東風4DF型柴油機車

東風4DF型柴油機車，最大運用速度為120公里/小時。1999年至2004年間，大連機車車輛廠共生產了25臺東風4DF型機車，分別交付達成鐵路公司和石長鐵路公司使用。發展歷史.開發背景.達成鐵路是由中華人民共和國鐵道部和四川省政府共同投資修建的國家一級幹線，於1997年12月25日全線通車。同月，出資雙方在成都市正式成立了達成鐵路有限責任公司，負責經營達成鐵路的客、貨運輸及相關服務。合資鐵路公司在經營方式、機構設定、生產組織、運價浮動等方面均比國家鐵路享有更大的自主經營權，自負盈虧的達成鐵路公司以強化低成本運營和拓展客貨營銷作為經營策略。。1998年，隨著達成鐵路即將從臨管運營向正式運營過渡，達成鐵路公司決定自1999年起開行空調旅客列車，以提高鐵路客運對於公路運輸的競爭力。當時，中國國內的空調客運列車編組普遍掛有一節空調發電車供電，給列車內空調、電暖、照明等提供電源，但若從營運成本上考慮，購置一臺發電車需要約370萬元人民幣，加上發電車需要配備相關的維修保養人員，這對於資金並不充裕的達成鐵路公司而言是一筆不小的負擔。因此，達成鐵路公司為了提高經濟效益，於1998年開始研究在旅客列車取消發電車、改由機車直接向列車供電的可行性，以最大限度的壓縮機車車輛購置及維修成本、工資成本及有關運輸成本。如果以機車能夠代替發電車向列車供電，則可減少發電車的購置、維修、折舊、燃油、人員等費用，並可在旅客列車增加一輛載客車廂，從而提高鐵路運輸能力。研製過程.由於當時中國國內還沒有可以直接向旅客列車供電的柴油機車，達成鐵路公司為此向大連機車車輛廠接洽，希望能夠定製一款配備列車供電功能的新型柴油機車。達成鐵路公司與大連機車車輛廠和永濟電機廠合作，對三種不同的技術方案進行比較。第一種方案是在機車上加裝一臺輸出功率約500千瓦的柴油發電機組，缺點是其體積較為龐大，除非機車採用單司機室佈置，否則機車上的空間不能滿足要求。第二種方案是加裝單獨的供電發電機和供電勵磁機，兩者由柴油機透過起動變速箱驅動，並使用無刷勵磁主發電機以騰出勵磁機位置，缺點是起動變速箱負載達到500千瓦，設計上有一定困難。第三種方案是裝用同軸主副發電機，利用機車的柴油發電機組向機車供電，需重新設計控制系統及發電機，並要求機車柴油機有足夠大的功率支援。透過對上述三種方案的論證，大連機車車輛廠最終採納了第三種方案，決定以裝用16V240ZJD型柴油機的東風4D型提速客運機車為基礎進行重新設計，在原來的主發電機基礎上加裝同軸副發電機，並由微機系統判斷並執行對機車的牽引及供電控制。該型機車被定型為東風4DF型柴油機車，併成為中國鐵路第一種具備列車供電功能的柴油機車。1998年12月，達成鐵路公司與大連機車車輛廠簽訂銷售合同，購買首批4臺東風4DF型柴油機車。1999年1月19日，大連機車車輛廠下發了該型機車的設計任務書。1999年4月16日，首臺東風4DF型柴油機車在大連機車車輛廠落成出廠。由於該型機車在達成鐵路的使用情況良好，引起了湖南省石長鐵路有限責任公司的興趣，同年石長鐵路公司亦向大連機車車輛廠訂購了2臺東風4DF型機車。此後，達成鐵路公司在2000年至2004年間，又先後向大連機車車輛公司訂購了四批共20臺的東風4DF型機車。至2004年停產為止，大連機車車輛公司累計生產了25臺東風4DF型機車。運用歷史.達成鐵路公司／成都局集團公司.1999年5月，首批4臺東風4DF型機車至成都間則使用達成鐵路公司的東風4DF型機車牽引。在達成鐵路完成電氣化及擴能改造工程以前，東風4DF型機車曾經是達成鐵路公司的主力客運機車，活躍於牽引達成鐵路本線的各次管內旅客列車，包括由25G型空調客車和25B型非空調客車混編組成的管內旅客列車，以及部分經由達成鐵路執行的中長途跨線客運列車。2004年11月，隨著達萬鐵路正式開通客運業務，原達成鐵路有限責任公司與達萬鐵路有限責任公司重組為新的達成鐵路有限責任公司，南充機輛段的東風4DF型機車開始擔當達萬鐵路的牽引任務。2007年起，時任鐵道部部長劉志軍提出了對地方合資鐵路公司進行託管的計劃。