東風4DD型柴油機車

東風4DD型柴油機車，傳動系統使用採用TQFR-3000E型同步發電機、GTF-5100/1250-A型矽整流機組、ZD109Z型直流牽引電動機，並配備了由大連機車車輛廠開發的DLC微機控制系統。2005年，大連機車車輛公司又推出了專門為大秦鐵路設計的東風4DD改進型機車，採用JF213型同步發電機、GTF-5700/1250型矽整流機組、ZD109L型直流牽引電動機。發展歷史.東風4DD型.1996年，大連機車車輛廠在東風5型柴油機車的基礎上，推出了面向路外廠礦企業使用者的東風5B型柴油機車。面對競爭日趨激烈的工礦調車機車市場，大連機車車輛廠的自銷機車銷量比例日益增加，一些地方鐵路和工業企業亦提出了採購功率更大之調車機車的意願。1998年，為了滿足地方廠礦企業對大功率電傳動調車柴油機車的需求，大連機車車輛廠決定在東風5B型柴油機車的基礎上，開發研製裝用12V240ZJD型柴油機的東風10DD型調車機車；與此同時，大連機車車輛廠還在東風4D型柴油機車的基礎上，開發研製裝用16V240ZJD型柴油機的東風4DD型調車機車，進而形成了東風5B型柴油機車三種不同功率等級的調車機車產品系列。1998年9月，大連機車車輛廠召開東風4DD型調車機車技術設計方案評審會議；同年10月6日，大連機車車輛廠正式下達《東風4D型調車機車設計任務書》，至1999年2月完成施工設計並投入試製。1999年5月18日，首臺東風4DD型調車機車進入總裝階段；同年6月底，東風4DD型1001號機車在大連機車車輛廠落成，並交付中國石化洛陽石化公司使用。東風4DD型柴油機車是當時中國國內功率最大的重型調車機車，機車採用一臺裝車功率為4,000馬力的16V240ZJD型柴油機，採用TQFR-3000E型同步發電機、GTF-5100/1250-A型矽整流機組、ZD109Z型直流牽引電動機，並配備了由大連機車車輛廠開發的DLC微機控制系統。首29臺東風4DD型機車於1998年至2002年間製造，機車編號為1001～1029；從2003年起生產的東風4DD型機車，機車編號改為由0030開始編排。截至2021年5月，中車大連機車車輛公司已生產了323臺東風4DD型機車，車號為1001～1029、0030～0323。東風4DD型柴油機車曾經是中國國內最昂貴的調車機車車型，按照2007年價格每臺機車售價超過500萬元人民幣，與功率較小的東風7C型、東風5型等調車機車相比高近一倍。作為一款大功率重型調車機車，雖然東風4DD型調車機車的功率比東風8B型貨運機車小，但其起動牽引力和持續牽引力並不亞於東風8B型機車，只是在執行速度和加速能力上要遜於東風8B型機車。因此，東風4DD型調車機車特別適合用於需要一次性牽引大宗貨物，而對機車的執行速度要求不高的鐵路運輸企業。東風4DD型機車的主要使用者均為冶金、煤炭、化工、電力系統等行業的大型工礦企業，包括天津南環鐵路有限公司、粵海鐵路有限責任公司、山東港口煙臺港集團、山東港口日照港集團、連雲港港口集團、青島港集團有限公司、首鋼集團礦業公司、兗州煤業股份有限公司、山東鋼鐵集團萊鋼股份、山東淄礦鐵路運輸、中石化齊魯分公司儲運廠、平頂山煤業集團、窯街煤電集團、淮北礦業集團、淮南礦業集團、淮河能源西部煤電集團、河南煤化集團鶴煤公司、平頂山姚孟發電公司、國神公司河曲電廠、河南大有能源股份、山西孝柳鐵路公司、山西江陽化工公司、內蒙古大雁礦業集團、扎賚諾爾煤業公司、華能伊敏煤電公司、國能寶日希勒能源有限公司、國電南寧發電公司、中石油獨山子石化公司、中國石油遼陽石油化纖公司、建龍西林鋼鐵集團公司、中糧貿易北良有限公司、貴州能化鐵路運輸有限公司。粵海鐵路有限責任公司於1997年成立，是一家由中華人民共和國鐵道部、廣東省政府、海南省政府三方合資組建的地方合資鐵路公司，上述各方分別授權廣州鐵路之間的列車牽引任務。2017年，中國鐵路總公司將海南高速鐵路有限公司、粵海鐵路有限責任公司進行合併重組，成立海南鐵路有限公司。原屬粵海鐵路公司的東風4DD型調車機車均改配屬海南鐵路有限公司海口機輛輪渡段海口機務運用車間。東風4DD改進型.2004年，為進一步提高大秦鐵路運輸能力、滿足推送10,000噸過載列車執行駝峰調車作業的需要，中華人民共和國鐵道部為大秦鐵路編組站專用調車機車展開招標，並由大連機車車輛有限公司得標。