东方红1型柴油机车

開發背景

1950年代，中國開始踏上鐵路牽引動力內燃化和發展國產內燃機車的道路。1956年8月，由鐵道部鐵道科學研究院編制的中國首個鐵路科技發展規劃——《1956年—1967年鐵道科學技術發展遠景規劃》在全國鐵道科學工作會議上討論通過，指出「技術政策的中心環節是牽引動力改革，要迅速地、有步驟地由蒸汽機車轉到電力機車和內燃機車上去」，從此確定了牽引動力改革的方向。1956年至1958年，第一機械工業部機車車輛研究所、鐵道部鐵道科學研究院展開一系列的課題研究，通過技術人員的培養和技術資料的研究，初步掌握了內燃機車的工作原理、設計方法和試驗方法，完成了發展內燃機車的前期準備工作。
1958年起，在大躍進運動形勢的推動下，鐵道部各主要機車製造和修理工廠紛紛掀起「爭取生產內燃機車」的熱潮，包括長辛店機車車輛工廠試製的建設型柴油機車、大連機車車輛工廠試製的巨龍型柴油機車、戚墅堰機車車輛工廠的先行型柴油機車。在上述這幾種電力傳動柴油機車當中，除了仿製蘇聯TE3型機車的巨龍型機車以外，建設型和先行型機車都在動力與傳動裝置的配套上遇到了困難。由於中國當時動力機械工業的大型電機製造能力和技術水平還比較落後，無法提供與機車柴油機轉速和功率相匹配的發電機，建設型和先行型機車只能在柴油機和發電機之間增設一個減速齒輪箱。四方機車車輛廠在著手設計時也遇到同樣障礙後，根據「液力傳動和電力傳動並舉」的方針，決定冒著風險採用液力傳動技術。

研製過程

1958年6月，四方機車車輛廠與大連機車車輛研究所、上海交通大學、集寧機務段等組成聯合設計組，開始研製東風型液力傳動雙層摩托列車。1958年7月8日，戚墅堰機車車輛廠與四方機車車輛廠、上海鐵路局、上海交通大學、上海柴油機廠、無錫柴油機廠、上海電機廠等單位在上海成立了內燃機車協作組，經過協商後決定由戚墅堰工廠與上海交大、上海鐵路局、無錫柴油機廠、上海電機廠等單位共同研製2000馬力電傳動柴油機車（先行型），而四方工廠與上海柴油機廠等單位負責研製2000馬力液力傳動柴油機車（衛星型）。1958年7月18日，四方機車車輛廠完成了東風型摩托列車組的設計工作，並立即著手研製衛星型液力傳動柴油機車。1958年10月，在大連機車車輛研究所、鐵道部科學研究院、上海交通大學、北京工業學院等單位共同協作下，四方工廠完成了機車圖紙設計並投入試製。
1959年3月25日，大連機車車輛研究所負責設計試製的液力傳動裝置開始進行台架試驗。1959年4月10日，第一台原型車在四方機車車輛廠試製成功，以具有大躍進時代色彩的「衛星型」命名，車型代號NY1，其中「N」代表內燃機車、「Y」代表液力傳動、「1」代表第一種型號。衛星型機車是2000馬力的液力傳動幹線客運柴油機車，許多方面均借鑑自當時手執液力傳動技術牛耳的聯邦德國（西德），尤其柴油機及傳動裝置參考了德國聯邦鐵路V200型柴油機車。機車裝用兩台1000馬力的12V175型高速四行程柴油機，由上海柴油機廠、上海內燃機研究所、上海交通大學、無錫動力機廠共同試製，是德國戴姆勒-奔馳MB 820 Bb型柴油機的仿製產品。而傳動系統則採用了模仿福伊特的多循環圓液力傳動裝置。當時在關於液力傳動裝置型式結構的選用問題上曾經有一場爭論，應選用福伊特的多循環圓結構還是邁巴赫的米基德羅型單循環圓複合式結構，由於福伊特多循環圓結構相對簡單、維護方便，且換檔時對牽引力影響較小，而最終決定採用福伊特型液力傳動裝置。
1959年4月14日，衛星型機車（NY₁-0001）在膠濟鐵路四方至藍村之間進行第一次試運行；同年5月15日，機車完成第二次試運行後返廠解體檢查，並對液力傳動裝置進行可靠性試驗和各項改進。1959年5月至6月，全蘇鐵道運輸科學研究院內燃機車研究所所長富弗良斯基（Н. А. Фуфрянский）訪華，參加了TE1G型煤氣內燃機車的試驗總結及衛星型柴油機車的設計審查。同年6月初，四方機車車輛廠就衛星型機車的試製召開了會議，富弗良斯基發表講話並指出中國研製液力傳動內燃機車的速度出乎他的意料，不僅技術上達到了當時世界先進水平，而且培養了大批液力傳動內燃機車設計與製造方面的技術人員。
1959年10月國慶節期間，衛星型柴油機車與戚墅堰機車車輛工廠的先行型柴油機車、大連機車車輛工廠的巨龍型柴油機車、株洲機車車輛工廠的韶山型電力機車一同前往在北京展覽館展出，並於同年12月參加第二次全國工業交通展覽會。1959年11月12日，時任全國人大常委會副委員長、中國科學院院長郭沫若前往北京環形鐵道視察這幾種新機車並親自題詩祝賀：「電掣風馳今在眼，巨龍追逐衛星奔。韶山初見星星火，此日已經燎大原」。在大躍進運動期間倉促上馬的幾種內燃機車，由於設計經驗不足和製造工藝落後，這幾種機車的性能和質量均不盡如人意。經過多年的試驗改進後，只有巨龍型和衛星型得以定型並投入批量生產，也就是後來的東風型和東方紅1型柴油機車。而建設型和先行型機車僅經過初步試驗，而未能投入批量生產和正式使用。