2008年7月，達成鐵路有限責任公司將達成鐵路和達萬鐵路的運輸生產經營委託給成都鐵路局直接管理等旅客列車在達成鐵路和達萬鐵路的牽引任務。隨著達成鐵路擴能改造工程。2014年4月13日，成綿江城際列車所使用的25B型雙層空調客車更換成DC600V供電的25G型空調客車，並改由成都機務段的韶山7C型電力機車牽引。同年，K9445/K9446次旅客列車恢復由韶山3型電力機車牽引。2016年1月，單線電氣化的巴達鐵路通車後，成都至巴中的旅客列車改由遂成線、達成線、巴達線執行，廣巴鐵路暫停客運業務。同年，成都機務段餘下的東風4DF型機車大部分已經停運及封存。石長鐵路公司／廣州局集團公司.1999年，由鐵道部和湖南省政府共同投資的石長鐵路有限責任公司，向大連機車車輛廠訂購了2臺東風4DF型柴油機車，用於牽引軌道工程車輛。廣西沿海鐵路公司／南寧局集團公司.2012年4月，由鐵道部和廣西壯族自治區人民政府共同出資組建的廣西沿海鐵路股份有限公司，投資772.2萬元人民幣向達成鐵路有限責任公司購入4臺二手的東風4DF型機車。南寧局集團公司於2017年12月28日調整列車執行圖後，K9328/5、K9326/7次旅客列車因客流原因停運。此後，廣西沿海鐵路公司的東風4DF型機車主要用於牽引南防鐵路、欽北鐵路、欽港鐵路的小運轉貨物列車和鐵路職工通勤列車。2022年6月，廣西沿海鐵路公司開始使用HXD3D型7001號、7002號電力機車擔當南防鐵路通勤列車的牽引任務，替換下來的東風4DF型機車停運及封存。四川省鐵路集團公司.2012年11月底，四川省鐵路集團有限責任公司透過屬下的四川省鐵路興鑫物流有限公司，向達成鐵路有限責任公司購買了五臺東風4DF型柴油機車。四川省鐵路興鑫物流公司接手這批二手機車後，旗下的機車車輛維修中心在瀘州機務段設臨時維修基地對其進行整修。2015年上半年，四川省鐵路集團公司為了提高鐵路運輸能力，再次以較低價格從達成鐵路公司購得兩臺東風4DF型柴油機車。四川省鐵路集團公司的東風4DF型機車交由多家下屬子公司調配使用，包括川鐵鐵路公司向興鑫物流有限公司租用東風4DF型4077號機車，並以公路運輸方式將完成中修後的機車運送至南充，投入該專用線使用。2021年5月，四川省鐵路產業投資集團有限責任公司和四川省交通投資集團有限責任公司所屬的四川省鐵路集團公司進行整合，成立了四川蜀道鐵路投資集團有限責任公司。2021年12月，蜀道鐵路投資集團向達成鐵路有限責任公司購入東風4DF型4061號、4080號機車。內蒙古力拓鐵路服務公司.2019年12月，內蒙古力拓鐵路服務有限公司向達成鐵路有限責任公司購入兩臺封存在成都機務段的東風4DF型4059號機車有限責任公司租用，在內蒙古自治區額濟納旗的嘉策鐵路投入運用。中鐵十五局集團.2018年10月，中鐵十五局集團軌道交通運營公司朔黃鐵路運輸處向達成鐵路有限責任公司租用東風4DF型4169號機車，在朔黃鐵路肅寧北站擔任過載煤炭列車的調車和小運轉任務。2020年10月，中鐵十五局集團軌道交通運營公司租用東風4DF型4167號機車，作為朔黃鐵路黃驊港站的調車機車。技術特點.總體佈置.東風4DF型柴油機車是幹線客貨運用的六軸柴油機車，機車標稱功率為3,300馬力，構造速度為120公里/小時，運轉整備重量為138噸。東風4DF型機車的車體結構及裝置佈置與東風4D型機車大致相同，採用雙司機室、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、兩端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20,660毫米，車鉤中心線間距為21,100毫米，車體寬度為為3,309毫米，車體高度為4,500毫米。車體兩端設有同等功能的，可雙向操縱機車。車體底架兩端裝有13號下作用車鉤和牽引緩衝裝置，機車兩端各設有兩個列車供電插座。車體底架下部兩臺轉向架之間吊掛著一個，燃油箱容量為9,000升。燃油箱兩側設有鉛酸蓄電池組，燃油箱前後端各裝有一個總風缸。