NY5型柴油机车

開發背景

1960年代，為了增加列車牽引重量和提高行車速度，柴油機車單機功率伴隨著技術發展而不斷提高。1961年，美國向西德訂購的ML4000 C'C'型液力傳動柴油機車投入運用，從此掀開了4000馬力等級及以上大功率柴油機車的發展序幕。正當大功率液力傳動柴油機車已經問世的時候，電力傳動柴油機車還仍然採用直流傳動方式，但受到直流發電機的換向條件和尺寸重量限制，直流傳動柴油機車的單機功率一般都不超過3000馬力，因此相較之下液力傳動方式在當時占有明顯優勢。1960年代初至1970年代初，這段時期是大功率液力傳動柴油機車的發展高峰，西德、美國、蘇聯、法國等國家均致力於提高柴油機和液力傳動裝置的功率，並曾經設計製造了十多種4000馬力或以上的液力傳動柴油機車。

引進過程

為了引進西德的液力傳動先進技術，中國早於1961年已經開始與西德的機車車輛製造企業接觸，就引進大功率液力傳動柴油機車的計劃進行磋商，並派員赴西歐多國對柴油機、液力傳動裝置、柴油機車進行選型考察。亨舍爾、克虜伯、克勞斯-瑪菲、斯默林-格拉茨-鮑克爾等著名機車製造商，都曾經向中國推薦過多種大功率柴油機車的技術方案。1965年12月，經過比較和參考德國聯邦鐵路液力傳動柴油機車的使用情況後，中國技術進出口總公司與西德亨舍爾公司正式簽訂總值約合250萬美元的外貿合同，引進四台以德國聯邦鐵路V320型柴油機車為基礎、根據中國方面訂貨要求而設計的4000馬力液力傳動柴油機車，作為自主研製大馬力液力傳動柴油機車的技術樣板。
在東西方對峙持續升溫的冷戰時期，西方國家對華技術輸出不免觸動美國的神經，而且當時擁有亨舍爾公司49%股份的美資摩根擔保信託公司，亦可能願意為這筆交易安排融資。根據已解密外交檔案顯示，美國財政部最早在1963年5月已經開始評估這一交易的影響，但這時華府內部已經逐漸形成了一個共識，認為如果繼續向美國公司的盟友和國外子公司施加壓力、要求嚴格控制對華貿易，這在政治上和經濟上都是徒勞的，因此華府沒有試圖阻止亨舍爾向中國出售鐵路機車。
這種4000馬力液力傳動柴油機車採用雙機組設計，機車上設有兩套相同的動力傳動裝置，並選用戴姆勒-奔馳MB 839 Bb型高速柴油機和福伊特L830rU型液力傳動裝置，機車還設有工況齒輪機構，當作為客運機車時的最高速度為160公里/小時，作為貨運機車時的最高速度為120公里/小時。該型機車在中國國內被定型為NY5型柴油機車，其中「N」代表內燃機車、「Y」代表液力傳動，機車編號為0001～0004。該型機車由位於德國黑森州卡塞爾的亨舍爾機車工廠組裝，在亨舍爾公司的內部設計代號為DHG 4000，機車生產序號為31.196～31.199。1966年底，NY5型柴油機車出廠後在巴伐利亞州境內的紐倫堡－班貝格鐵路（班貝格至福希海姆區段）完成了高速運行試驗（該區段是德國聯邦鐵路第一個時速200公里的高速試驗區段），最高速度達160公里/小時。機車完成出廠驗收試驗後在漢堡港分兩批裝船啟運。

