东风6型柴油机车

背景

1980年代初，中國實施改革開放以後，隨著國民經濟快速發展，鐵路運輸能力全面緊張。為了滿足運輸需求，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。經反覆比較後，中國決定引進美國奇異運輸系統商業分公司「Dash-7」系列產品的C36-7型柴油機車，這批機車按中國鐵路機車命名規範定型為ND5型。1983年至1986年間，中國共進口了422台ND5型機車，配屬上海鐵路局、濟南鐵路局、北京鐵路局、瀋陽鐵路局，主要投入京滬鐵路、豐沙鐵路、京原鐵路、瀋大鐵路運用，有效緩解了當時鐵路運能緊張的情況，經濟效益十分突出。
作為一種通過「技貿結合」方式引進的機車，中國與奇異公司簽訂ND5型機車購買合同的同時，還簽訂了技術轉讓合同。技術轉讓分為兩個階段，第一期技術轉讓項目為ND5型機車關鍵部件製造技術轉讓，由奇異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型牽引馬達、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。引進的主體為奇異的機車電傳動系統，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。
合同並規定了第二期技術轉讓項目，在1985年至1989年的合作期間，由大連機車車輛廠與奇異公司合作改進中國國產的東風4型柴油機車，奇異公司幫助大連廠在東風4型機車上裝用奇異機車的電機、電器和微機控制設備，機車性能要達到同期奇異公司「Dash-8」系列C39-8型柴油機車的標準。其中機車總體結構、機械部分由大連廠設計製造，電氣傳動系統和控制系統由奇異公司設計製造，而機車的動力裝置也採用了由大連廠與英國里卡多諮詢工程師公司合作研製的16V240ZJD型柴油機。這種新型機車在設計階段曾被稱為東風4D型，並被列入鐵道部第七個五年計劃期間科技發展規劃。

研製

早於1984年，大連廠與英國里卡多諮詢工程師公司已經開始合作，對裝用於東風4B型機車的16V240ZJB型柴油機加以改進，並於1986年底研製出第一台16V240ZJD型柴油機，柴油機裝車功率為4000馬力（2940千瓦）。該台柴油機樣機先後在1987年12月和1988年2月順利完成了按國際鐵路聯盟標準規定的UIC100小時可靠性試驗和ORE360小時耐久試驗按照合同規定的進度，大連機車車輛廠於1988年1月完成機車的施工設計，隨即開始試製。同年8月起，由奇異公司製造的電氣設備陸續運抵中國並開始裝車。首兩台樣車分別於1988年12月和1989年1月完成總體組裝，並進行了初步試驗工作；同時，新機車由鐵道部正式命名為東風6型。兩台機車落成後，大連廠和奇異公司雙方聯合對樣車進行全面調試，使各項性能參數達到預期要求。1989年1月至3月，兩台樣車在瀋大鐵路大連至瓦房店、大石橋間進行了多次正線牽引試驗，表現出良好的牽引性能。
1989年4月5日，首兩台東風6型機車在大連機車車輛廠舉行了落成典禮大會，奇異公司副總裁麥可·洛克哈特（Michael D. Lockhart）、中國鐵道部總工程師沈之介、中共大連市委書記林聲等人參與了典禮和剪彩。

試驗

首兩台樣車出廠後，隨即配屬瀋陽鐵路局大連機務段進行運用考核試驗，並將東風6型機車與ND5型機車編入同一個車隊，投入瀋大鐵路運用，以客觀比較和評價東風6型機車的性能。1989年9月，鐵道部選取了東風6型0002號機車，在大連柴油機車研究所的機車定置試驗台上進行了牽引熱工性能試驗。試驗結果顯示，東風6型機車柴油機的運用功率和機車標稱功率都略高於ND5型機車，牽引性能較好，起動牽引力和持續牽引力分別比東風4型機車高22.75%、112.5%，並在很寬的速度範圍內具有較高效率，實測機車輪周效率達到35%以上，而在相同運用條件下油耗率指標與ND5型機車相當，機車各項技術指標均已達到1980年代世界上同類機車的先進水平。
然而，東風6型機車出廠僅僅兩個月後中國發生了六四事件，美國政府譴責中國的鎮暴行動，並宣布對華實施武器禁運和嚴格的經濟、技術制裁，這對後來東風6型機車的發展造成極大影響。

