東風10F型柴油機車

東風10F型柴油機車，傳動系統採用由TQFR-3000B型牽引發電機、ZD109B型牽引電動機、GTF-4720/1250型矽整流裝置組成的交—直流電傳動裝置，走行部採用具有拉桿式軸箱定位裝置和二系彈簧懸掛的轉向架，牽引電動機採用滾動軸承抱軸半懸掛驅動方式。1998年，大連機車車輛廠又生產了四組經過改良的東風10F型專運機車。發展歷史.開發背景.1984年，大連機車車輛廠基於中國鐵路發展過載運輸的預期，開始研製用於過載貨運的雙節八軸柴油機車。1988年，大連機車車輛廠成功試製了第一組東風10型柴油機車，動力裝置為12V240ZJC型柴油機，柴油機裝車功率為2×2,660馬力。1991年至1992年間，東風10型柴油機車在以彎道多、曲線半徑小、坡度大而著名的黔桂鐵路上試用。運用實踐顯示，東風10型機車雖然具有良好的透過曲線效能，但由於該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，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。此外，東風10型機車在京滬鐵路徐州北至南京東區段進行的5000噸過載牽引試驗，也反映出列車起動加速階段時間太長的問題，原因同樣是粘著牽引力不足。為了解決東風10型機車因粘著重量不足而限制軸功率發揮的缺點，大連機車車輛廠在東風10型、東風10D型機車的基礎上，於1993年完成了東風10C型柴油機車的技術設計方案。東風10C型機車為雙節十二軸幹線客貨運柴油機車，由兩節Co-Co軸式的六軸機車連線而成，每節機車裝用一臺12V240ZJD型柴油機，柴油機裝車功率為2×2,950馬力，採用東風4C型機車的電傳動裝置。東風10C型機車可按不同的齒輪傳動比和軸重配置而作為客運或貨運機車使用。機車標準軸重為21噸，但可根據需要在19~23噸的範圍內選擇。根據技術計算，雙節重聯的東風10C型貨運機車可牽引5000噸過載列車透過10.5‰的限制坡道；而客運機車則可以牽引20輛客車達到140公里/小時的速度。研製過程.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》，以及標準化和模組化部件為主的開發模式，使得機車設計進展十分迅速。同年8月，工廠完成了機車施工設計圖紙，機車進入試製階段。1995年12月18日，時任中華人民共和國鐵道部部長韓杼濱、副部長國林到工廠視察，要求加速開發東風10F型提速機車，強調“要達到160公里時速，準高速不能光靠一家生產，因為能力達不到。大連廠的東風10(F)型機車要快上，明年2月要拿出兩節出來”。1995年12月27日，機車完成總裝後開始進行輪對空轉試驗、多功能控制器試驗、滾動軸承抱軸齒輪箱模擬試驗、機車水阻試驗等測試專案。為了進一步驗證機車轉向架的安全效能，機車完成水阻試驗後又在大連內燃機車研究所的機車定置試驗檯上進行了160公里/小時及以下各種速度的模擬運轉試驗。1996年2月，第一組東風10F型機車以單節和雙節重聯狀態，在沈大鐵路大連至瓦房店間進行正線執行試驗，牽引重量3500噸以下的貨物列車共七次。1996年2月27日，東風10F型0001號機車竣工並通過出廠驗收，機車從設計到落成僅用了10個月的時間。試驗考核.1996年4月1日至15日，東風10F型0001號機車赴鐵道部科學研究院北京環形鐵道試驗基地，按有關標準進行了車體靜剛度、垂向自振頻率、軸重轉移、機車阻力、動力學效能和單機制動效能等試驗，最高試驗速度達到170公里/小時。隨後，大連機車車輛廠根據試驗期間發現的一些問題，對正在製作中的第二組東風10F型機車作出了部分改良。1996年5月，第二組機車先後完成了單機執行試驗、水阻試驗和定置試驗。1996年6月13日，東風10F型0002號機車出廠並透過驗收。