大連機車車輛公司根據鐵道部關於調車機車實現「系列化、標準化、模組化、資訊化」的要求，對東風4DD型調車機車作出了一些改進，以進一步提高機車牽引效能和運用可靠性，稱之為東風4DD改進型機車。與一般的東風4DD型機車相比，東風4DD改進型機車的運轉整備重量由138±3%噸提高到150±3%噸，機車軸重由23±3%噸提高到25±3%噸，牽引齒輪傳動比由4.72改為4.17，起動牽引力由422千牛提升至480千牛，而持續牽引力則由358千牛下調至331.8千牛。司機室符合鐵道部規範化調車機車司機室的標準。柴油機採用整體鑄造機體取代焊鑄組合機體，並使用國外進口的噴油器、噴油泵、調速器等零部件；牽引電動機、主發電機、矽整流櫃、微機控制裝置、空氣壓縮機等均改裝效能和可靠性更優異的型號，並配備了電阻制動裝置、ADLC微機控制系統、LKJ-2000型列車執行監控記錄裝置。根據技術計算，單機在平直道上可以牽引12,000噸列車順利起動，列車起動後達到18公里/小時的加速距離為490米。2004年12月，東風4DD改進型機車技術設計方案透過鐵道部運輸局的評審。2005年初，8臺東風4DD改進型機車交付太原鐵路局湖東電力機務段使用，分別配屬湖東電力機務段秦東運用車間、柳村運用車間使用，主要擔當秦皇島樞紐內秦皇島東站的過載列車解體、編組，摘掛作業，以及負責將滿載煤炭的列車從柳村南站送往秦皇島港卸車裝船。後來，其中兩臺機車被調撥到湖東電力機務段大同運用車間投入大同口泉支線運用。技術特點.總體佈置.基本結構.東風4DD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3,300馬力，司機室、電氣室的外觀造型設計參考了北美柴油機車，各部分比例儘可能應用黃金分割原理。裝置佈置.機車車體從前到後分別為電氣室、司機室、傳動室、動力室、冷卻室和輔助室，其中電氣室方向為短罩端方向對角佈置，以便司機選擇任意一個方向操縱機車，司機操縱檯的形式與東風4D型機車大致相同，設有、操縱按鈕、空氣制動閥、儀表和訊號顯示裝置等；司機室內還設有空調裝置、電爐、電熱壁。傳動室內設有主整流櫃、勵磁整流櫃、行車安全裝置、起動變速箱及相關的輔助裝置。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、、前轉向架牽引電動機通風機。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、等裝置。傳動室內並預留了電阻制動系統的安裝位置。冷卻室設有冷卻水系統和散熱裝置，冷卻室頂部裝有V形結構的扁管肋片式散熱器，以及兩個直徑為1,600毫米的軸流式冷卻風扇，冷卻風扇由靜液壓馬達傳動，冷卻室兩側的百葉窗可隨冷卻水溫度而自動開閉。東風4DD型機車沿用了東風4D型機車的高溫冷卻系統，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、兩臺NPT5型電動空氣壓縮機等。輔助室內設有預熱鍋爐和空氣乾燥器。空氣制動裝置採用JZ-7型空氣制動機。柴油機.東風4DD型機車裝用一臺由大連機車車輛工廠製造的16V240ZJD型柴油機。該型柴油機是在16V240ZJB型和16V240ZJC型柴油機的基礎上，透過與英國裡卡多公司的技術合作對柴油機結構作出改良，於1986年開發完成的大功率柴油機，屬於240/275系列柴油機產品之一。16V240ZJD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，平均有效壓力為1.774兆帕，UIC標定功率為4,400馬力。柴油機採用鑄焊組合結構機體、稀土合金球墨鑄鐵曲軸、全加工厚壁氣缸套、鋼頂鋁裙組合式活塞。柴油機採用定壓增壓系統，配備兩臺由天津機輛軌道交通裝備公司製造的ZN290D型增壓器。在V形夾角上方佈置有排氣總管和進氣道，左右兩側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，第三級為紙質濾芯過濾器。柴油機轉速控制採用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4DD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4DD型機車的主發電機、矽整流機組、起動發電機和勵磁機型號均與東風4D型機車相同。