ND5型柴油机车

背景

1980年代初，中國實施改革開放以後，國民經濟快速發展，鐵路客貨運量猛增，鐵路運輸能力全面緊張，貨運能力不足導致各地待運貨物、物資大量積壓，而大功率柴油機車數量不足是其中一個重要原因。當時已經投入批量生產的東風4型柴油機車，不僅產能不足、無法滿足需求，而且在柴油機、傳動系統以及製造工藝等方面也存在較多問題，機車可靠性和生產質量有待改進。中華人民共和國鐵道部經研究後決定，按「技貿結合」原則從國外進口一批大功率柴油機車，緩和機車運用緊張的局面。自1983年1月下旬起，鐵道部先後派出人員對蘇聯、加拿大和美國的內燃機車製造工廠進行考察。
與此同時，美國對華技術出口管制從1980年代起也開始逐步放鬆。1981年，里根總統入主白宮，出於政治、經濟及其全球戰略需要，放鬆了對華出口管制並對政策進行重大調整。1983年6月，美國政府宣布將中國提升為「友好的非盟國」待遇（Friendly but nonaligned），列入同其他大部分西方國家和發展中國家並列的V組。這一政策變化大大提高了美國企業可向中國出口的技術和產品的技術水平，促進了美國對華技術與產品的出口。

引進

在這樣的背景之下，中國經反覆比較後選定美國通用電氣運輸系統商業分公司的C36-7型柴油機車。C36-7型機車是通用電氣公司於1978年推出的大功率柴油機車，也是「Dash-7」系列產品中最後一種車型。1983年10月31日，中國向美國通用電氣公司訂購首批220台柴油機車的銷售合同和技術轉讓合同在北京簽訂，進口價格為每台98萬美元。這對當時處於不景氣狀態的通用電氣機車部門無疑是一筆重要的大訂單，通用電氣發言人曾表示這是該公司收到「單一生產批次的單筆最大訂單」（single biggest order for a single production run），並可為伊利工廠創造數百個就業職位。
這批機車按中國鐵路機車命名規範定型為ND5型，其中「N」代表內燃機車，「D」代表電力傳動，「5」代表中國第五種進口電傳動內燃機車。根據合同，ND5型機車將由通用電氣公司位於賓夕法尼亞州的伊利工廠（Erie plant）生產，並於1984年開始交付。此外，通用電氣並為ND5型機車負責三年或60萬公里的保證期，期間派員來華進行售後技術服務，發生的一切質量技術問題由其賠償。
首批共74台ND5型機車於1984年9月運抵中國天津港，其中0002號機車於天津港卸船時由於起吊重心錯誤而落水，打撈上岸經過修復後恢復正常使用；0003號機車為首台投入運用的ND5型機車，到達配屬段南京東機務段後安裝了中國鐵路標準的機車信號、自動停車裝置、列車無線調度電話等設備後，於1985年10月15日在滬寧鐵路首次牽引貨物列車投入正常服務。另一批共104台ND5型機車於1984年11月運抵中國上海港，其中0111號機車當卸船時因吊車鋼纜折斷而落水報廢。第一批共220台ND5型機車於1984年內交付完畢。
第一批ND5型（又稱Ｉ型）機車投入運用之後，鑑於機車性能表現良好，中國於1985年再次向通用電氣公司增加訂購第二批200台ND5型機車（又稱ＩＩ型），1987年內交付完畢。第二批機車根據在中國的實際運用情況和第一批機車存在的缺陷，對機車的多項設備和零部件作出了改進。兩批機車總體結構上基本相同，在外觀上第二批機車司機室較寬敞，加大了前窗瞭望玻璃；安掛了外凸式排障器，兩個總風缸都放在油箱之後。Ｉ型機車車號為0001～0220，共計220台，車身塗裝為翠綠色；ＩＩ型機車車號為0221～0422，共計202台，車身塗裝為墨綠色。其中0421、0422號機車是為了替補於1984年卸船時落水的0002、0111號機車，由通用電氣公司新造的ND5型機車。