1996年5月23日至6月15日，兩組東風10F型柴油機車交付北京鐵路局北京內燃機務段投入運用考核，先後擔當271/272次直通旅客快車和81/84次特快旅客列車在北京至山海關間的牽引任務。為了對即將於1997年實施的中國鐵路第一次大面積提速做好技術準備，鐵道部於1996年先後在滬寧鐵路、京秦鐵路、沈山鐵路、京廣鐵路等主要幹線上進行多次較大規模的提速試驗。1996年6月，經過提速改造工程後的京秦鐵路進行旅客列車提速試驗，東風10F型柴油機車和東風11型柴油機車參與了牽引試驗，進行對京秦鐵路線路平順性、穩定性、安全性的綜合評估。6月18日，東風10F型機車進行北京至北戴河間快速列車執行時間試驗和部分動力學試驗，牽引15節編組25B型中短途雙層空調客車，北戴河至北京上行方向行車時間為2小時27分鐘，北京至北戴河下行方向行車時間為2小時29分鐘，全程277公里，因車輛限速最高試驗速度為153公里/小時。6月19日，東風10F型0001號機車在京秦鐵路北京至豐潤間進行了線路動力學效能試驗，牽引一輛動力學試驗車和一輛軌道檢查車，最高試驗速度達到173.5公里/小時。專運機車.自1970年代起，中華人民共和國鐵道部專運處一直採用由聯邦德國進口的NY6型液力傳動柴油機車作為專運機車，擔當黨和國家領導人外出訪問時專用列車的牽引任務。至1990年代，為了替代日漸老化且配件缺乏的NY6型機車、滿足專運機車更新換代的需要，鐵道部因而向大連機車車輛廠提出研製專運機車的要求。1995年12月18日，時任鐵道部部長韓杼濱到大連機車車輛廠視察時指出，新型專運機車“原想走整機購進的道路，但每臺車需750萬美元，經濟上難以承受，所以決定叫大連廠引進部分零部件自己製做，大連廠有實力做好”。1997年10月，鐵道部決定採用國產機車取代進口專運機車，並向大連機車車輛廠下達了“高檔客運機車”的研製任務，要求工廠在1998年內交付三組。1998年2月，東風10F型專運機車開始投入試製，同時暫停了東風4D型客運機車車體的生產，以便將四組專運機車車體送入生產流水線。同年4月，八臺專運機車的車體鋼結構全部完工，第一組東風10F型專運機車開始總裝。同年5月20日，第一臺專運機車開始進行水阻試驗。同年6月27日至28日，第一組東風10F型專運機車在沈大鐵路進行正線牽引試驗。1998年7月，東風10F型2001號專運機車正式出廠，並於同年內通過了3萬公里運用考核，以及高溫冷卻效能試驗和牽引效能試驗。1998年，大連機車車輛廠先後生產了共四組東風10F型專運機車，車號為2001～2004。專運機車的結構及效能與之前生產的東風10F型0001號、0002號機車基本相同，但在其基礎上作出了多項改良以提高機車的可靠性，部分關鍵零部件採用了國外進口產品，司機室內設有SJ-94型通用式機車訊號裝置和LKJ-93型列車執行監控裝置。車體外觀上與一般的東風10F型機車略有差異，例如以大面積側牆豎式百葉窗取代了原來的進風視窗，排障器亦改為使用與東風4D型機車相同的形式。東風10F型專運機車經過一段時間的考核，由於其故障率相對較高，未被鐵道部專運處選為正式專運機車。運用歷史.1996年7月1日，來往北京至秦皇島的“北戴河號”快速列車在京秦鐵路投入商業執行，最高執行速度為140公里/小時。1996年8月2日，兩組東風10F型柴油機車按鐵道部機務局指示正式配屬北京內燃機務段，與東風11型機車共同擔當“北戴河號”快速列車、京秦線旅遊列車、京滬線快速列車的牽引任務。1998年10月，四組東風10F型專運機車亦配屬北京內燃機務段。2001年，六組東風10F型機車陸續轉配屬北京西機務段，投入京九鐵路運用，擔當北京西至聊城、衡水、阜陽區段的快速旅客列車牽引任務。2005年3月，鐵道部決定實施鐵路局直接管理站段的體制改革，北京西機務段與北京內燃機務段合併，改稱北京機務段，東風10F型機車隨之改配屬為北京機務段北京西運用車間。