牽引發電機.東風4DD型機車的牽引發電機採用永濟電機廠製造的TQFR-3000E型三相交流同步發電機，額定容量為2,911千伏安，額定電壓為425／770伏特，額定電流為3,955／2,183安培，額定轉速為每分鐘1,000轉，定子及轉子均為H級，冷卻方式為徑向自通風式，主發電機淨重為5,100公斤。與東風4B型柴油機車採用的TQFR-3000型同步牽引發電機相比，TQFR-3000E型牽引發電機具有較大的恆功調壓比，可以有效降低牽引電動機的磁場削弱深度。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。東風4DD改進型機車則改為使用容量更大的JF213型三相交流同步發電機。發電機額定容量為4,200千伏安，額定電壓為578／800伏特，額定電流為4,210／3,020安培，額定轉速為每分鐘1,000轉，定子及轉子絕緣等級均為H級，冷卻方式為徑向自通風式，主發電機淨重為5,120公斤。在1999年面世的東風4D型3001號準高速客運機車亦曾經使用該型發電機。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4DD型機車使用GTF-5100/1250-A型矽整流裝置，整流裝置有六個串聯的整流橋臂，每一橋臂有三個並聯的ZP2500-28型整流二極體，每個整流櫃共有18個整流二極體元件。矽整流裝置的最大直流輸出電壓為1,250伏，額定直流輸出電流為5,100安培。東風4DD改進型機車則採用容量更大的GTF-5700/1250型矽整流裝置，整流裝置有六個串聯的整流橋臂，每一橋臂有五個並聯的ZP2000-28型整流二極體，每個整流櫃共有30個整流二極體元件。矽整流裝置的最大直流輸出電壓為1,250伏，額定直流輸出電流為5,700安培。牽引電動機.東風4DD型機車採用ZD109Z型四極直流串勵牽引電動機，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%。東風4DD改進型機車改為使用轉速較低但扭矩更大的ZD109L型四極直流串勵牽引電動機，額定功率為530千瓦，額定電壓為630伏，額定電流為900安培，額定轉速為每分鐘710轉，定子及電樞絕緣等級均為H級，冷卻方式為強迫通風，該型牽引電動機並採用了進口軸承。牽引電動機具備一級磁場削弱功能，磁場削弱率為78%。電阻制動裝置.東風4DD改進型機車上設有二級電阻制動裝置。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制動電阻櫃，將電能透過電阻器轉化為熱能消耗掉，最大制動電流為650安培。控制系統.東風4DD型機車採用由大連機車車輛廠研製的微機控制系統，同時還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。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。早期生產的東風4DD型機車使用名為“內燃機車控制器”的微機控制系統，該系統是由大連機車車輛廠在DLC系統基礎上進一步開發和改良的機車微機控制系統，進一步增加了控制系統的功能。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，結構形式與東風4D型貨運機車大致相同。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的彈性摩擦式旁承，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，改進型機車另設有橫向液壓減震器。一系及二系懸掛靜撓度分別為121毫米和15毫米。牽引電動機採用單側齒輪傳動的軸懸式驅動方式。全部牽引電動機採用順置排列方式，即牽引電動機都放在車軸的同一側，可以有效地減少軸重轉移的幅度。標配的踏面制動裝置為帶閘瓦間隙自動調節器、鑄鐵閘瓦、為手制動裝置的單側單閘瓦槓桿制動方案；改進型機車則採用帶閘瓦間隙自動調節器、粉末冶金閘瓦的DZD型踏面制動單元。