东方红3型柴油机车

開發背景

東方紅3型柴油機車的歷史可追溯至援外的DFH系列柴油機車。1967年9月5日，中華人民共和國、坦尚尼亞、尚比亞三國政府在北京簽訂了《關於修建坦尚尼亞—尚比亞鐵路的協定》，協議中規定中國提供無利息、不附帶任何條件的貸款，並派專家對坦贊鐵路進行修建、管理、維修和培訓技術人員。根據中華人民共和國交通部關於援外建廠的分工，青島四方機車車輛廠不但要負責建設兩個機車車輛修理工廠，還負責坦贊鐵路配套所需液力傳動柴油機車和鐵路客車的設計及生產任務。
1970年，四方機車車輛工廠設計了用於坦贊鐵路的DFH1型、DFH2型液力傳動柴油機車，其中DFH1型機車（1150馬力）為調車及小運轉作業用柴油機車，而DFH2型機車（2300馬力）為幹線客貨運用柴油機車，按原定設計兩者均裝用四方機車車輛廠設計的12V180ZL型柴油機。在該型柴油機進行試製和試驗期間，為了滿足坦贊鐵路建設施工的需要，四方機車車輛廠於1970年先行提供了5台裝用異型柴油機的DFH2型柴油機車，這幾台機車於1976年坦贊鐵路建成後運返中國並改作他用。
同年，為滿足中國國內鐵路幹線對客運機車的需求，四方機車車輛廠對DFH2型機車進行改進設計，於1971年11月試製了一台試驗型機車，並沿用東方紅1型機車的編號，稱之為東方紅4311號機車（後改為東方紅3型0001號）。為了便於設計、生產和日後配件供應，因此其車體鋼結構、柴油機、傳動系統等方面大部分採用了與援外DFH2型機車相同的零部件。同時，將機車最大運用功率提升至2500馬力，並重新設計了構造速度為120公里/小時的標準軌距轉向架。

定型投產

1974年，東方紅3型0001號機車經過初步廠內試驗和逾6000公里試運轉後，由鐵道部安排在錦州鐵路局山海關機務段投入10萬公里運用考核，在瀋山鐵路擔當各種等級旅客列車的牽引任務。1975年，四方工廠根據機車在運行試驗過程中發現的問題，對東方紅3型機車完成了進一步的整圖和設計修改工作。同年，四方工廠利用曾用於坦贊鐵路施工的DFH2型002～005號機車，將其改造成東方紅2型0002～0005號機車。1976年9月，為了保證柴油機提高功率後的可靠性，12V180ZL型柴油機在試驗台上完成了100小時耐久性試驗。1976年12月，四方機車車輛廠正式開始批量生產東方紅3型柴油機車。
與前期生產的試驗型機車相比（0001～0005），量產型機車（0006～）的柴油機裝車功率從原來的2500馬力提升至2700馬力，液力變速箱亦從原來的SF2010-1型改為SF2010-1A型，採用了重新設計的高效率液力變扭器，使機車牽引力平均提高了5%。由於DFH2型柴油機車原設計為用於熱帶地區的窄軌機車，因此批量生產的東方紅3型機車擴大了車體斷面，以充分利用准軌鐵路的機車車輛限界，並且改善了車體防寒結構，以適應中國北方冬季寒冷氣候的使用環境。同時，還採用了新結構的冷卻風扇耦合器、半自動控制預熱鍋爐、JZ-7型空氣軔機等經過改良的新型零部件。1978年以後，針對東方紅3型機車在生產和運用過程中暴露的一些質量問題，例如柴油機機體裂紋、氣缸套及機體穴蝕等，四方機車車輛廠對其進行了持續的改進。1987年，四方機車車輛廠試製出經過強化的12V180ZJB型柴油機，裝用於同年新造的東方紅3型0252～0253號機車，最大運用功率提高到3000馬力。
1988年，隨著鐵路主要技術政策的轉變，明確幹線柴油機車以電力傳動為發展方向，停止發展液力傳動幹線柴油機車，東方紅3型機車的生產亦宣告結束。從1971年試製成功到1988年停產為止，四方機車車輛廠共製造了268台東方紅3型機車。