2006年8月，北京西運用車間陸續向北京運用車間調出東風10F型機車，投入京原鐵路及同蒲鐵路運用，替換該線原本使用的北京型專運機車，擔當北京西至太原間的直通客運交路，包括N201/202次快速列車改經京原線及同蒲線執行，東風10F型機車亦常見於在京原鐵路牽引該次列車。2012年，東風10F型0001號及0002號機車先後停止運用，分別封存於天津機務段和北京機務段，而餘下的東風10F型2001～2004號機車則主要用於牽引北京周邊的管內慢車，例如北京西至燕山的6457/6458次、北京至衡水的6439/6440次、北京至天津的6451/6452次普通旅客列車等。2014年4月，東風10F型0001號、0002號兩組機車分別於天津機務段和北京機務段報廢拆解。2014年12月10日起，中國鐵路總公司實行新的列車執行圖，東風10F型2001～2004號機車全部停用，封存於北京鐵路局石家莊機務段保定運用車間，6451/6452次普通旅客列車改由北京機務段的東風11型柴油機車牽引。2015年12月，東風10F型2001～2004號機車在保定報廢拆解。技術特點.總體佈置.東風10F型機車是幹線客運用的雙節重聯十二軸柴油機車，由兩節結構相同的單司機室六軸機車聯掛而成，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，兩車之間有橡膠風擋和。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2×2,450馬力，構造速度為160公里/小時，運轉整備重量為2×120噸。東風10F型機車採用單司機室、內走廊式、全鋼焊接結構的框架式側牆承載車體，車體由左右側壁、底架、車頂、內部隔牆、後端牆、司機室等部分焊接在一起，車體主要骨架採用16Mn低合金鋼材。車體長度為17,500毫米，車鉤中心線間距為2×18,200毫米，車體寬度為3,308毫米，車體高度為4,563毫米。每節機車的車體底架下部兩臺轉向架之間，吊掛著一個容量為5,000升的，燃油箱兩側設有鉛酸蓄電池組。機車從前到後分別為、電氣室、傳動室、動力室、冷卻輔助室五個部分，其中電氣室、傳動室、動力室和冷卻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等，右側設有副司機座席及工具箱；司機室還設有空調、電冰箱和電熱吹風機。電氣室內設有電氣控制櫃和電阻制動櫃。傳動室內上部設有主矽整流櫃、勵磁整流櫃和行車安全裝置等，下部設有由啟動變速箱驅動的、、測速發電機、前轉向架牽引電動機通風機、空氣制動機閥類等輔助裝置。位於機車中部的動力室內安裝了一套柴油發電機組，並設有車體通風機、空氣濾清器、、、機油濾清器、機油熱交換器、、等輔助裝置。冷卻室設有冷卻水系統和散熱裝置，冷卻室頂部裝有V型結構的扁管肋片式銅散熱器，以及兩個直徑為1,400毫米的軸流式冷卻風扇，冷卻風扇由靜液壓馬達傳動。機車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。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、空氣壓縮機等，機車尾端設有預熱鍋爐及總風缸。空氣制動裝置沿用了東風10型機車的JZ-7型空氣制動機。停車制動早期採用單元制動器上的儲能式彈簧停車裝置，後來將其取消並改裝傳統的手制動裝置。柴油機.東風10F型機車裝用一臺由大連機車車輛工廠製造的12V240ZJD型柴油機，為240/275系列柴油機產品之一。該型柴油機是在16V240ZJD型柴油機基礎上發展而成12氣缸機型，吸收了大連機車車輛廠與英國裡卡多公司的技術合作成果，並應用了部分為16V240ZJE型柴油機改良的零部件，此前亦曾經被裝用於東風10D型柴油機車。相比16V240ZJD型柴油機除了氣缸數量減少之外，12V240ZJD型柴油機的高度和寬度亦有所縮減，以便適應機車重量限制的要求。該型柴油機後來亦被東風10DD型柴油機車所採用。