ND5型柴油机车

背景

1980年代初，中国实施改革开放以后，国民经济快速发展，铁路客货运量猛增，铁路运输能力全面紧张，货运能力不足导致各地待运货物、物资大量积压，而大功率柴油机车数量不足是其中一个重要原因。当时已经投入批量生产的东风4型柴油机车，不仅产能不足、无法满足需求，而且在柴油机、传动系统以及制造工艺等方面也存在较多问题，机车可靠性和生产质量有待改进。中华人民共和国铁道部经研究后决定，按“技贸结合”原则从国外进口一批大功率柴油机车，缓和机车运用紧张的局面。自1983年1月下旬起，铁道部先后派出人员对苏联、加拿大和美国的内燃机车制造工厂进行考察。
与此同时，美国对华技术出口管制从1980年代起也开始逐步放松。1981年，里根总统入主白宫，出于政治、经济及其全球战略需要，放松了对华出口管制并对政策进行重大调整。1983年6月，美国政府宣布将中国提升为“友好的非盟国”待遇（Friendly but nonaligned），列入同其他大部分西方国家和发展中国家并列的V组。这一政策变化大大提高了美国企业可向中国出口的技术和产品的技术水平，促进了美国对华技术与产品的出口。

引进

在这样的背景之下，中国经反复比较后选定美国通用电气运输系统商业分公司的C36-7型柴油机车。C36-7型机车是通用电气公司于1978年推出的大功率柴油机车，也是“Dash-7”系列产品中最后一种车型。1983年10月31日，中国向美国通用电气公司订购首批220台柴油机车的销售合同和技术转让合同在北京签订，进口价格为每台98万美元。这对当时处于不景气状态的通用电气机车部门无疑是一笔重要的大订单，通用电气发言人曾表示这是该公司收到“单一生产批次的单笔最大订单”（single biggest order for a single production run），并可为伊利工厂创造数百个就业职位。
这批机车按中国铁路机车命名规范定型为ND5型，其中“N”代表内燃机车，“D”代表电力传动，“5”代表中国第五种进口电传动内燃机车。根据合同，ND5型机车将由通用电气公司位于宾夕法尼亚州的伊利工厂（Erie plant）生产，并于1984年开始交付。此外，通用电气并为ND5型机车负责三年或60万公里的保证期，期间派员来华进行售后技术服务，发生的一切质量技术问题由其赔偿。
首批共74台ND5型机车于1984年9月运抵中国天津港，其中0002号机车于天津港卸船时由于起吊重心错误而落水，打捞上岸经过修复后恢复正常使用；0003号机车为首台投入运用的ND5型机车，到达配属段南京东机务段后安装了中国铁路标准的机车信号、自动停车装置、列车无线调度电话等设备后，于1985年10月15日在沪宁铁路首次牵引货物列车投入正常服务。另一批共104台ND5型机车于1984年11月运抵中国上海港，其中0111号机车当卸船时因吊车钢缆折断而落水报废。第一批共220台ND5型机车于1984年内交付完毕。
第一批ND5型（又称Ｉ型）机车投入运用之后，鉴于机车性能表现良好，中国于1985年再次向通用电气公司增加订购第二批200台ND5型机车（又称ＩＩ型），1987年内交付完毕。第二批机车根据在中国的实际运用情况和第一批机车存在的缺陷，对机车的多项设备和零部件作出了改进。两批机车总体结构上基本相同，在外观上第二批机车司机室较宽敞，加大了前窗瞭望玻璃；安挂了外凸式排障器，两个总风缸都放在油箱之后。Ｉ型机车车号为0001～0220，共计220台，车身涂装为翠绿色；ＩＩ型机车车号为0221～0422，共计202台，车身涂装为墨绿色。其中0421、0422号机车是为了替补于1984年卸船时落水的0002、0111号机车，由通用电气公司新造的ND5型机车。

