飛龍型內燃機車

飛龍型內燃機車，曾被稱為NY2型內燃機車、東方紅2型內燃機車，是中國鐵路使用的內燃機車車型之一，也是中國第一代液力傳動內燃機車的實驗性車型之一。飛龍型內燃機車是由大連機車車輛廠與大連熱力機車研究所聯合設計，於1961年由大連機車車輛廠試製成功的2000馬力液力傳動幹線貨運機車，對液力傳動裝置經過較長時間的試驗和調整後，於1966年10月正式投入運用試驗。該型機車僅試製一臺，並未投入批次生產。發展歷史.開發背景.1950年代，中國開始踏上鐵路牽引動力內燃化和發展國產內燃機車的道路。1958年起，在大躍進運動形勢的推動下，鐵道部各主要機車製造和修理工廠紛紛掀起“爭取生產內燃機車”的熱潮。大連機車車輛廠仿照蘇聯的TE3型柴油機車，試製了採用2Д100型中速柴油機和電力傳動裝置的巨龍型柴油機車。青島四方機車車輛廠則試製了採用12V175Z型高速柴油機和液力傳動裝置的衛星型柴油機車。在衛星型柴油機車的試製和試驗過程中，發現雖然液力傳動系統的可靠性較為令人滿意，但高速柴油機卻因製造工藝原因而經常出現問題，成為阻礙液力傳動柴油機車發展的一個技術瓶頸。1959年，根據鐵道部1960年科學技術發展計劃，大連機車車輛廠與大連熱力機車研究所合作，決定利用巨龍型柴油機車上比較成熟的2Д100型中速柴油機，匹配大連熱力機車研究所設計的液力傳動系統，開始研製單節2000馬力的飛龍型柴油機車，車型代號NY2，其中“N”代表內燃機車、“Y”代表液力傳動、“2”代表第二種型號。研製過程.1960年4月，大連機車車輛廠與大連熱力機車研究所合作完成了飛龍型柴油機車和液力傳動裝置的設計工作，並在大連所內建造了2000馬力液力傳動全功率試驗檯。飛龍型柴油機車的核心技術是基於DR40A型起動變扭器和DR74V型運轉變扭器的液力傳動裝置，這兩種液力變扭器都是由大連熱力機車研究所按類比法設計的。1959年1月至1960年4月，大連熱力機車研究所參考奧地利福伊特T26型液力傳動裝置，完成了DR74V型單級運轉液力變扭器的設計試製工作。1961年11月至1963年3月，又自行研製出DR40A型單級起動液力變扭器，設計原型參考自西德AEG液力傳動裝置。1961年初，飛龍型柴油機車的第一套液力傳動裝置試製完成，但由於液力傳動箱在效能和結構上都存在問題，因而大連熱力機車研究所在液力傳動全功率試驗檯上，對這臺機車的液力傳動裝置進行了較長時間的調整和試驗，特別是改進了起動變扭器和自動換檔系統。1965年2月至3月，液力傳動裝置在大連所的全功率試驗檯上，進行了126小時53分鐘的負載試驗，並改用了剛成功研製的DR40A型起動變扭器。試驗結果顯示， 該傳動裝置的實際輸入功率已達1510馬力，傳動裝置效率達79.2%，起動變扭器效率達84.0%，運轉變扭器效率達84.4%。1965年5月，根據鐵道部工廠管理總局的指示，這臺液力傳動裝置被批准安裝到飛龍型機車上。同時，飛龍型機車改裝大連機車車輛廠製造的10L207E型柴油機，以代替蘇聯進口的2Д100型柴油機。1965年11月至12月，飛龍型0001號機車在大連所的機車定置試驗檯上進行了牽引熱工試驗，這也是中國首次的內燃機車定置試驗。1966年8月，文化大革命開始後多種鐵路機車都改取富有“革命”氣息的名稱，電力傳動柴油機車系列以“東風”命名，液力傳動柴油機車系列則以“東方紅”命名，例如巨龍型柴油機車更名為東風型，衛星型柴油機車更名為東方紅1型，而飛龍型機車則更名為東方紅2型。