東風11型柴油機車

背景

1987年，為了提高中國鐵路旅客列車的運行速度、增加繁忙幹線的客運能力，中華人民共和國鐵道部、國家科委、國家計委將新型快速客運柴油機車、電力機車的研製列入了「七五」國家重點科技攻關項目。經過評標過程後，戚墅堰機車車輛廠獲中國鐵道部選定為新型大功率客運柴油機車的研製單位。1990年11月，戚墅堰機車車輛廠完成試製首台東風9型柴油機車，採用了16V280ZJA型大功率柴油機、輪對空心軸式牽引馬達全懸掛裝置、高柔圓彈簧二系懸掛轉向架等新技術，最高試驗速度達到145公里/小時。
與此同時，中國鐵道部決定對廣深鐵路既有路線進行技術改造，用較少的投資、較短的時間將既有路線改造成能夠開行時速160公里旅客列車的准高速鐵路，為未來發展高速鐵路進行探索和試驗。1990年，鐵道部發布《鐵計【1990】1號文》，正式將「廣深鐵路實現旅客列車最高速度160km/h的技術方案研究」列入1990年鐵道部科學技術發展項目，並將准高速客運柴油機車的研製列入「八五」國家重點科技攻關項目。

研製

1990年7月，中國鐵道部、國家計委、國家科委及廣東省委部門在廣州召開了「廣深線旅客列車最高時速160km行車實施方案論證」，明確要求戚墅堰機車車輛廠在東風9型柴油機車的基礎上，立即著手進行160公里/小時客運機車的方案論證和設計；同時並要求對試製中的東風9型0002號機車，通過改變牽引齒輪傳動比，使機車最高速度由140公里/小時提高到160公里/小時，以配合廣深准高速鐵路的科技攻關項目試驗，成為中國鐵路史上第一台准高速客運機車。1990年11月，鐵道部正式將正在研製中的時速160公里/小時准高速客運柴油機車定型為東風11型，車型代號DF11。
1990年末，戚墅堰機車車輛廠開始與鐵科院機車車輛研究所、大連柴油機車研究所、株洲電力機車研究所、四方車輛研究所、戚墅堰機車車輛工藝研究所、西南交通大學、上海鐵道學院、永濟電機廠等單位合作研製東風11型准高速客運機車。1991年3月，鐵道部以《鐵科函【1991】99號文》下達「廣深線准高速東風11型柴油機車設計任務書」。1991年8月，東風11型機車的技術設計審查在北京二七機車廠內舉行，同年年底完成工程設計。而在試製東風11型機車之前，戚墅堰機車車輛廠通過改變東風9型0002號機車的牽引齒輪傳動比，將機車構造速度由140公里/小時提高到160公里/小時。1992年3月至4月，北京環行鐵道試驗基地進行了「廣深線准高速科技攻關項目綜合試驗」，東風9型0002號機車的最高試驗速度達到163公里/小時，為東風11型機車的設計研製及准高速列車的運行提供了大量試驗數據。

