东方红3型柴油机车

开发背景

东方红3型柴油机车的历史可追溯至援外的DFH系列柴油机车。1967年9月5日，中华人民共和国、坦桑尼亚、赞比亚三国政府在北京签订了《关于修建坦桑尼亚—赞比亚铁路的协定》，协议中规定中国提供无利息、不附带任何条件的贷款，并派专家对坦赞铁路进行修建、管理、维修和培训技术人员。根据中华人民共和国交通部关于援外建厂的分工，青岛四方机车车辆厂不但要负责建设两个机车车辆修理工厂，还负责坦赞铁路配套所需液力传动柴油机车和铁路客车的设计及生产任务。
1970年，四方机车车辆工厂设计了用于坦赞铁路的DFH1型、DFH2型液力传动柴油机车，其中DFH1型机车（1150马力）为调车及小运转作业用柴油机车，而DFH2型机车（2300马力）为干线客货运用柴油机车，按原定设计两者均装用四方机车车辆厂设计的12V180ZL型柴油机。在该型柴油机进行试制和试验期间，为了满足坦赞铁路建设施工的需要，四方机车车辆厂于1970年先行提供了5台装用异型柴油机的DFH2型柴油机车，这几台机车于1976年坦赞铁路建成后运返中国并改作他用。
同年，为满足中国国内铁路干线对客运机车的需求，四方机车车辆厂对DFH2型机车进行改进设计，于1971年11月试制了一台试验型机车，并沿用东方红1型机车的编号，称之为东方红4311号机车（后改为东方红3型0001号）。为了便于设计、生产和日后配件供应，因此其车体钢结构、柴油机、传动系统等方面大部分采用了与援外DFH2型机车相同的零部件。同时，将机车最大运用功率提升至2500马力，并重新设计了构造速度为120公里/小时的标准轨距转向架。

定型投产

1974年，东方红3型0001号机车经过初步厂内试验和逾6000公里试运转后，由铁道部安排在锦州铁路局山海关机务段投入10万公里运用考核，在沈山铁路担当各种等级旅客列车的牵引任务。1975年，四方工厂根据机车在运行试验过程中发现的问题，对东方红3型机车完成了进一步的整图和设计修改工作。同年，四方工厂利用曾用于坦赞铁路施工的DFH2型002～005号机车，将其改造成东方红2型0002～0005号机车。1976年9月，为了保证柴油机提高功率后的可靠性，12V180ZL型柴油机在试验台上完成了100小时耐久性试验。1976年12月，四方机车车辆厂正式开始批量生产东方红3型柴油机车。
与前期生产的试验型机车相比（0001～0005），量产型机车（0006～）的柴油机装车功率从原来的2500马力提升至2700马力，液力变速箱亦从原来的SF2010-1型改为SF2010-1A型，采用了重新设计的高效率液力变扭器，使机车牵引力平均提高了5%。由于DFH2型柴油机车原设计为用于热带地区的窄轨机车，因此批量生产的东方红3型机车扩大了车体断面，以充分利用准轨铁路的机车车辆限界，并且改善了车体防寒结构，以适应中国北方冬季寒冷气候的使用环境。同时，还采用了新结构的冷却风扇耦合器、半自动控制预热锅炉、JZ-7型空气制动机等经过改良的新型零部件。1978年以后，针对东方红3型机车在生产和运用过程中暴露的一些质量问题，例如柴油机机体裂纹、气缸套及机体穴蚀等，四方机车车辆厂对其进行了持续的改进。1987年，四方机车车辆厂试制出经过强化的12V180ZJB型柴油机，装用于同年新造的东方红3型0252～0253号机车，最大运用功率提高到3000马力。
1988年，随着铁路主要技术政策的转变，明确干线柴油机车以电力传动为发展方向，停止发展液力传动干线柴油机车，东方红3型机车的生产亦宣告结束。从1971年试制成功到1988年停产为止，四方机车车辆厂共制造了268台东方红3型机车。