機車從前到後分別為第一司機室、電氣室、傳動室、動力室、冷卻室、輔助室、第二司機室七個部分，除司機室外其餘各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包含一系列儀表和按鈕的司機操縱檯、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、控制開關及電爐等，司機室還設有空調和電冰箱。與東風4D型機車相比，東風4DF型機車在第一司機室與電氣室之間的隔牆增設一道門，以便司機檢查電氣室內裝置狀況，因此只有第二司機室的後壁設有裝置手輪。電氣室內設有電氣控制櫃、制動電阻櫃和DLC型微機控制裝置。傳動室內設有主矽整流櫃、勵磁整流櫃、行車安全裝置和新增的列車供電控制櫃等電氣裝置，以及由啟動變速箱驅動的、、前轉向架牽引電動機通風機等輔助裝置。位於機車中部的動力室內安裝了一套柴油發電機組，並設有空氣濾清器、、、、機油熱交換器、等輔助裝置。動力室頂棚兩側設有車體通風機，將柴油機運轉時產生的燃氣和熱風抽出。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。冷卻室內設有冷卻水系統和散熱裝置，冷卻室頂部裝有V型結構的機械脹接式散熱器，及以兩個直徑為1,600毫米的軸流式冷卻風扇，冷卻風扇由靜液壓馬達傳動。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加壓封閉迴圈高溫冷卻水系統。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，柴油機自由端透過傳動軸與靜液壓變速箱相連，並透過尼龍繩傳動軸帶動後轉向架牽引電動機通風機。冷卻室左右兩側側壁各設有六個通風百葉窗口。輔助室內取消了東風4D型機車上配備的預熱鍋爐，代之以一臺50千瓦的裡卡多6105型輔助柴油發電機組，它既可以獨立運轉也可和主柴油機同時執行，主要作為柴油機起動預熱能源，當同軸副發電機故障時亦可以向列車繼續提供應急電源，裝設輔助柴油發電機組的設計後來亦被沿用到東風4DJ型柴油機車上。空氣制動裝置採用JZ-7型空氣制動機，並採用兩臺NPT5型空氣壓縮機與之配合，制動機可以單獨制動機車或同時制動機車和列車。採用手制動裝置。柴油機.東風4DF型機車的動力裝置與東風4D型機車相同，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，為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1.774兆帕，UIC標定功率為4,400馬力，設計使用壽命為25000小時。傳動系統.東風4DF型機車採用交—直流電傳動裝置，柴油機曲軸透過彈性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。牽引發電機.牽引發電機採用永濟電機廠製造的JF210型三相交流同步發電機，這種發電機是在東風4D型機車採用的TQFR-3000E型同步主發電機基礎上，透過延長其並在其前端加裝為列車供電的同軸副發電機而成。主發電機的設計和效能和TQFR-3000E型發電機相同，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。副發電機是一臺專門用於為列車供電的三相交流工頻同步發電機，額定功率為500千伏安，輸出電壓為380伏特交流電，額定電流為1180安培。主發電機由一臺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。副發電機由一臺JGL410型副勵磁機提供勵磁電流。主、副勵磁機都是由DLC型微機控制系統來控制。東風4DF型機車投入運用後，為了解決副發電機散熱不良的問題，於2001年改裝永濟電機廠研製的JF210C型同步發電機，將副發電機轉子磁極由原來的隱極式散嵌結構改為凸極式結構。後來，永濟電機廠在JF210C型發電機的基礎上，又分別為金輪號柴油動車組研製了JF210D型發電機，以及為普天號柴油動車組研製的JF210E型發電機。矽整流裝置.