試驗

首台東風11型機車（0001）於1992年4月開始試製，同年12月完成試製並通過鐵道部驗收。1993年3月，東風11型0001號機車在北京環行鐵道試驗基地進行第一次調整試驗，並於同月20日達到167公里/小時的試驗速度。1993年8月，戚墅堰機車車輛廠試製完成第二台東風11型機車（0002）；同時，0001號機車在南昌機務段進行了夏季高溫冷卻能力試驗。1994年3月至6月，東風11型0001號機車在北京環行鐵道繼續進行牽引性能、動力學性能和制軔性能等各種鑑定試驗和綜合性能試驗；1994年4月11日，東風11型0001號機車牽引7輛25Z型客車，在北京環行鐵道外環線試驗的最高實驗速度達到了183公里/小時，創下了當時的「中國鐵路第一速」。
根據1993年12月在廣州召開的「廣深准高速鐵路第三次科技攻關和建設工作會議」，為了滿足廣深線未電氣化改造前牽引准高速旅客列車的需要，決定擴大東風11型機車的試製規模，再製造另外三台機車予廣深線使用，戚墅堰機車車輛廠分別在1994年8月、10月、12月完成試製了東風11型0003、0004和0005號機車。1994年9月21日，東風11型機車開始在廣深准高速鐵路進行路線開通前的路線、信號、安全評估試驗，完成對從法國引進的U—T多信息自動閉塞及分級速度監控設備（UM-71型軌道電路、TVM-300車載號誌系統）的測試，至同年12月8日完成了歷時79天的提速試驗，試驗中准高速列車最高時速達到174公里。1994年12月22日，經提速改造後的廣深准高速鐵路正式開通，首批5台東風11型機車均配屬廣州鐵路集團廣州機務段運用，擔當牽引25Z型准高速旅客列車投入商業運行，初期每日開行2對廣州東—深圳的准高速列車（准高1/2次、准高3/4次）。1995年3月28日起，東風11型機車並開始牽引廣九直通車，全程運行時間從原來的2小時40分縮短到1小時59分。及後，所有牽引廣深、廣九直通車的此型機車，曾改配深圳機務段；而在深圳機務段於2007年撤銷後，所有此等機車恢復配屬廣段。
1995年6月，基於廣深准高速鐵路提速改造的成功經驗上，為即將實施的中國鐵路第一次大面積提速進行技術準備，中國鐵道部決定在滬寧鐵路、京秦鐵路、瀋山鐵路、京廣鐵路鄭州至武昌區段等既有幹線上進行大規模提速試驗。1995年10月，鐵道部在滬寧鐵路組織進行中國鐵路史上首次既有線提速試驗，主要試驗項目包括列車起動加速度、制軔性能、機車車輛動力學性能及提速道岔等，東風11型0005號機車牽引10輛25B型雙層客車、1輛發電車、2輛試驗車共13輛編組時，最高速度為150公里/小時；當牽引5輛25Z型准高速客車、1輛發電車、2輛試驗車共8輛編組時，最高試驗速度達到173.5公里/小時。1995年11月，東風11型0005號機車在京秦鐵路進行第二次提速試驗，最高實驗速度175.7公里/小時。
1996年4月1日，由東風11型機車牽引的中國第一列快速旅客列車「先行號」在滬寧鐵路投入商業運行，南京和上海之間的單程運行時間縮短到3小時之內。1996年7月1日，北京鐵路局在京秦鐵路開行了「北戴河號」快速旅客列車，北京至北戴河的運行時間僅需2小時30分鐘。同月，東風11型0019號機車又在瀋山鐵路進行了既有線提速實驗，最高速度達到183.7公里/小時。以上提速試驗為1997年4月展開的中國鐵路第一次大提速奠定了技術基礎，東風11型機車於1996年2月通過部級技術鑑定，1997年獲國家科技進步一等獎。2002年4月1日，時任鐵道部副部長劉志軍視察戚墅堰機車車輛廠時，指出「沒有戚墅堰工廠的東風11，就沒有中國鐵路的四次大提速」。

運用

通過部級技術鑑定後，戚墅堰機車車輛廠於1996年開始批量生產東風11型機車；同年3月，上海鐵路局上海機務段配屬了二台東風11型機車（0006、0007），擔當牽引「先行號」快速旅客列車；同年6月，北京鐵路局北京機務段配屬了二台東風11型機車（0010、0011），擔當牽引「北戴河號」快速旅客列車。此後廣州鐵路集團、上海鐵路局、北京鐵路局、瀋陽鐵路局、濟南鐵路局相繼增配東風11型機車，成為牽引准高速旅客列車的主型大功率快速柴油機車。在1997年和1998年實施的中國鐵路第一次及第二次大提速之中，京哈鐵路和京滬鐵路上的大部分特快列車均由東風11型機車擔當牽引任務。
2000年開展的第三次大提速中，重點提速範圍移至中西部地區，東風11型機車開始擔當蘭新鐵路、京九鐵路、以及隴海鐵路鄭州至徐州區段的旅客列車牽引任務，戚墅堰機車車輛廠並為烏魯木齊鐵路局、蘭州鐵路局提供了東風11型高原型機車，鄭州鐵路局、南昌鐵路局也開始配屬東風11型機車。2001年，中國鐵路實施第四次大提速，東風11型機車承擔了京九鐵路、漢丹鐵路的提速列車牽引任務。至2005年停產，戚墅堰機車車輛廠累計生產了459台東風11型柴油機車，均主要配屬於北京鐵路局、上海鐵路局、廣州鐵路集團、烏魯木齊鐵路局、蘭州鐵路局、南昌鐵路局、瀋陽鐵路局、武漢鐵路局及鄭州鐵路局。
本型機車由1995年至2012年間，曾用於牽引廣九直通車，並隸屬於廣深鐵路股份有限公司轄下的深圳機務段（廣鐵深段，已降級為筍崗客技站）；而自2012年12月21日及以後，則由十輛指定的韶山8型電力機車取代，自此所有在港鐵系統內行駛的載客列車（包括直通車），均以電力驅動；在12月21日港鐵完全電氣化前，晚上8時許開往廣州東的T802次廣九直通車，成為港鐵最後一班柴油動力載客列車。