試驗改進

1960年，NY₁-0001號機車已經試運行3600餘公里，後來由於柴油機曲軸發生裂紋而中斷試驗。1961年，四方機車車輛廠根據第一台機車的試驗結果，採用了經過改進的液力傳動裝置和中間齒輪箱等，試製了第二台衛星型機車（NY₁-0002號機車）。NY₁-0002號機車出廠後經過多次運行試驗，最高試運速度達到100公里/小時（設計構造速度為140公里/小時，因受路線條件限制，沒有試驗更高速度），柴油機最大運用功率達800馬力（設計為1000馬力），液力傳動裝置效率達0.81（設計為0.86），雖然尚未完全達到設計指標，但機車運作情況良好。1961年至1962年期間，為了挽救大躍進造成的機車車輛大量失修的局面，鐵道部要求機車車輛工廠「由造轉修」，集中力量進行機車車輛養護維修工作，這段時間的內燃機車研製工作進展亦較為緩慢。
1963年8月，隨著鐵路機車車輛失修狀況開始有了明顯好轉，為了組織內燃機車和電力機車的生產會戰，鐵道部機車車輛工廠管理總局會同國家計委、國家經委、國家科委、一機部、三機部、五機部等部委，成立了「大功率牽引動力內燃化、電氣化領導小組」，以解決內燃機車和電力機車的選型、定點、配套、協作等問題，目標是在兩三年內達到批量生產的水平。同時，國家經委並將內燃機車和電力機車列為國家新產品試製重點項目。1963年9月，國家計委、國家科委、鐵道部、鐵科院的領導以及有關的主要工程技術人員等前往青島，對四方機車車輛廠試製液力傳動柴油機車的情況作了實地考察，並在膠濟鐵路青島至濟南區間參加了一次運行試驗。考察結束後，領導小組向副總理薄一波、聶榮臻呈交的報告中，明確提出「首先應發展內燃牽引，而發展內燃牽引，必須在繼續研究試製電力傳動內燃機車的同時，大力研究試製液力傳動內燃機車」。
為了解決衛星型機車的柴油機供應問題，領導小組決定先從西德進口少量高速柴油機，以便在國產柴油機未定型生產前，使用進口柴油機試驗液力傳動裝置及車體結構等；同時，加快四方機車車輛廠的12V175Z型柴油機的試製工作，為日後的生產做好準備；抓緊上海柴油機廠12V180Z型柴油機的定型工作，爭取在1965年定型投產。1964年，四方機車車輛廠根據領導小組提出的機車選型方案，研製了紅星型液力傳動調車柴油機車，作為研製液力傳動幹線柴油機車的練兵產品。1965年，四方機車車輛廠建成了內燃機車綜合試驗台、大功率試驗台和小功率試驗台，並成功試製了工廠第一台12V175Z型柴油機。年內，四方機車車輛廠改進了衛星型機車的司機室鋼結構和隔音減震裝置，先後生產了NY₁-0003、NY₁-0004號兩台衛星型機車，其中NY₁-0003號機車裝用了從西德訂購的MB 820 Bb型柴油機，而NY₁-0004號機車則裝用四方機車車輛廠自己製造的12V175Z型柴油機。