12V240ZJD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1.819兆帕，UIC標定功率為3,200馬力的和噴油器等。柴油機空氣濾清器採用與東風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。為了方便對動力裝置的檢修，機車除了在司機室設有側門外，在動力室的兩側也設有一對側門。 柴油機採用C3X型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。傳動系統.東風10F型機車採用交—直流電傳動裝置，柴油機透過彈性聯軸器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六臺並聯連線的直流牽引電動機，透過傳動齒輪驅動。牽引發電機採用永濟電機廠製造的TQFR-3000B型三相交流同步發電機，額定容量為2570千伏安，額定電壓為386／606伏特，額定電流為3840／2444安倍，額定轉速為每分鐘1000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5100公斤。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。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GTF-4720/1250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，每節機車共有18個整流二極體元件。矽整流裝置的最大直流輸出電壓為1250伏，額定直流輸出電流為5070安培。東風10F型機車採用永濟電機廠製造的ZD109B型四極直流串勵牽引電動機。該型電動機實質上是滾動抱軸承版本的ZD109A型牽引電動機，兩者的電氣引數和製造工藝基本相同，同樣吸收了在引進ND5型柴油機車時通用電氣向永濟電機廠轉讓的牽引電動機制造技術，例如壓型焊接機座、定子整體壓型線圈等，從而提高了額定電流和額定轉矩，大幅改善了機車持續牽引特性和恆功率範圍。ZD109B型牽引電動機的額定功率為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%。每節機車設有兩臺電阻制動裝置。在電阻制動工況時牽引電動機變為他勵直流發電機工作，其激磁繞組全部串聯由牽引發電機經矽整流櫃供電，並由電阻制動控制箱透過控制勵磁機的勵磁，從而間接控制牽引發電機輸出給牽引電動機的勵磁電流；牽引電動機發出的電流輸入到車上兩個電阻制動櫃，將電能透過電阻器轉化為熱能消耗掉。控制系統.東風10F型機車的控制系統是在東風4C型機車所採用的無級調速和勵磁調節器基礎上改進而成，機車安裝了微機控制的LTD型勵磁調節器和MFC-3型多功能控制器。LTD型勵磁調節器以英特爾MSC-51微控制器為核心，可使柴油機在每分鐘430～1000轉範圍內保持恆功率調節，並可自動控制機車起動電流增長率和恆制動功率。MFC-3型多功能控制器集合了柴油機調速器無級調節、輔助發電機電壓控制、磁場削弱控制三種功能於一體，使柴油機在轉速控制上實現了有檔無級控制，牽引工況和電阻制動工況各有八個擋位。轉向架.機車軸式為2×，每節機車的走行部為兩臺相同的無導框式三軸轉向架。除了牽引電動機懸掛方式有所不同外，其結構大致沿用了東風4系列機車三軸轉向架的傳統設計。轉向架採用鋼板組焊成封閉式箱形結構的“目”字形構架，由箱形截面的兩根側梁、兩根橫樑、前後端梁組焊而成，並分別焊有旁承座、拉桿座、外側彈簧座、牽引拐臂座、電機吊杆座、水平槓桿座、橫向止擋、制動座、制動缸座及砂箱座等。輪對軸箱內裝有四列圓柱滾子軸承，軸箱定位裝置採用拉桿式彈性定位結構，依靠裝有橡膠關節元件的軸箱拉桿來實現軸箱的橫向和縱向定位。