運用歷史

1977年，東方紅3型機車開始配屬瀋陽鐵路局瀋陽機務段，同時從瀋陽機務段調出原配屬的東風3型柴油機車。1980年，哈爾濱鐵路局三棵樹機務段配屬東方紅3型機車，開始從蒸汽機務段向內燃機務段過渡。隨後，齊齊哈爾鐵路局齊齊哈爾機務段也配屬了東方紅3型機車。在整個1980年代，東方紅3型機車曾經是中國東北地區的主力客運柴油機車，蹤跡遍布瀋山鐵路、京哈鐵路、瀋大鐵路、濱洲鐵路、濱綏鐵路等幹線。1988年8月5日，瀋陽鐵路局增開瀋陽至大連間的「遼東半島號」直達特別旅客快車，也是使用東方紅3型0252～0253號機車擔當牽引任務。長期以來，東方紅3型機車作為雙機組的液力傳動柴油機車，以極低的機破率和優異的可靠性而備受稱道，鐵道部機務局於1991年發布的《關於機車機破情況的通報》表明，東方紅3型機車在全國鐵路主型機車質量排名中位居第一。
從1990年代初期開始，隨著新一代的東風4B型、東風4D型等新型客運機車相繼出現，東方紅3型機車亦開始退居二線，部分機車轉至大連、長春、丹東、吉林、通遼、本溪、圖們、雞西、佳木斯等地的機務段使用，擔當拉濱鐵路、牡佳鐵路、齊北鐵路、平齊鐵路、富西鐵路、長白鐵路等路線的旅客列車和市郊列車牽引任務。2000年代初，東方紅3型機車陸續停運報廢。2005年，最後一批在幹線上運行的東方紅3型機車於在拉濱鐵路和吉舒鐵路上退役。值得一提，哈爾濱鐵路局於1999年引進北亞號柴聯車後，當該列車的動力車發生故障或進行檢修而無法運用時，三棵樹機務段的東方紅3型機車也經常作為其替補機車，成為當時牡佳鐵路和濱綏鐵路的一道特別風景。
正當東方紅3型機車從國鐵路線上被淘汰之際，部分東方紅3型機車被地方鐵路和廠礦企業購置，例如遼寧省調兵山市鐵煤集團、河南省周口漯阜鐵路公司、中國水利水電第十一工程局等。鐵煤集團於2002年從瀋陽鐵路局接手了一批東方紅3型機車，機車車號根據鐵煤集團鐵路運輸部編制更改為2001～2008，用於牽引調兵山礦區鐵路的煤炭列車和通勤列車，至2010年代初退役報廢。漯阜鐵路公司於2000年代初引入了東方紅3型0065號機車，曾經用於牽引由界首至阜陽的6071/6072次、由沈丘至鄭州的4741/2次兩對旅客列車，同樣於2010年代初停運報廢。中國水利水電第十一工程局有限公司亦購置了東方紅3型0200、0210號機車，曾經運用於服務三門峽大壩的三大鐵路專用線，兩台機車直到2015年才先後退役。

援助朝鮮

2000年至2002年，中國鐵道部曾經將部分原配屬吉林鐵路分局的東方紅3型機車無償援助朝鮮民主主義人民共和國。在朝鮮民主主義人民共和國鐵路系統中，這些機車被定型為朝鮮鐵道900型柴油機車，機車編號為내연9XX（「내연」意為「內燃」）。

總體布置

東方紅3型柴油機車是幹線客運用的液力傳動柴油機車，機車軸式B-B，最高運行速度為120公里/小時。機車採用框架式側壁承載結構車體，車體底架長度為17780毫米，車鉤中心線間距長度為18550毫米。0001～0005號機車的車體外形尺寸與出口坦贊鐵路的DFH2型柴油機車完全相同，車體寬度為3197毫米，車體高度為4166毫米。從批量生產的0006號機車開始採用擴大的車體斷面，車體寬度為3290毫米，車體高度為4450毫米，以充分利用准軌鐵路的機車車輛限界。機車採用雙端司機室、雙側內走廊的布置，可根據行車方向由機車任一端司機室操縱機車。機車還設有重聯裝置，當雙機聯掛時可從任何一個司機室集中操縱。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、第二司機室等幾個部分。司機室內設有司機操縱台、電氣控制櫃、空氣制軔閥等，其中第一司機室內還設有手制軔裝置，司機室內、外壁板夾層以聚苯乙烯泡沫塑料填充，有效改善了司機室的隔音隔熱性能。兩個動力室各裝有一台柴油機及其配套設備。傳動冷卻室位於車體中部，上部裝有冷卻裝置，包括肋片扁管式銅散熱器，以及兩個利用液力偶合器傳動的冷卻風扇，下部裝有兩台液力傳動箱，以及傳動油熱交換器、空氣壓縮機等輔助設備。動力室和傳動冷卻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。車體下方兩台轉向架之間的空間，吊掛著一個燃油箱、兩個總風缸和鉛酸蓄電池組。