總體結構

東風11型柴油機車採用低合金鋼側壁承載結構棚式車體，設雙側貫通式內走廊、雙端司機室，司機室頭部為25°傾角的適度流線型結構。機車車體從前到後依次為第一司機室、電氣室、動力室、冷卻室、輔助室和第二司機室。電氣室內設有高低壓電器櫃、信號系統控制櫃、微機控制櫃、主整流櫃、牽引電機通風機，臥式制軔電阻櫃設置於靠近動力室的頂部。動力室在機車中部，安裝了一套柴油發電機組，以及起動發電機、勵磁機、燃油輸送泵、空氣濾清器等輔助裝置。冷卻室內設有V型結構的散熱器和冷卻風扇，此外並設有牽引電機通風機、靜液壓變速箱、機油熱交換器、空氣壓縮機等設備。輔助室內安裝預熱鍋爐及其控制櫃。車底兩台轉向架之間設有燃油箱、總風缸和蓄電池組。

柴油機

機車裝用一台16V280ZJA型柴油機，為16氣缸、四行程、廢氣渦輪增壓的V型中速柴油機，是在東風8型機車裝用的16V280ZJ型柴油機基礎上改進設計而成的大功率柴油機，其裝車功率比16V280ZJ型柴油機高300千瓦，燃油消耗率也有所降低。氣缸直徑280毫米，活塞行程285毫米，標定功率3860千瓦，裝車功率3610千瓦，並採用了江津增壓器廠引進瑞士ABB公司專利生產的高壓比、高效率的VTC254-13型增壓器和模件式脈衝轉換增壓系統（MPC）。空氣濾清裝置為兩級濾清系統，分別為慣性濾清器和鋁板網式濾清器。

傳動系統

東風11型機車採用交—直流電傳動，裝用一台額定功率3600千伏安的JF204C型三相交流同步發電機，和六台額定功率530千瓦的ZD106型直流牽引馬達。柴油機通過彈性聯軸節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，再將電能輸送給兩台轉向架上的六台並聯的直流串勵牽引馬達，通過傳動齒輪驅動車輪。機車標稱功率3040千瓦，最高恆功速度為160公里/小時，最高運行速度為170公里/小時。東風11型機車單機牽引定額640噸的旅客列車（約12節車廂）時，在平直道上的最大平衡速度可達167公里/小時；牽引定額1100噸的大編組旅客列車（約20節）時，在平直道上的最大平衡速度可達143公里/小時。
機車採用基於英特爾80C186微處理器的微機控制系統，具有恆功勵磁控制、防空轉防滑行控制、故障診斷顯示功能，能使機車在任何工況時處於最佳狀態下恆功率運行，並具有全功率自負荷試驗功能的電阻制軔系統，以及電空制軔系統、TVM-300車載號誌系統、移頻車載號誌及軸承溫度檢側等新技術。

轉向架

機車走行部為兩台准高速架懸式三軸轉向架，是在東風9型機車基礎上改進而來，機車軸式Co-Co。軸箱採用拉杆式定位，一系懸掛裝置由軸箱拉杆、一系螺旋彈簧和垂向油壓減振器組成；二系懸掛採用高柔圓彈簧及橡膠墊，車體與轉向架之間並裝有垂向減振器、橫向減振器和抗蛇行減振器。牽引力和制軔力通過轉向架與車體底架間的低位平行四桿牽引機構傳遞。牽引馬達採用雙側六連杆輪對空心軸全懸掛安裝方式，馬達與齒輪箱組成的傳動部件的全部重量懸掛在轉向架構架上，牽引馬達的扭矩通過空心軸和兩端的六連杆聯軸盤傳遞到輪對。考慮到牽引馬達全懸掛結構及路線不平順度對準高速運行的影響，東風11型機車把東風9型機車的圓筒形空心軸改成錐度空心軸，增大車軸與空心軸之間的間隙，適應速度提高後車軸跳動量增大的需要，並調節了一、二系懸掛系統的剛度和阻尼，以確保機車准高速運行的可靠性。基礎制軔裝置為雙側雙閘瓦踏面制軔，採用QB-2型獨立作用式單元制軔器。