運用試驗.1966年10月6日，東方紅2型0001號機車經鐵道部批准出廠，並正式配屬北京鐵路局北京內燃機務段投入運用試驗，10月12日起擔當京山鐵路北京至天津間的旅客列車牽引任務。經過一段時間試用，北京內燃機務段反映該型機車牽引效能優於同等功率水平的東風型機車。雖然當時液力變扭器的效率相對較低，但由於機車擁有較好的恆功率特性，加上其重量比東風型機車輕30噸，機車執行阻力較小，所以高速執行時車鉤牽引力比東風型機車大。當牽引相同編組、相同重量的旅客列車時，在平直道上的均衡速度比東風型機車高8～10公里/小時。1967年1月，機車返廠整修並作進一步改進，於1969年9月再次投入使用，但不久之後又因故障回廠修理。此後，這臺機車就留在大連機車車輛廠內作為調車機車使用，直到1974年停運報廢。雖然飛龍型機車在運用過程中獲得不錯的評價，北京內燃機務段亦希望該型機車能夠投產，但因受到文革時期對科研工作的衝擊，該型機車最終未能投入批次生產。1966年初，大連廠和大連所根據鐵道部制定的科技規劃，計劃對飛龍型機車及其液力傳動裝置進行全面改良，至同年8月底完成飛龍型0002號機車的設計，但之後在“一月風暴”推動的奪權運動影響下，工廠的正常生產和科研工作受到嚴重破壞，最終使飛龍型0002號機車的試製中途夭折。飛龍型柴油機車最主要的問題在於它的傳動軸系統，由於液力傳動箱的安裝位置偏向前端轉向架，因此通往後端轉向架的萬向軸有將近三米長度，運用證明這樣過長的傳動軸和萬向軸系統不甚可靠，並曾經導致了一起幾乎導致車毀人亡的嚴重事故。根據當時在北京內燃機務段任鉗工的張啟雲的回憶，1960年代末某年12月，飛龍型柴油機車被安排在午夜於京山鐵路北京至廊坊區間進行單機正線執行試驗，由於廊坊站沒有轉盤或三角線之類供機車掉頭的裝置，考慮到回程時的安全飛龍型機車以倒行方式即車尾作為前端從北京站開出。當時實驗人員均集中在駕駛室裡，而張啟雲則負責檢查變矩器的工作情況。試驗開始後約四十分鐘，正當張啟雲在機械間觀察變扭器時，一道刺眼的閃光伴隨一聲巨響在車底下炸開，張啟雲立刻跑回駕駛室報告情況，司機施行緊急制動後卻發現機車總風缸風壓為零，接著柴油機突然停機且滑油壓力錶亦顯示油壓為零，實驗人員嘗試轉動手制動機迫使機車停車亦不果，失去控制的飛龍號以每小時60～70公里的時速行駛在京山鐵路，所幸飛龍號最終依靠行駛阻力在距離萬莊站進站訊號機前約300～400米處終於停了下來。實驗人員下車後發現原本連線液力傳動箱和後端轉向架中間齒輪箱的萬向軸已經斷開，萬向軸剩下兩米長的部分卡在轉向架的構架上，一米長的斷軸則在發生巨響時掉落在軌道上，萬向軸斷裂時順帶擊穿了制動風缸，又打穿了燃油管路和柴油機機油底殼，而手制動機的機械傳動機構亦被損壞。儘管如此，飛龍型柴油機車的設計和試驗過程的寶貴經驗，為中國以後研製大功率液力傳動柴油機車發揮了先導作用。其液力傳動裝置的設計功率達到2000馬力，已經追上了與當時聯邦德國福伊特、邁巴赫公司液力傳動產品相當的功率水平，而DR40A型起動變扭器、DR74V型運轉變扭器的各種變型，後來亦被應用到東方紅1型、東方紅2型、北京型等國產液力傳動柴油機車。除此之外，飛龍型機車證明了中速柴油機完全可以和液力傳動配套使用，不必拘泥於功率重量比較高的高速柴油機，併為後來採用12V240Z型柴油機的北京型柴油機車打下了基礎。技術特點.總體佈置.飛龍型柴油機車是幹線貨運用的液力傳動柴油機車，除了液力傳動裝置和轉向架外，大部分零部件均採用東風型機車的成熟結構。車體外形和結構與東風型機車大致相同，採用單司機室的非承載式結構棚式車體。車體底架由兩根工字鋼和鋼板焊接而成，兩端設有車鉤緩衝器和13號下作用式自動車鉤。