技術轉讓

在進口ND5型機車同時，中國還與通用電氣公司簽訂了機車關鍵部件製造技術轉讓合同，由通用電氣公司向中方無償轉讓該型機車12項關鍵部件製造技術，引進項目包括GTA24A3型牽引發電機、GE752AF8型牽引電動機、輔助電機、電子控制產品、恆功勵磁裝置、輪對防空轉裝置、廢氣渦輪增壓裝置、7FDL-16型柴油機主要部件如氣缸套、活塞等。引進的主體為通用電氣的機車電傳動系統，而其他機械部件產品也各具特色，ND5型機車上這些產品的優點恰恰就是當時中國國產柴油機車技術的薄弱環節。
根據合同規定，大連機車車輛廠與通用電氣公司合作，用4年時間完成具有和通用電氣公司相同質量的樣機試製驗證，以考驗消化吸收和掌握技術的程度。從1985年開始，大連廠和通用電氣公司開始在東風4B型柴油機車基礎上，研製東風6型柴油機車。機車總體結構、機械部分由大連廠設計製造，電氣傳動系統和控制系統由通用電氣公司設計製造，機車性能達到同期通用電氣公司「Dash-8」系列標準。首兩台東風6型機車於1989年4月落成並投入試驗，但僅僅兩個月後中國發生了六四事件，美國政府譴責了中國的鎮暴行動，並宣布對華實施武器禁運和嚴格的經濟、技術制裁。隨著中美關係十年蜜月期的結束，東風6型機車最終也成為眾多「流產」的中美合作軍民兩用產品和技術出口項目之一。

總體結構

ND5型柴油機車採用由鋼板和型鋼焊接而成的外走廊罩式車體結構，設有單司機室，司機室前後分別為短端和長端。機車從前到後分別為砂箱、司機室和電氣控制室、動力室、冷卻室。司機室內有前後兩個操縱台，為兼顧嘹望和操縱的方便，Ｉ型機車的司機操縱台以45°方式斜置；而ＩＩ型機車改為中國國產機車傳統的橫向正面布置，增加了司機室的空間；司機室內壁並設有防撞梁和玻璃纖維隔音材料。司機室前後各有四扇和兩扇玻璃窗；ＩＩ型機車為方便嘹望加大了前方玻璃窗，前部砂箱短罩相應降低高度，並以電熱絲防霜玻璃取代Ｉ型機車的熱風防霜。機車動力室內設有柴油發動機組、矽整流裝置、勵磁機和輔助發電機等設備。位於機車後部的冷卻室內設有冷卻水系統和散熱風扇，冷卻室頂部為乾式散熱器，兩側並設有制動電阻。車底兩台轉向架之間設有燃油箱和總風缸，油箱容量為9900升。機車並設有重聯裝置。空氣制動機為26-L型制動機，具有階段緩解作用，緊急制動時能自動撒砂和切除功率。

動力系統

ND5型機車裝用一台通用電氣的7FDL-16型柴油機，這是一款16氣缸、四衝程、帶廢氣渦輪增壓的V型柴油機，有較高的強化係數，單缸功率達到250馬力，柴油機裝車功率可達4000馬力（2940千瓦）。ND5型機車採用交—直流電傳動，柴油機通過法蘭盤直接驅動一台三相交流同步牽引發電機，通過矽整流裝置把牽引發電機發出的三相交流電整流為直流電，再經過一套控制系統將電能輸送給兩台轉向架上的六台直流串勵牽引電動機，通過傳動齒輪驅動車輪。牽引電動機採用固定全並聯、全磁場方式，用提高牽引發電機調壓比而非牽引電動機磁場削弱的方法，來滿足機車恆功率速度範圍的要求，使機車可在較寬的運行速度範圍內實現恆功率控制。
ND5型機車並設有較完善的電子恆功率勵磁控制系統（CHEC）、「警哨」粘著控制系統（Sentry）和保護系統，其電氣控制方式已採用電子控制技術，由30塊電子插件構成了機車恆功控制和粘著控制兩大系統。恆功勵磁控制系統（Constant Horsepower Excitation Control）依靠電子控制快速、準確地實現牽引發電機的恆功率，從而達到柴油機的恆功率控制，並引入多種修正和反饋信號，使系統對複雜多變的工作情況快速反應，使機車能夠充分發揮功率和牽引力。ND5型機車電子控制系統的另一核心為「警哨」粘著控制系統，通過檢測牽引電動機的轉速來實現機車速度控制和空轉保護，由於它能像哨兵一樣監控和改善輪軌粘著狀況而得名。

轉向架

機車走行部為兩台三軸轉向架，軸式Co-Co。ND5型機車採用了軸箱導框式定位、搖枕式、有心盤、整體鑄鋼結構的轉向架，結構簡單可靠。一系懸掛為軸箱和轉向架構架之間的圓彈簧，二系懸掛為車體和構架之間的四個橡膠旁承。機車的牽引力、制動力、縱橫向衝擊力通過心盤傳遞。牽引電動機採用抱軸式懸掛、單邊齒輪傳動。