轉向架採用四點支承的旁承裝置，車體全部重量透過八個旁承由兩臺轉向架支承。此外，轉向架與車體間還設有彈性側擋裝置，使轉向架進出曲線時能夠相對與車體進行迴轉運動。彈簧懸掛裝置分為一系和二系懸掛兩部分，一系懸掛為軸箱與構架之間的軸箱圓彈簧和橡膠墊，並在1、3、4、6軸裝有並列的垂向液壓減震器；二系懸掛為轉向架構架與車體之間的旁承橡膠堆，另外還設有橫向液壓減震器。牽引力和制動力透過低位平行四杆牽引杆機構傳遞，牽引點高度距離軌面725毫米。為了滿足機車高速執行時動力學效能要求，東風10F型機車是中國國內首次使用牽引電動機滾動軸承抱軸半懸掛結構的準高速機車，取代了過往東風4系列機車一直使用的滑動軸承抱軸懸掛，而結構上亦較輪對空心軸全懸掛簡單得多。牽引電動機滾動軸承抱軸半懸掛，即牽引電動機的一側透過剛性地支承在車軸上，另一側透過彈性元件和吊杆懸掛在轉向架構架上；牽引電動機採用順置方式，即電動機都放在車軸的同一側，有利於減少。牽引齒輪傳動比為2.83。基礎制動方式為帶閘瓦間隙自動調節器的單元制動裝置、單側雙閘瓦踏面制動，並採用由鐵道部科學研究院研製的粉末冶金。衍生車型.東風4D型.1996年9月，中國鐵道部決定自1997年4月1日起實施中國鐵路第一次大提速，指示大連機車車輛廠立即開發研製用於提速客運的東風4D型柴油機車。東風4D型柴油機車是在東風4C型柴油機車的基礎上，結合了東風6型和東風10F型柴油機車上的成熟技術，設計開發而成的交—直流電傳動幹線客運機車。機車裝用一臺由大連機車車輛廠與英國裡卡多公司合作研製的16V240ZJD型柴油機，標定功率為4400馬力。傳動系統採用TQFR-3000E型同步牽引發電機和ZD109B型直流牽引電動機，牽引電動機採用與東風10F型機車相同的滾動軸承抱軸半懸掛驅動方式，機車最高速度為145公里/小時。按機車牽引1100噸的20節大編組旅客列車計算，在平直線路執行的最高平衡速度可以達到132公里/小時。1996年12月15日，首臺東風4D型提速客運機車在大連機車車輛廠落成，從下達任務到原型車出廠僅用了三個月時間。1997年，大連機車車輛廠開始批次生產東風4D型提速客運機車，到2003年停產為止累計生產了575臺，成為中國鐵路前四次鐵路大提速的主型客運機車之一。東風10FI型.2000年11月，大連機車車輛廠獲得了向伊拉克提供30臺電力傳動柴油機車及相關配件的訂單。2001年8月，伊拉克方面又追加了20臺柴油機車的訂單。為此，大連機車車輛廠在東風10F型柴油機車的基礎上，為伊拉克研製了東風10FI型柴油機車。該型機車是客貨運通用的電力傳動柴油機車，機車裝用一臺12V240ZJD型柴油機，裝車功率為2,500馬力，傳動系統採用TQFR-3000E型牽引發電機和ZD109B型牽引電動機，構造速度為160公里/小時。機車設計考慮到伊拉克當地炎熱及大風沙的氣候環境，因此在空氣濾清系統和冷卻裝置方面亦採取了相應的措施。全部50臺東風10FI型柴油機車於2002年上半年竣工，並先後分三批裝船運往伊拉克，交付投入運用。普天號動力車.1999年，鐵道部科教司設立研製擺式內燃動車組的科研專案，並由唐山機車車輛廠、大連機車車輛廠、南京浦鎮車輛廠、株洲電力機車研究所等聯合研製。柴油動車組採用動力集中式的2M6T編組，最高執行速度為160公里/小時。兩臺動力車由大連機車車輛廠負責研製，其設計以東風10F型柴油機車作為基礎，根據動車組的使用要求重新設計。動力採用電子燃油噴射技術的12V240ZJD-2型柴油機，傳動系統採用JF210E型牽引發電機和ZD106A型牽引電動機，牽引電動機採用輪對空心軸驅動方式，轉向架採用A1A-A1A軸式。2003年4月，鐵道部將這列擺式內燃動車組命名為普天號。同年5月，兩臺動力車在大連機車車輛廠落成。然而，在劉志軍接替傅志寰出任鐵道部部長後，中國鐵路發展政策發生重大改變，普天號列車於2004年初在唐山完成編組試驗後即被封存。