技术转让

在进口ND5型机车同时，中国还与通用电气公司签订了机车关键部件制造技术转让合同，由通用电气公司向中方无偿转让该型机车12项关键部件制造技术，引进项目包括GTA24A3型牵引发电机、GE752AF8型牵引电动机、辅助电机、电子控制产品、恒功励磁装置、轮对防空转装置、废气涡轮增压装置、7FDL-16型柴油机主要部件如气缸套、活塞等。引进的主体为通用电气的机车电传动系统，而其他机械部件产品也各具特色，ND5型机车上这些产品的优点恰恰就是当时中国国产柴油机车技术的薄弱环节。
根据合同规定，大连机车车辆厂与通用电气公司合作，用4年时间完成具有和通用电气公司相同质量的样机试制验证，以考验消化吸收和掌握技术的程度。从1985年开始，大连厂和通用电气公司开始在东风4B型柴油机车基础上，研制东风6型柴油机车。机车总体结构、机械部分由大连厂设计制造，电气传动系统和控制系统由通用电气公司设计制造，机车性能达到同期通用电气公司“Dash-8”系列标准。首两台东风6型机车于1989年4月落成并投入试验，但仅仅两个月后中国发生了六四事件，美国政府谴责了中国的镇暴行动，并宣布对华实施武器禁运和严格的经济、技术制裁。随着中美关系十年蜜月期的结束，东风6型机车最终也成为众多“流产”的中美合作军民两用产品和技术出口项目之一。

总体结构

ND5型柴油机车采用由钢板和型钢焊接而成的外走廊罩式车体结构，设有单司机室，司机室前后分别为短端和长端。机车从前到后分别为砂箱、司机室和电气控制室、动力室、冷却室。司机室内有前后两个操纵台，为兼顾嘹望和操纵的方便，Ｉ型机车的司机操纵台以45°方式斜置；而ＩＩ型机车改为中国国产机车传统的横向正面布置，增加了司机室的空间；司机室内壁并设有防撞梁和玻璃纤维隔音材料。司机室前后各有四扇和两扇玻璃窗；ＩＩ型机车为方便嘹望加大了前方玻璃窗，前部砂箱短罩相应降低高度，并以电热丝防霜玻璃取代Ｉ型机车的热风防霜。机车动力室内设有柴油发动机组、硅整流装置、励磁机和辅助发电机等设备。位于机车后部的冷却室内设有冷却水系统和散热风扇，冷却室顶部为干式散热器，两侧并设有制动电阻。车底两台转向架之间设有燃油箱和总风缸，油箱容量为9900升。机车并设有重联装置。空气制动机为26-L型制动机，具有阶段缓解作用，紧急制动时能自动撒砂和切除功率。

动力系统

ND5型机车装用一台通用电气的7FDL-16型柴油机，这是一款16气缸、四冲程、带废气涡轮增压的V型柴油机，有较高的强化系数，单缸功率达到250马力，柴油机装车功率可达4000马力（2940千瓦）。ND5型机车采用交—直流电传动，柴油机通过法兰盘直接驱动一台三相交流同步牵引发电机，通过硅整流装置把牵引发电机发出的三相交流电整流为直流电，再经过一套控制系统将电能输送给两台转向架上的六台直流串励牵引电动机，通过传动齿轮驱动车轮。牵引电动机采用固定全并联、全磁场方式，用提高牵引发电机调压比而非牵引电动机磁场削弱的方法，来满足机车恒功率速度范围的要求，使机车可在较宽的运行速度范围内实现恒功率控制。
ND5型机车并设有较完善的电子恒功率励磁控制系统（CHEC）、“警哨”粘着控制系统（Sentry）和保护系统，其电气控制方式已采用电子控制技术，由30块电子插件构成了机车恒功控制和粘着控制两大系统。恒功励磁控制系统（Constant Horsepower Excitation Control）依靠电子控制快速、准确地实现牵引发电机的恒功率，从而达到柴油机的恒功率控制，并引入多种修正和反馈信号，使系统对复杂多变的工作情况快速反应，使机车能够充分发挥功率和牵引力。ND5型机车电子控制系统的另一核心为“警哨”粘着控制系统，通过检测牵引电动机的转速来实现机车速度控制和空转保护，由于它能像哨兵一样监控和改善轮轨粘着状况而得名。

转向架

机车走行部为两台三轴转向架，轴式Co-Co。ND5型机车采用了轴箱导框式定位、摇枕式、有心盘、整体铸钢结构的转向架，结构简单可靠。一系悬挂为轴箱和转向架构架之间的圆弹簧，二系悬挂为车体和构架之间的四个橡胶旁承。机车的牵引力、制动力、纵横向冲击力通过心盘传递。牵引电动机采用抱轴式悬挂、单边齿轮传动。