國產化

首兩台樣車上安裝了77種國外進口部件，引進價值達83萬美元。為了實現機車國產化，根據鐵道部科技發展計劃項目合同《東風6型機車國產化安排》的規定，大連廠與有關單位於1990年開始進行了引進部件的國產化，仿製零部件包括柴油機的主要部件如增壓器、噴油泵、噴油器等；電傳動裝置如牽引發電機、牽引馬達、電阻制軔櫃等；機車控制系統如微機裝置、顯示屏、傳感器等。1991年9月，第三台東風6型機車試製成功，國產化率達96%，除進口價值3萬美元少量配件和生產原材料外，其餘總價值80多萬美元的配件全部實現國產化。為了驗證國產化機車的性能和質量狀況，機車出廠後經過初步牽引試驗後，於1992年3月至4月在大連柴油機車研究所的機車定置試驗台上進行了牽引熱工性能試驗；並在1994年8月配屬大連機務段進行運用15萬公里考核試驗，擔當大連至大石橋區間貨物運輸。1994年，大連機車車輛廠向鐵道部申請試製第二台國產化東風6型機車並獲批准；1995年10月，第四台東風6型機車出廠，同樣配屬大連機務段投入3萬公里運用考核。
試驗和運用結果顯示，國產化機車各項主要技術指標均達到了設計目標，其輪周效率、油耗率、牽引力等參數雖略低於首兩台採用奇異公司進口部件的原裝機車，機車總體性能相差不多，但可靠性明顯打了折扣。一些國產化的關鍵部件使用壽命短、故障率高、屢壞屢換，例如國產化噴油泵不能使用，迫使再次向英國訂購；0004號機車剛出廠試運行就發生牽引馬達抱軸瓦燒損，經檢查後又發現抱軸瓦因製造工藝不當，全部出現裂紋需重新製造。
由鐵道部安排，國產化東風6型機車從1996年5月至1997年12月間完成了各項鑑定試驗。1998年10月，大連機車車輛廠向鐵道部科教司提出對東風6型機車安排進行部級鑑定的申請；同年12月通過部級標準化審查。1999年10月，東風6型機車正式通過部級鑑定。

東風10D型

為滿足中國鐵路幹線重載貨運的需要，大連機車車輛廠於1994年在東風10型機車基礎上，研製了東風10D型雙節八軸重載貨運機車。東風10D型機車大量採用了東風6型機車的技術，包括柴油機及電傳動裝置等，令其性能有較大提高。由於可靠性原因，東風10D型機車僅試製一組，未投入批量生產。

東風6A型

1995年，中國鐵道部立項進行柴油機車徑向轉向架的研製，設立了「東風6A重載柴油機車徑向轉向架」及「東風8B重載柴油機車徑向轉向架」兩個研究項目，分別由大連機車車輛廠、戚墅堰機車車輛廠主導，聯合上海鐵道大學、西南交通大學進行研製。東風6A型機車在東風6型機車基礎上，裝用柔性自導向徑向轉向架，以提高機車的通過曲線性能和粘著利用，減少輪軌磨耗。徑向轉向架的設計方案於1996年底進行了廠內設計審查。東風6A型機車並未投入試製，但其徑向轉向架後來被應用於2000年研製成功的東風4D型7000系機車。

總體結構

東風6型機車的車體結構繼承自東風4系列機車的設計，採用全焊接鋼結構框架式側壁承載車體，兩端設有同等功能的司機室，可雙向操縱機車，並設雙側內走廊。機車從前到後分別為Ｉ端司機室、電氣室、動力室、冷卻室、隔離間、ＩＩ端司機室。與東風4型機車相比，主要變化為壓低了司機室高度、司機室地板取消了二層台、加大了前窗和側窗玻璃等。電氣室內設有主整流櫃，頂部裝有一台臥式電阻制軔櫃。動力室在機車中部，安裝了一套柴油發電機組，其中動力室前部靠近發電機位置並設有前轉向架牽引馬達通風機、主發電機通風機、起動發電機等，而後部靠近柴油機位置設有車體通風機。冷卻室設有油水系統冷卻裝置，包括銅散熱器、高溫閉式循環冷卻水系統、膨脹水箱、後轉向架牽引馬達通風機、兩台空氣壓縮機等。隔離間設有預熱系統。機車下部兩台轉向架之間吊掛著燃油箱、蓄電池和總風缸。機車並設有重聯裝置。空氣軔機為國產JZ-7型軔機，手制軔裝置與東風4型機車相同。