運用歷史

1967年初，四台NY5型柴油機車相繼運抵中國，配屬北京鐵路局北京內燃機務段，同年3月正式投入運用。1967年5月4日至6日，NY5型0003號機車在京山鐵路和瀋山鐵路進行了高速試運行，試驗列車由13節車輛組成，其中包括一節動力學試驗車和一節軌道檢測車；北京至瀋陽之間全程840餘公里，試驗列車的運行時間僅為8小時50分鐘，較當時京瀋之間最快的11/12次特快列車縮短超過2小時，最高試驗速度達157公里/小時，全程平均運行速度達100公里/小時。1968年夏季，為了消化吸收西德的液力傳動技術，鐵道部工廠總局安排有關單位在四方機車車輛廠內，對NY5型柴油機車所使用的福伊特L830rU型液力傳動裝置和KB510型液力制軔器進行測繪。
NY5型機車投入運用以後由於性能表現良好，同時為了緩解缺乏大功率柴油機車的局面，中國於1970年決定再次向亨舍爾公司訂購一批功率更大的液力傳動柴油機車，包括裝用MTU 16V 652 TB10型柴油機的NY6型柴油機車（4600馬力），以及裝用MTU 12V 956 SB10型柴油機、號稱當時世界上單機功率最大液力傳動柴油機車的NY7型柴油機車（5400馬力），這三種車型被機務部門暱稱為「大馬力」。1970年代，「大馬力」機車主要擔當京包鐵路北京至張家口、京山鐵路北京至山海關、京廣鐵路北京至安陽區段的旅客列車牽引任務。1970年代後期開始，隨著北京內燃機務段增配北京型柴油機車，「大馬力」機車改為擔當京包鐵路、京承鐵路、京原鐵路、豐沙鐵路等北京周邊山區鐵路幹線的客運牽引任務，其中NY5型機車主要用於牽引豐沙鐵路北京至張家口區段的旅客列車。
「大馬力」機車擁有當時國際上最為先進的液力傳動技術，對中國的液力傳動柴油機車發展具有重要的促進作用，中國從中吸收了變扭器葉型、端面齒輪連接、萬向軸和軸承等方面的設計製造技術，使國產液力傳動裝置的性能和可靠性得到大幅提升，並且被應用於北京型、東方紅3型、東方紅4型等國產機車，特別是採用單機組傳動系統的北京型柴油機車，其液力變扭器效率和輪周效率均已達到了世界先進水平。「大馬力」系列機車一直以極高的安全可靠性而備受機務部門讚譽，根據1980年北京內燃機務段液力傳動機車使用情況的數字統計，「大馬力」機車的每十萬公里機破件數、臨修件數、機車不良率均優於國產的東方紅3型、北京型機車，零部件檢修周期亦一般比國產機車長約五倍，而配件的磨耗和更換率也相對較低。
「大馬力」系列機車從投入運用開始，由於沒有工廠能夠承接大修任務，機車一切修程都由北京內燃機務段承包，段修範圍有些方面甚至已擴大到廠修的範圍，例如柴油機機體的曲軸主軸瓦孔的塗鍍與鏜孔等，但還有些問題是段方無能力解決的，有些重要零部件長期得不到維修保養，對機車運行構成安全隱患。例如因為沒有合適的退輪設備，車輪大修問題一直未能徹底解決。國產機車一般走行60～70萬公里就需要入廠大修，而許多「大馬力」機車的走行里程已超過300萬公里，但輪對仍然沒有正常進行廠修。除此之外，對於進口機車而言，配件供應往往決定機車使用壽命，但國家每年分配用於進口配件的外匯款額非常有限，進口配件的價格逐年上漲，而且某些配件在國外已停止生產，因此配件供應亦是長期困擾著「大馬力」系列機車的另一個問題。早在1967年，北京內燃機務段就開始嘗試用國產配件代替部分進口配件，例如選用上海汽車配件廠生產的燃油濾清器濾芯取代西德進口的原廠產品。1980年代起，氣缸套、預燃室、主軸瓦等亦開始採用國產配件。
1986年，由於輪對長達二十年沒有大修，加上配件嚴重缺損等原因，NY5型0002號、NY5型0004號機車經由鐵道部批准報廢，兩台機車報廢時已分別走行325萬和324萬公里，車上的零部件用於維修其他「大馬力」機車。1987年11月，NY5型0004號機車的轉向架經過改造後，改裝於正在進行架修的NY7型023號機車。餘下的NY5型0001號、0003號機車也於1990年代初先後報廢。

總體布置

NY5型柴油機車是4000馬力幹線客貨兩用液力傳動柴油機車，機車採用全鋼焊接結構的框架承載式車體，焊接在一起的車體和車架共同構成一個剛性的整體承載結構。車底架長度為21,500毫米，轉向架中心間距為12,300毫米，車鉤中心線間距為23,110毫米，車架兩端設有裝有排障器、自動車鉤和車鉤緩衝器。車體部分用輕型鋼結構製成，並在外部敷以薄鋼板作為蒙皮。機車採用雙端司機室、雙側對稱結構的布置，可根據行車方向由機車任一端司機室操縱機車，但由於未考慮到機車運行過程中對動力室的巡檢，兩端司機室僅用單側通道相連。車內設備布局採用雙機組對稱布置，裝有兩套相同而獨立的動力傳動機組，每套機組包括一台柴油機及傳動裝置，可以根據需要使用其中任何一套或兩套同時工作。車體內部從前端至後端分為第一司機室、第一動力室、傳動冷卻室、第二動力室、第二司機室等五個部分。
司機室內設有正副司機操縱台、電氣控制櫃、空氣制軔閥、手制軔器手輪等設備。兩個動力室各裝有一台柴油機，以及燃油及機油的輸送和加熱等配套設備。第一動力室內裝有一台電動的主空氣壓縮機，另外還設有一台輔助柴油機，用於驅動輔助空氣壓縮機和輔助發電機；第二動力室內還設有一台預熱鍋爐。當機車長時間停車待機時，由輔助柴油機供應輔助電源和壓縮空氣，避免主柴油機在無負荷情況下長時間運轉，並且有效節省燃油消耗。傳動冷卻室內下部的車架上裝有兩組液力傳動裝置，每組液力傳動裝置各自設有輔助輸出軸，並通過彈性聯軸節驅動起動發電機和靜液壓泵。NY5型柴油機車設有兩套彼此獨立的冷卻水系統，兩套V型結構的散熱器組設置在傳動裝置上方，每組銅質管片式散熱器由28個冷卻單節組成，散熱器元件採用德國著名冷卻設備製造商貝洱公司（Behr）的產品。每組散熱器各設有兩台軸流式冷卻風扇，分別為柴油機主循環系統和中冷器次循環系統冷卻。冷卻空氣從車體側牆上的通風百葉窗口吸入，流經散熱器和吸收熱量之後從車頂排出。車體下方兩台轉向架之間的空間，吊掛著一個容量為7700升的燃油箱、兩個總風缸和蓄電池組。