技術改進

在生產過程中，戚墅堰機車車輛廠也對東風11型機車進行了改進。早期的東風11型機車微機控制系統採用黑白顯示屏，顯示清晰度低，從1998年開始生產的機車改為採用大屏幕彩色液晶顯示屏。東風11型機車原設計空氣制軔風源系統採用了二台供風量為1.6立方米/分鐘的W-1.6/9型空氣壓縮機，但投入營運後發現提速客車的空氣彈簧、塞拉門、集便器等車用設備大量使用壓縮空氣，使得空氣壓縮機長期處於工作狀態，因而研製了供風量為2.4立方米/分鐘的V-2.4/9型空氣壓縮機，從1999年開始使用。同時空氣管路改用雙管供風系統，一路供列車制軔用風，另一路供客車設備用風，以確保列車制軔用風的需要。由0367號機車起，改用標準化司機室。
由於中國鐵路在2000年10月21日開展第三次大提速，蘭新鐵路特快旅客列車速度提升至最高140公里/小時。蘭新鐵路具有風沙大、高海拔、溫差大、坡道大四大特點，戚墅堰機車車輛廠對配屬烏魯木齊鐵路局、蘭州鐵路局的東風11型高原型機車作出了相應改進。機車安裝完善的雙側進風空氣濾清／濾沙裝置，柴油機空氣濾清器系統由2級濾清改為4級濾清，進風口增設了一道防沙網。但由於這些措施增加了進氣阻力，故每個增壓器改從機車兩側同時進氣以加大進氣面積，增加空氣流量滿足柴油機對進氣量的要求。另外又修改了微機控制軟體的柴油機海拔功率校正參數，以保護柴油機和渦輪增壓器。由於蘭新線長大坡道多，故加大了齒輪傳動比，由76：29改至65：22，並加大了增壓器的功率，機車最大起動牽引力從原來的245千牛提高到277千牛，提高了13.1%；持續牽引力從原來的160千牛提高到181.5千牛，提高了13.5%，但最高運行速度降至153公里/小時。

衍生改型

戚墅堰機車車輛廠曾在2001年至2003年提出研製東風11型准高速柴油機車的改進衍生產品，以滿足不同的需要，分別有兩種方案。但由於此後中國鐵路發展方向的改變，這兩項計劃最終均被取消。

8000系

由於吉林鐵道職業技術學院的教學需求，戚墅堰機車車輛廠在2018年末又為其新造了一台東風11型柴油機車，編號8001。該車使用了東風11G的外觀設計和東風11的塗裝，最大速度158公里/小時。

東風11AJ型

東風11AJ型（DF11AJ），戚墅堰廠內早期代號為東風11B型，曾被列入2002年鐵道部科研計劃，是中國國內至今惟一獲鐵道部批准立項研究的大功率交流傳動客運柴油機車。機車以東風8CJ型和裝車功率達6000馬力的16V280ZJB型大功率柴油機為基礎，採用交流傳動、輪盤制軔、牽引馬達全懸掛、交流輔助系統、流線型頭型等技術，機車標稱功率為4410千瓦，可在牽引20節客車定額1100噸的情況下最大時速達到160公里，滿足繁忙幹線旅客列車進一步擴編和提高旅行速度的需要。戚墅堰機車車輛廠於2003年1月完成了東風11AJ型機車的技術設計，並於同年2月通過了鐵道部技術設計評審，3月中旬開始施工設計，但研製計劃最終不了了之，僅試製了少量零部件。而東風11AJ型機車的流線型車體設計方案後來被東風11G型機車採用。

東風11C型

東風11C型（戚墅堰廠內早期代號）機車採用牽引電機全懸掛、徑向轉向架，計劃將東風8B型7001號機車的徑向轉向架技術移植到東風11型的牽引馬達全懸掛轉向架上，以滿足曲線多且半徑小的山區鐵路列車提速的需求。

出口型

2016年，戚墅堰廠為肯亞蒙內鐵路製造5台DF11型幹線客運柴油機車，這五台機車採用與東風11G型柴油機車相同的頭型。