機車車體由司機室、動力室，冷卻室三部分組成。司機室前端設有兩扇前窗，在執行方向的左側設有司機操縱檯，而右側設有副司機座席及工具箱。動力室內裝有一套動力傳動裝置，包括一臺柴油機及一臺液力傳動裝置，以及機油系統和燃油系統的配套部件，車體側牆上裝有油浴式空氣濾清器。機車尾部的冷卻室設有油水冷卻系統，用來冷卻柴油機冷卻水、機油熱交換器迴圈水、液力傳動裝置工作油，冷卻室頂部裝有一個直徑1.8米的冷卻風扇，該冷卻風扇採用直接機械傳動。在車體下方兩臺二軸轉向架之間，吊掛著一個可載3500公斤柴油的燃油箱。柴油機.飛龍型機車最初裝用蘇聯進口的2Д100型柴油機，至1965年換裝國產的10L207E型柴油機。這是一款二衝程、10氣缸、直立式、無增壓、對置活塞、直接噴射的中速柴油機，每個氣缸中有兩個上、下對置的活塞，上、下兩根曲軸透過垂直傳動裝置連結在一起，並由下曲軸透過半剛性聯軸節輸出功率；該型柴油機採用鋼板焊成的箱形結構機體、合金鑄鐵溼式氣缸套、球墨鑄鐵曲軸、鑄鐵油冷活塞、鍛鋼連桿及凸輪軸。氣缸直徑為207毫米，活塞行程為2×254毫米，額定轉速為每分鐘850轉，標定功率為2,000馬力，單位燃油消耗率為175克/有效馬力·小時，柴油機淨重為19,400公斤。傳動系統.飛龍型機車是採用單機組的液力傳動柴油機車，由一套動力傳動機組同時驅動兩臺轉向架，液力傳動系統主要包括液力傳動箱、車軸齒輪箱、萬向軸、傳動軸等部件。柴油機發出的功率由輸出端透過萬向軸和彈性聯軸節傳遞到液力傳動箱，再從液力變速箱下部兩端的輸出法蘭，以萬向軸和傳動軸傳給前後轉向架上的車軸齒輪箱，從而驅動輪對。由於飛龍型機車所使用的柴油機長度尺寸較大，液力傳動箱的位置只能偏向司機室一端、安裝在前轉向架上方，以致通往後轉向架的萬向軸特別長。飛龍型機車採用類似於福伊特的多迴圈圓液力傳動裝置，但當時福伊特液力傳動箱的液力元件都是安裝在同一根軸上。為了縮短液力傳動箱的縱向長度，大連機車車輛工廠和大連熱力機車研究所在設計傳動箱時，創造性地將三個變矩器由傳統的同軸佈置改為分別佈置在兩根主動軸上。巧合的是，幾年之後面世的日本國鐵DD51型柴油機車所裝用的DW2A型液力傳動箱也採用了相同結構。液力傳動箱的主體部分由六根傳動軸和三個單級液力變扭器組成，包括一個DR40A型起動變扭器、兩個DR74V型運轉變扭器。三個變扭器分別對應三檔執行速度，其中起動變扭器適用於機車起動和低速工況，而運轉變扭器適用於機車中高速運轉工況。第一主動軸裝有第一、二變扭器，第二主動軸裝有第三變扭器，以縮短輸入軸與輸出軸的距離。來自柴油機的動力從第一軸輸入傳動箱，當第一變扭器或第二變扭器工作時，經過第一主動軸上的增速齒輪對帶動泵輪軸轉動，透過變扭器泵輪將機械能變為液體能，然後經過渦輪又將液體能變為機械能，並經齒輪對傳到第三軸；當第三變扭器工作時，動力則經第二主動軸上的齒輪對，帶動變扭器和齒輪對傳到第三軸。為了使液力變扭器始終在高效率範圍內工作，傳動裝置不論在全負荷或部分負荷工作時，都按一定的變扭器渦輪和泵輪的轉速比進行換檔，因此三個變扭器的運轉狀態是根據執行速度和柴油機輸出功率決定，並依靠變扭器的充排油過程來自動完成換檔並交替工作。每一工況下只有一個變扭器充油工作，其他兩個為排空狀態。變扭器充排油是由控制系統按規定的執行速度自動完成，也可以由司機撥動換檔手柄以半自動方式完成。由於變扭器之間的充排油是同時進行的，在此過程中牽引力不會發生中斷。試驗證明換檔時一般都能保持原牽引力的70～80%，換檔時間一般為3～5秒，換檔速度誤差不超過3%。