定型投產

四方機車車輛廠對衛星型機車進行了多年的反覆試驗及改進之後，先後解決了液力傳動裝置換檔不靈、油溫過高、變矩器效率過低等問題，於1966年完成了第三次調整設計方案並上報鐵道部要求鑑定。與此同時，文化大革命開始之後多種鐵路機車都改取富有「革命」氣息的名稱，衛星型柴油機車亦改稱為東方紅1型柴油機車，自此掀開了中國鐵路以「東方紅」命名的液力傳動內燃機車家族的生產歷史。根據鐵道部工業總局的指示，四方機車車輛廠於1966年下半年停止生產蒸汽機車，開始批量生產已定型的東方紅1型柴油機車，機車車號序列從4205號開始，而之前生產的四台機車的車號也更改為4201～4204。1972年5月，隨著新一代的東方紅3型柴油機車研製成功，東方紅1型柴油機車亦宣告停產。從1958年到1972年，四方機車車輛廠生產了共106台東方紅1型柴油機車（4201～4306）
與在1966年之前試製的衛星型機車相比，正式定型的東方紅1型機車在車體結構和傳動裝置都有所變化。動力裝置主要採用四方機車車輛廠製造的12V175Z型柴油機，少量機車裝用上海柴油機廠提供的12V180Z型柴油機；為了提高柴油機的可靠性和使用壽命，將柴油機最大運用功率由1000馬力降至910馬力。此外，又重新設計了司機室外形，取代了之前使用的流線型車頭，既簡化了結構和生產過程，又改善乘務員嘹望條件，同時令司機室空間更為寬敞。傳動裝置採用經過改進的SF3010-1型液力變速箱，當中的液力變扭器型號也在生產過程中經歷多次變更。從1968年生產的4275號機車開始，又改用帶中冷器的12V175ZL型柴油機，最大運用功率提高至1050馬力，機車最高速度從140公里/小時降至120公里/小時。

運用歷史

1966年9月，東方紅1型4203號機車首先配屬北京鐵路局北京內燃機務段投入運用。1968年，錦州鐵路局山海關機務段開始從蒸汽機車貨運段向內燃機車客運段過渡，同年7月20日配屬首批5台東方紅1型機車，擔當津山鐵路的旅客列車牽引任務。1971年，北京機務段和山海關機務段的東方紅1型機車配屬數量已經分別達到29台、56台。從1970年代起至1980年代初，東方紅1型柴油機車曾經是京山鐵路、瀋山鐵路的主力客運機車，主要牽引北京至瀋陽區段的旅客列車、國際列車以及領導人專列，通常採用雙機聯掛。
1970年10月1日，廣州鐵路局廣州機務段配屬東方紅1型機車，用於牽引廣深鐵路廣州至深圳間的旅客列車，到1972年廣州機務段配屬東風型柴油機車後，東方紅1型機車全部調往其他路局。1971年，隨著京原鐵路建成通車，太原鐵路分局靈丘機務段投入使用，同年配屬東方紅1型機車3台，至1972年增加到9台，擔當靈丘至原平間客貨列車牽引任務。1976年，靈丘機務段增配新造的東風4型柴油機車，該段的東方紅1型機車調往山海關機務段。
1977年，北京機務段開始大量配屬北京型柴油機車，除了用於牽引專列的5台機車仍然留在北京機務段，其餘的東方紅1型機車全部集中配屬山海關機務段。截至1978年末，扣除已報廢的6台機車（4201～4204、4209、4210），山海關機務段配屬東方紅1型機車共95台。當時，除了山海關至濟南區間的三對交路由NY7型柴油機車擔任外，山海關機務段的其餘機車交路全部由東方紅1型機車擔任，包括山海關至瀋陽、北京、彰武的所有旅客列車。機車的架修、定修任務由山海關機務段擔負，而廠修則是在瀋陽機車車輛廠進行。東方紅1型機車經過長期的運用考驗，機務部門普遍認為該型機車設計合理、維護簡便，也很少發生故障。據山海關機務段的統計數字，1970年至1981年東方紅1型機車的臨修率為每十萬公里3.3件，1979年至1981年的機破率僅為每十萬公里0.007件。
1987年3月，鐵路部開始將東風4B型柴油機車配屬給山海關機務段。鑑於當時瀋陽鐵路局所管轄的許多幹線仍然採用蒸汽機車牽引，因此將淘汰下來的東方紅1型機車調往其他機務段使用，包括錦州機務段、梅河口機務段、通化機務段、通遼機務段等。1987年，通遼機務段配屬30台東方紅1型機車，擔當通霍鐵路煤炭列車的牽引任務。1989年4月起，東方紅1型機車配屬通化機務段和臨江機務折返段，投入鴨大鐵路渾江至臨江區段運用。同年，大連機務段配屬東方紅1型機車，用於牽引金城鐵路、旅順支線的客貨列車，替換建設型蒸汽機車。1989年，東方紅1型機車正式全面退出瀋山鐵路。1998年，東方紅1型機車全部停運報廢。