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4DF型機車初期使用GTF-5100/1250型矽整流裝置，整流裝置有六個串聯的整流橋臂，每一橋臂有兩個並聯的ZP2500-28型整流二極體，每臺機車共有12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5100安培。機車投入運用後為了解決主整流櫃易燒損的問題，東風4DF型機車於2001年改為使用GTF-5070/1250型矽整流裝置，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，每臺機車共有18個整流二極體元件。牽引電動機.東風4DF型機車採用與東風4D型提速客運機車相同的ZD109B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，磁場削弱率初期為68%。電阻制動裝置.機車設有兩臺與東風4D型機車相同的二級電阻制動裝置。在電阻制動工況時牽引電動機變為他勵直流發電機工作，其激磁繞組全部串聯由牽引發電機經矽整流櫃供電，並由勵磁調節器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。為了提高機車在低速行駛時的制動力，電阻制動分為兩級擴充套件特性控制。最大制動電流限制為650安培，最大電阻制動功率為3,700馬力。此外，為了使機車在靜止狀態測定各檔位的輸出功率和效能，機車還可以利用制動電阻作為自負荷試驗的負載。控制系統.東風4DF型機車在控制系統方面和東風4D型機車相比有較大的變化。東風4DF型機車採用DLC型微機控制系統判斷並執行對機車的牽引及供電控制，取代了東風4D型機車上由聯合調節器油馬達驅動功調電阻的勵磁調節裝置，以及相關的測速發電機、電壓調整器和電阻制動控制器。DLC型微機控制系統是在由大連機車車輛廠和通用電氣公司合作為東風6型柴油機車開發的車載微機控制系統的基礎上，於1996年開始自行研製的多功能實時控制系統。DLC控制系統以英特爾微處理器為核心，可以自動完成發電工況和非發電工況下機車的恆功控制，以及電阻制動控制、列車供電控制、輔助發電控制等功能。微機控制系統和SCM型訊號檢測裝置共同運作，SCM系統參考自通用電氣Dash 8系列機車的訊號檢測技術，該系統接收從感測器傳送的各種反饋訊號並進行處理，包括柴油機轉速、發電機輸出電壓、發電機輸出電流和機車速度訊號。當機車向列車供電時為了保障供電的穩定性，柴油機轉速將由微機系統固定保持在每分鐘940～1000轉，使副發電機輸出恆定的380伏特50赫茲三相交流電，供電制式為Y形接法的交流三相四線制，設計輸出容量為480千伏安。此時改變司機控制器手柄檔位不再改變柴油機轉速。轉向架.機車走行部與東風4D型提速客運機車相同，機車軸式為Co-Co，採用兩臺可互換的三軸半懸掛轉向架，軸距為2×1,800毫米。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，轉向架側梁與車體底架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懸掛和二系懸掛兩部分。一系懸掛為軸箱與構架之間的軸箱螺旋彈簧和橡膠墊，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和橫向液壓減震器。一系懸掛靜撓度為121毫米，二系懸掛靜撓度為15毫米，總靜撓度為136毫米。牽引力和制動力透過低位平行四杆牽引杆機構傳遞，牽引點高度距離軌面725毫米。牽引電動機驅動方式繼承了東風4D型提速客運機車的滾動軸承抱軸半懸掛結構。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，最高執行速度為120公里/小時。基礎制動方式為帶閘瓦間隙自動調節器的單側單閘瓦踏面制動，每個車輪各有一套制動裝置，當機車施行制動時，制動缸從空氣制動機獲得壓縮空氣，並透過槓桿機構使閘瓦抱輪產生制動作用。停車制動為手制動裝置。