柴油機

東風6型機車裝用一台16V240ZJD型柴油機，是在16V240ZJB型柴油機基礎上，通過與英國里卡多諮詢工程公司技術合作，於1986年開發完成的大功率機車柴油機，屬於240/275系列產品之一。該型柴油機為16氣缸、四行程、廢氣渦輪增壓的直噴式V型中速柴油機，重新設計了缸蓋和氣門機構，採用整體鑄鋼主軸承座與鋼板焊接而成的機體、稀土合金球鐵曲軸、定壓增壓系統；在50°V形夾角上方布置兩套增壓器和中冷器。柴油機裝車功率為2940千瓦，滿功率運轉時燃油消耗率為每千瓦小時207克，設計使用壽命為25000小時。柴油機並使用了部份國外進口配件，以提高可靠性，包括瑞士ABB公司VTC254-13型增壓器、英國布賴斯·伯傑公司（Bryce Berger）的噴油泵和噴油器、美國伍德沃德公司的PGEV調速器等。

傳動系統

傳動裝置為交-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馬達，通過傳動齒輪驅動車輪。東風6型機車採用了奇異公司先進的機車電傳動設備，包括牽引發電機、牽引馬達等。GTA32A1型三相交流同步牽引發電機（國產化型號為JF202型）電氣結構上與「Dash-8」系列機車所用的GMG187型牽引發電機完全相同，機械結構上根據與16V240ZJD型聯接要求改進設計。GE752AFC1型直流牽引馬達（國產化型號為ZD108型）是GE752AF系列牽引馬達的一種變型產品，其懸掛方式除抱軸部分保留與奇異公司電機原結構外，電機與轉向架的連接沿用了東風4系列機車的傳統形式。
由於東風6型機車選用了調壓比極高、恆功運用範圍廣並且有較高傳動效率的牽引發電機和牽引馬達，輔之以微機恆功勵磁系統，從而令機車具有優異的牽引性能，不僅有較大的起動牽引力與持續牽引力，並且有很高的恆功率速度。東風6型機車標稱功率達到2,425千瓦，在機車運用速度（從持續速度22.2公里/小時到最大設計速度118公里/小時）範圍內實現恆功牽引特性控制，因此東風6型機車並不需要牽引馬達的磁場削弱，也不需要像ND5型機車在主發電機設兩套獨立的電樞繞組進行串並聯轉換，電傳動裝置就能充分吸收柴油機的輸出功率。

控制系統

東風6型機車採用了以英特爾80186微處理器為核心的微機控制裝置，負責控制機車的恆功率勵磁、輪對防空轉防滑行、電阻制軔與制軔擴展控制、以及機電保護和故障診斷顯示裝置等，由大連廠與奇異公司共同設計、奇異公司製造。恆功勵磁控制系統通過聯合調節器上的負載控制電位器（Load Control Potentiometer，LCP），快速、準確地實現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。輪對防空轉防滑行系統通過檢測牽引馬達的轉速來實現機車速度控制和空轉保護，有效改善機車的粘著利用性能。然而，由於微機顯示屏語言為英文，當機車出現問題時司機難以迅速判斷和處理故障。

轉向架

機車走行部為兩台三軸轉向架，軸式Co-Co。除牽引馬達、齒輪箱、輪對外，其他部分均直接沿用東風4型機車的轉向架結構。一系懸掛為軸箱圓彈簧並帶有液壓減震器，二系懸掛為橡膠堆。牽引力和制軔力通過低位四連桿機構牽引裝置傳遞。牽引電機懸掛方式為滑動抱軸承式半懸掛、單邊齒輪傳動。