總體布置

東方紅1型柴油機車是幹線客運用的液力傳動柴油機車，按照雙機聯掛運用條件設計，需要時也可單機使用。機車採用單司機室的桁架式側壁承載車體，車體由底架、側牆、端牆、車頂、車頭等鋼結構焊接而成。側牆採用壓根鋼板製成以提高剛度。車體後端設有端門和通過台，以便雙機連掛時供司機通行。
司機室位於車體前端，當兩台機車重聯連掛使用時，可由任一機車的司機室操縱機車。4201～4204號機車採用整體圓弧過渡的流線型車頭，前窗玻璃採用兩塊有機玻璃製成。4205號以後的量產車採用了重新設計的車頭外形，結構和製造比原來的流線型車頭簡單，並在車體長度不變的條件下使司機室更加寬敞；前窗改用雙層鋼化玻璃以提高安全性，並加大了前窗和側窗尺寸以便嘹望。
動力室位於司機室後部，內裝有兩套完全相同、對稱布置，而又相互獨立的動力傳動裝置，亦可根據需要使用其中一套進行牽引作業，每套動力機組包括一台柴油機及一組液力傳動裝置。動力室內靠近車體中部位置設有散熱器和冷卻風扇，風扇由液力傳動箱輸出軸經萬向軸驅動。除此之外，動力室內還裝有空氣壓縮機、冷卻水泵、輔助發電機、傳動油熱交換器、燃油濾清器、燃油預熱器、預熱鍋爐等輔助設備。動力室車頂部分設有可拆式頂蓋，以便檢修和吊裝柴油機等大型部件。燃油箱設置於車體下方兩台轉向架之間。4201～4204號機車在動力室尾端設有總風缸和廁所，而4205號以後的量產車則取消了廁所，總風缸移至車底。

柴油機

4201～4202號機車裝用上海柴油機廠製造的12V175Z型柴油機，4203號機車裝用從西德訂購的梅賽德斯-奔馳MB 820 Bb型柴油機，4204～4274號機車大多裝用四方機車車輛廠製造的12V175Z型柴油機，當中亦有少數機車裝用上海柴油機廠製造的12V180Z柴油機。4275～4305號機車裝用四方機車車輛廠製造的12V175ZL型柴油機。4306號機車裝用四方機車車輛廠製造的12V180ZL型柴油機，用作路線試驗。
12V175Z型柴油機是上海柴油機廠、上海內燃機研究所、上海交通大學、無錫柴油機廠、無錫動力機廠於1959年共同試製的高速柴油機，這是中國研製國產高速大功率增壓柴油機的開端。該型柴油機是仿製西德的梅賽德斯-奔馳MB 820 Bb型柴油機（即MTU MB 12 V 493型柴油機，被廣泛應用於德國聯邦鐵路V200.0型柴油機車）。1961年，經國家經委協調，基本試製成功的12V175Z型柴油機轉交鐵道部四方機車車輛廠生產。12V175Z型柴油機為四行程、12氣缸、預燃室式、廢氣渦輪增壓的V型高速柴油機，曲軸用銅鉬合金球鐵或全纖維鍛造合金鋼製成，採用廢氣渦輪脈衝增壓系統，裝用天津機車車輛機械廠生產的35GP602型增壓器。氣缸直徑為175毫米，活塞行程為205毫米，氣缸夾角為60°，額定轉速為每分鐘1500轉，標定功率為1000馬力（735千瓦）。在4201～4204號機車上的裝車功率為1000馬力，在4205號以後量產車為910馬力。單位燃油消耗率為<175克/有效馬力·小時。
12V175ZL型柴油機是由四方機車車輛廠在12V175Z型柴油機基礎上，加裝增壓空氣中間冷卻器（中冷器），使柴油機平均有效壓力由996kPa提升至1010kPa，裝車功率提高至1050馬力（735千瓦）。
12V180Z型柴油機是由上海柴油機廠設計製造的高速柴油機，仿製自蘇聯的М-50 Ф-3型柴油機，於1962年10月試製成功、1965年投入批量生產。12V180Z型柴油機為四行程、12氣缸、渦輪增壓的V型高速柴油機，氣缸直徑180毫米，活塞行程205毫米，額定轉速為每分鐘1500轉，標定功率為1000馬力（735千瓦），裝車功率為910馬力。
12V180ZL型柴油機是因應援助坦贊鐵路需要，由四方機車車輛廠設計製造，以上海柴油機廠的12V180型船用柴油機為基礎，於1969年研製成功的高速柴油機，應用於援助坦贊鐵路的DFH1、DFH2型柴油機車，以及用於國內的東方紅3型柴油機車。該型柴油機為四行程、12氣缸、預燃室式、渦輪增壓、帶中冷器的V型高速柴油機，氣缸直徑180毫米，活塞行程205毫米，額定轉速為每分鐘1500轉。