柴油機

NY5型柴油機車裝用兩台由戴姆勒-奔馳公司製造的MB 839 Bb型柴油機，該型柴油機是在MB 820型柴油機基礎上發展而來的四行程、16氣缸、V型結構、預燃室式、廢氣渦輪增壓、中間冷卻的高速柴油機，氣缸內徑為190毫米，活塞行程為230毫米，氣缸夾角為45°，UIC標定功率為2,000馬力，裝車功率為1,700馬力，標定轉速為每分鐘1,450轉。在V型夾角上面布置著兩台勃朗-包維利公司（BBC）製造的VTR 250型渦輪增壓器，每台增壓器旁邊還設有用於冷卻增壓空氣的中冷器，其排氣管與柴油機進氣管相連。柴油機採用整體鑄鐵機體、特種鑄鐵濕式氣缸套、整體鋁合金非油冷活塞、合金鋼整體鍛造曲軸、單體式鑄鐵氣缸蓋、叉形連杆組、矽油減震器。除了出口中國的NY5型柴油機車外，MB 839系列柴油機還大量裝用於德國聯邦鐵路的V160、V162型單機組液力傳動柴油機車，以及V320型雙機組液力傳動柴油機車。

傳動系統

NY5型柴油機車是採用雙機組設計的液力傳動柴油機車，車上裝有兩套相同而又互相獨立的動力傳動機組，分別驅動兩台三軸轉向架。液力傳動系統包括液力變速箱、分配齒輪箱、車軸齒輪箱、中間支承、萬向軸等部分組成。液力變速箱的安裝位置靠近車體中部，而柴油機則安裝在司機室之後，分配齒輪箱安裝在轉向架構架上。柴油機輸出的功率經第一萬向軸傳給液力變速箱，然後從液力變速箱輸出的扭矩經第二萬向軸、中間支承裝置、第三萬向軸傳入分配齒輪箱，最後從分配齒輪箱經過第四、第五、第六萬向軸分別傳給前後三個車軸齒輪箱。分配齒輪箱（工況齒輪箱）內有兩對傳動比分別為0.85和1.12的齒輪，通過調換齒輪對以滿足客運（最高速度160公里/小時）或貨運（最高速度120公里/小時）用途。
NY5型柴油機車採用多循環圓結構型式的福伊特L830rU型液力變速箱，變速箱內裝有三個結構參數不同的液力變扭器，包括一個起動變扭器、兩個運轉變扭器、一對換向齒輪和兩個液力制軔耦合器。起動變扭器和第一運轉變扭器為雙級離心式渦輪、第二運轉變扭器為單級離心式渦輪，三個變扭器的高效區互相銜接，利用充排油自動接入或退出工作來實現自動換擋，並共用一對齒輪輸出。當額定輸入轉速為每分鐘1450轉時，液力變速箱最大使用功率為1800馬力。換向機構採用帶有變扭器微量充油功能的風動齒輪離合器。傳動裝置並設有KB510型液力制軔器。

轉向架

機車走行部為兩台三軸轉向架，構架採用鋼板焊接箱型結構，車軸軸箱採用導框式定位，並裝有錐形橡膠軸端緩衝裝置。每台轉向架側樑上設有兩個油浴式摩擦旁承，車體重量便通過四點旁承支承在轉向架上。機車設有二系懸掛裝置，一系懸掛為軸箱兩側的螺旋彈簧，以及並聯的垂向油壓減震器。二系懸掛為車體和旁承裝置之間的螺旋彈簧組，車體和轉向架之間亦有橫向油壓減震器。靠近車體中部的兩個輪對之間還設有均衡樑。牽引力和制軔力通過車體和轉向架間的中心低位牽引拉杆傳遞。機車採用克諾爾空氣軔機，每個輪對設有一個制軔缸，施行雙側閘瓦制軔。

車輛保存

NY5型0003號機車：於1967年配屬北京鐵路局北京內燃機務段，於1992年經鐵道部電令批准退役報廢，後封存於北京市延慶縣境內的康莊蒸汽機車檢修庫。2003年9月，這台機車連同封存於該地的FD型1979號蒸汽機車、KD5型373號蒸汽機車、勝利3型152號蒸汽機車被送往南口機務段進行整修，整修後移交中國鐵道博物館機車車輛展廳展保存陳列，經鑑定後被評為國家二級文物。