运用历史

1977年，东方红3型机车开始配属沈阳铁路局沈阳机务段，同时从沈阳机务段调出原配属的东风3型柴油机车。1980年，哈尔滨铁路局三棵树机务段配属东方红3型机车，开始从蒸汽机务段向内燃机务段过渡。随后，齐齐哈尔铁路局齐齐哈尔机务段也配属了东方红3型机车。在整个1980年代，东方红3型机车曾经是中国东北地区的主力客运柴油机车，踪迹遍布沈山铁路、京哈铁路、沈大铁路、滨洲铁路、滨绥铁路等干线。1988年8月5日，沈阳铁路局增开沈阳至大连间的“辽东半岛号”直达特别旅客快车，也是使用东方红3型0252～0253号机车担当牵引任务。长期以来，东方红3型机车作为双机组的液力传动柴油机车，以极低的机破率和优异的可靠性而备受称道，铁道部机务局于1991年发布的《关于机车机破情况的通报》表明，东方红3型机车在全国铁路主型机车质量排名中位居第一。
从1990年代初期开始，随着新一代的东风4B型、东风4D型等新型客运机车相继出现，东方红3型机车亦开始退居二线，部分机车转至大连、长春、丹东、吉林、通辽、本溪、图们、鸡西、佳木斯等地的机务段使用，担当拉滨铁路、牡佳铁路、齐北铁路、平齐铁路、富西铁路、长白铁路等线路的旅客列车和市郊列车牵引任务。2000年代初，东方红3型机车陆续停运报废。2005年，最后一批在干线上运行的东方红3型机车于在拉滨铁路和吉舒铁路上退役。值得一提，哈尔滨铁路局于1999年引进北亚号柴油动车组后，当该列车的动力车发生故障或进行检修而无法运用时，三棵树机务段的东方红3型机车也经常作为其替补机车，成为当时牡佳铁路和滨绥铁路的一道特别风景。
正当东方红3型机车从国铁线路上被淘汰之际，部分东方红3型机车被地方铁路和厂矿企业购置，例如辽宁省调兵山市铁煤集团、河南省周口漯阜铁路公司、中国水利水电第十一工程局等。铁煤集团于2002年从沈阳铁路局接手了一批东方红3型机车，机车车号根据铁煤集团铁路运输部编制更改为2001～2008，用于牵引调兵山矿区铁路的煤炭列车和通勤列车，至2010年代初退役报废。漯阜铁路公司于2000年代初引入了东方红3型0065号机车，曾经用于牵引由界首至阜阳的6071/6072次、由沈丘至郑州的4741/2次两对旅客列车，同样于2010年代初停运报废。中国水利水电第十一工程局有限公司亦购置了东方红3型0200、0210号机车，曾经运用于服务三门峡大坝的三大铁路专用线，两台机车直到2015年才先后退役。

援助朝鲜

2000年至2002年，中国铁道部曾经将部分原配属吉林铁路分局的东方红3型机车无偿援助朝鲜民主主义人民共和国。在朝鲜民主主义人民共和国铁路系统中，这些机车被定型为朝鲜铁道900型柴油机车，机车编号为내연9XX（“내연”意为“内燃”）。

总体布置

东方红3型柴油机车是干线客运用的液力传动柴油机车，机车轴式B-B，最高运行速度为120公里/小时。机车采用框架式侧壁承载结构车体，车体底架长度为17780毫米，车钩中心线间距长度为18550毫米。0001～0005号机车的车体外形尺寸与出口坦赞铁路的DFH2型柴油机车完全相同，车体宽度为3197毫米，车体高度为4166毫米。从批量生产的0006号机车开始采用扩大的车体断面，车体宽度为3290毫米，车体高度为4450毫米，以充分利用准轨铁路的机车车辆限界。机车采用双端司机室、双侧内走廊的布置，可根据行车方向由机车任一端司机室操纵机车。机车还设有重联装置，当双机联挂时可从任何一个司机室集中操纵。车内设备布局采用双机组对称布置，装有两套相同而独立的动力传动机组，每套机组包括一台柴油机及传动装置，可以根据需要使用其中任何一套或两套同时工作。
车体从前端至后端分为第一司机室、第一动力室、传动冷却室、第二动力室、第二司机室等几个部分。司机室内设有司机操纵台、电气控制柜、空气制动阀等，其中第一司机室内还设有手制动装置，司机室内、外壁板夹层以聚苯乙烯泡沫塑料填充，有效改善了司机室的隔音隔热性能。两个动力室各装有一台柴油机及其配套设备。传动冷却室位于车体中部，上部装有冷却装置，包括肋片扁管式铜散热器，以及两个利用液力偶合器传动的冷却风扇，下部装有两台液力传动箱，以及传动油热交换器、空气压缩机等辅助设备。动力室和传动冷却室车顶部分设有可拆式顶盖，以便检修和吊装柴油机等大型部件。车体下方两台转向架之间的空间，吊挂着一个燃油箱、两个总风缸和铅酸蓄电池组。