傳動系統

東方紅1型柴油機車採用雙機組設計，每套傳動裝置由液力變速箱、中間齒輪箱、車軸齒輪箱、萬向軸等部件組成。柴油機發出的功率通過第一萬向軸輸入液力變速箱，然後扭矩從液力變速箱的下部輸出法蘭，經第二萬向軸輸入設於轉向架中部的中間齒輪箱，再從中間齒輪箱的兩端輸出，將扭矩經第三、四萬向軸傳送給前後兩個車軸齒輪箱，從而驅動輪對並產生牽引力。
液力變速箱通過螺栓安裝在與車架相連的安裝架上，採用仿福伊特的多循環圓式結構，內裝有一個起動變扭器（第一變扭器）和兩個結構相同的運轉變扭器（第二、三變扭器）。柴油機的功率經輸入軸輸入，經增速齒輪驅動泵輪軸，泵輪軸上安裝有三個變扭器的泵輪。由於第一和第二變扭器的高效區互相銜接，因此其渦輪用空心軸連接在一起，並共用一個減速齒輪輸出。第三變扭器的渦輪有單獨一個輸出齒輪。
在東方紅1型機車的試製和生產過程中，液力傳動裝置也經過了多次改進。4201～4204號機車使用SF3010型液力變速箱，其中4201～4202號機車使用B3型起動變扭器和B4型運轉變扭器，司機以電—風遙控進行手動換檔。4203～4204號機車使用B5型起動變扭器和B4型運轉變扭器，採用離心式自動換檔裝置。
從4205號機車開始則改用SF3010-1型液力變速箱，主要變化包括調整了變速箱控制閥位置，換向機構以風動合齒機構取代變扭器微量充油等。變扭器型號經歷了多次轉變，傳動效率亦日漸提高，先後使用過B5、B7、B8型起動變扭器，以及B4、B9、B10型運轉變扭器。

轉向架

機車走行部為兩台二軸轉向架。轉向架構架採用H字形的鋼板焊接結構。車軸軸箱採用雙拉杆定位結構，軸箱通過裝有橡膠關節元件的上、下軸箱拉杆與構架相連接，實現軸箱相對於構架的橫向和縱向定位。軸箱內裝有兩列滾柱軸承。轉向架構架側樑上設有滾柱式彈性旁承裝置，車體全部重量通過八個旁承由兩台轉向架支承，拋棄了傳統的搖枕懸掛裝置，提高了轉向架橫向穩定性。
彈簧懸掛裝置分為一系和二系懸掛兩部分。一系懸掛為軸箱與構架之間的軸箱圓彈簧。二系懸掛為置於旁承之下的四組圓彈簧，並車體和構架之間還配有垂向液壓減震器。由於轉向架中部設有中間齒輪箱，無法設置心盤，因此東方紅1型機車採用了由牽引杆、肘形槓桿及側承裝置組成的牽引杆系統來傳遞牽引力，並形成轉向架的假想轉動中心。基礎制軔方式為雙側鑄鐵閘瓦踏面制軔，轉向架的每側車輪各有一個制軔缸，分別驅動兩側各自的槓桿傳動機構。