁調節裝置構成。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閉環特性控制牽引發電機和柴油機的功率。以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，透過頻率—電壓變換器對給定訊號和檢測訊號進行比較後輸出一個調整訊號電壓，經功率放大器和場效電晶體改變勵磁機的勵磁電流，繼而調節牽引發電機的輸出功率。由於功調電阻勵磁調節裝置的特性，只有柴油機轉速每分鐘700轉以上才能對牽引發電機進行恆功調節，故此機車在柴油機低檔位時使用電子恆功率調節，當柴油機轉速達到每分鐘700轉以上時才將功調電阻勵磁調節接入，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。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。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7C型機車基本相同，但懸掛裝置和旁承結構應軸重增加而略有變化。轉向架採用鋼板組焊成封閉式箱形結構的“目”字形構架。滾動軸承軸箱結構與東風7D型機車相同，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橡膠旁承結構，代替東風7C型機車的油浴滑動摩擦板式旁承，有利於提高機車的粘著重量利用率。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，以及在1、3、4、6軸裝有並列的液壓減震器。與東風7C型機車相比，軸箱彈簧在原來的雙圈簧內再增加一圈簧，以適應25噸軸重。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94毫米和16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。基礎制動裝置沿用了曾經在東風7C型5021號機車上試用的XFD-1型踏面制動單元、、粉末冶金閘瓦。踏面制動單元為單側雙閘瓦形式，並帶有閘瓦間隙自動調節器。轉向架並設有輪緣潤滑裝置。