柴油机

东方红3型柴油机车装用两台12V180ZL型柴油机（后来根据中华人民共和国国家标准GB725-82《内燃机产品名称和型号编制规则》更名为12V180ZJ型柴油机），该型柴油机是因应援助坦赞铁路的需要，由四方机车车辆厂自1968年开始研制，以上海柴油机厂生产的12V180GC型船用柴油机为基础，结合内燃机车的牵引特性和技术要求，于1969年试制成功的高速柴油机。1969年，四方机车车辆厂试制了两台标定功率1150马力的原型机，首先安装在援助坦赞铁路的DFH1型、DFH2型机车上使用，不久发现柴油机功率偏小，且结构亦存在一些缺陷，主要是曲轴主轴颈与机体主轴孔之间采用轴瓦形式，使柴油机时常发生“烧瓦”现象，平均每副轴瓦的寿命只有200小时。后来，四方机车车辆厂参考东方红1型机车使用之12V175Z型柴油机，将原来的曲轴主轴瓦改成轴承形式，成功试制出12V180ZL型柴油机，并于1973年投入批量生产。该型柴油机还被用于东方红2型液力传动调车机车。
12V180ZL型柴油机为四冲程、V型结构、12气缸、预燃室式、涡轮增压、增压空气中间冷却的高速柴油机，气缸直径180毫米，活塞行程205毫米，额定转速为每分钟1500转。在东方红3型0001～0005号机车上的装车功率为1250马力，在东方红3型0006～0251、0254～0268号机车上的装车功率提高到1350马力。0252～0253号两台机车改为装用12V180ZJB型柴油机，该型柴油机是在12V180ZJ型柴油机基础上强化而成，装车功率提高到1500马力。柴油机机体由合金铸铁铸造而成，并采用隧道式曲轴箱体和湿式气缸套。柴油机采用合金铸铁气缸盖、合金钢锻造曲轴、铝合金整体铸造活塞和组合式喷油泵。柴油机设有废气涡轮脉冲增压装置，装用天津机车车辆机械厂生产的45GP804A型涡轮增压器，采用单级轴流式涡轮和离心式压气机，最高转速为每分钟23000转，涡轮进口最高温度为650°C。

传动系统

东方红3型柴油机车采用双传动机组设计，每套传动装置由液力变速箱、车轴齿轮箱、辅助传动装置、万向轴等部分组成。液力传动箱位于车体中部的冷却室下方，并通过四个弹性支座固定在机车车架上。柴油机通过第一万向轴将功率传递到液力传动箱，再从液力变速箱下部的输出法兰，以第二万向轴传给转向架上的车轴齿轮箱，从而驱动轮对并产生牵引力。
东方红3型机车采用四方机车车辆厂设计的SF2010系列液力变速箱。在东方红3型机车的试制和生产过程中，液力传动装置也经过了多次改进。0001～0005号机车装用SF2010-1型液力变速箱（有效输入功率为1250马力），0006～0094、0104～0268号机车装用SF2010-1A型液力变速箱（在0006～0094、0104～0251、0254～0268号机车上的有效输入功率为1350马力，在0252～0253号机车上的有效输入功率为1500马力），0095～0103号机车装用SF2010Z-1A型液力变速箱（有效输入功率为1350马力）。液力变速箱型号中的“SF”是四方工厂的汉语拼音首字母缩写、“2”表示该液力变速箱内装有两个变扭器、“0”表示没有液力偶合器、“10”表示传动装置名义输入功率为1000马力，若有字母“Z”表示传动箱装有液力制动器，最后的数字“1”代表该液力变速箱采用单端输出。
SF2010系列液力变速箱是采用多循环圆结构的液力传动装置，内装有一个起动变扭器和一个运转变扭器，其中起动变扭器适用于机车起动和低速工况，而运转变扭器适用于机车中、高速运转工况，机车运行过程中通过变扭器充排油实现自动换档；传动装置采用换向离合器进行机械换向，可选用自动或手动换向。SF2010-1型液力变速箱采用B8-III型起动变扭器和B10型运转变扭器。SF2010-1A型液力变速箱采用重新设计的新B1型起动变扭器和新B2型运转变扭器，该型变扭器是根据交通部提出的“高效率变扭器”研究课题，于1974年至1975年间由四方机车车辆厂、大连热力机车研究所、资阳内燃机车厂等单位共同设计试制，这两种变扭器的效率均已超过福伊特L820rU型液力传动装置的水平，并获得了1978年全国科技大会奖。SF2010Z-1A型液力变速箱则是在SF2010-1A型的基础上增设液力制动器。

转向架

机车走行部为两台二轴转向架。转向架构架采用钢板焊接箱型结构。车轴轴箱采用双拉杆定位结构，轴箱通过装有橡胶关节元件的上、下轴箱拉杆与构架相连接，实现轴箱相对于构架的横向和纵向定位。轴箱内装有两列滚柱轴承，并设有轴向橡胶缓冲支承。转向架构架侧梁中部上设有油浴式平面滑动摩擦旁承装置，车体全部重量通过四个旁承由两台转向架支承。
弹簧悬挂装置分为一系和二系悬挂两部分。一系悬挂为轴箱与构架之间的轴箱圆弹簧。二系悬挂为四组旁承螺旋圆弹簧，车体和旁承之间还装有垂向液压减震器，以及用来抑制蛇行运动的横向摩擦减震器。机车采用由牵引杆、杠杆机构及牵引销组成的中心销摆式牵引连杆装置来传递牵引力和制动力。基础制动方式为双侧铸铁闸瓦踏面制动，每个车轮各自有一套独立制动缸和杠杆传动机构。