柴油機

東方紅3型柴油機車裝用兩台12V180ZL型柴油機（後來根據中華人民共和國國家標準GB725-82《內燃機產品名稱和型號編制規則》更名為12V180ZJ型柴油機），該型柴油機是因應援助坦贊鐵路的需要，由四方機車車輛廠自1968年開始研製，以上海柴油機廠生產的12V180GC型船用柴油機為基礎，結合內燃機車的牽引特性和技術要求，於1969年試製成功的高速柴油機。1969年，四方機車車輛廠試製了兩台標定功率1150馬力的原型機，首先安裝在援助坦贊鐵路的DFH1型、DFH2型機車上使用，不久發現柴油機功率偏小，且結構亦存在一些缺陷，主要是曲軸主軸頸與機體主軸孔之間採用軸瓦形式，使柴油機時常發生「燒瓦」現象，平均每副軸瓦的壽命只有200小時。後來，四方機車車輛廠參考東方紅1型機車使用之12V175Z型柴油機，將原來的曲軸主軸瓦改成軸承形式，成功試製出12V180ZL型柴油機，並於1973年投入批量生產。該型柴油機還被用於東方紅2型液力傳動調車機車。
12V180ZL型柴油機為四行程、V型結構、12氣缸、預燃室式、渦輪增壓、增壓空氣中間冷卻的高速柴油機，氣缸直徑180毫米，活塞行程205毫米，額定轉速為每分鐘1500轉。在東方紅3型0001～0005號機車上的裝車功率為1250馬力，在東方紅3型0006～0251、0254～0268號機車上的裝車功率提高到1350馬力。0252～0253號兩台機車改為裝用12V180ZJB型柴油機，該型柴油機是在12V180ZJ型柴油機基礎上強化而成，裝車功率提高到1500馬力。柴油機機體由合金鑄鐵鑄造而成，並採用隧道式曲軸箱體和濕式氣缸套。柴油機採用合金鑄鐵氣缸蓋、合金鋼鍛造曲軸、鋁合金整體鑄造活塞和組合式噴油泵。柴油機設有廢氣渦輪脈衝增壓裝置，裝用天津機車車輛機械廠生產的45GP804A型渦輪增壓器，採用單級軸流式渦輪和離心式壓氣機，最高轉速為每分鐘23000轉，渦輪進口最高溫度為650°C。

傳動系統

東方紅3型柴油機車採用雙傳動機組設計，每套傳動裝置由液力變速箱、車軸齒輪箱、輔助傳動裝置、萬向軸等部分組成。液力傳動箱位於車體中部的冷卻室下方，並通過四個彈性支座固定在機車車架上。柴油機通過第一萬向軸將功率傳遞到液力傳動箱，再從液力變速箱下部的輸出法蘭，以第二萬向軸傳給轉向架上的車軸齒輪箱，從而驅動輪對並產生牽引力。
東方紅3型機車採用四方機車車輛廠設計的SF2010系列液力變速箱。在東方紅3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。0001～0005號機車裝用SF2010-1型液力變速箱（有效輸入功率為1250馬力），0006～0094、0104～0268號機車裝用SF2010-1A型液力變速箱（在0006～0094、0104～0251、0254～0268號機車上的有效輸入功率為1350馬力，在0252～0253號機車上的有效輸入功率為1500馬力），0095～0103號機車裝用SF2010Z-1A型液力變速箱（有效輸入功率為1350馬力）。液力變速箱型號中的「SF」是四方工廠的漢語拼音首字母縮寫、「2」表示該液力變速箱內裝有兩個變扭器、「0」表示沒有液力偶合器、「10」表示傳動裝置名義輸入功率為1000馬力，若有字母「Z」表示傳動箱裝有液力制軔器，最後的數字「1」代表該液力變速箱採用單端輸出。
SF2010系列液力變速箱是採用多循環圓結構的液力傳動裝置，內裝有一個起動變扭器和一個運轉變扭器，其中起動變扭器適用於機車起動和低速工況，而運轉變扭器適用於機車中、高速運轉工況，機車運行過程中通過變扭器充排油實現自動換檔；傳動裝置採用換向離合器進行機械換向，可選用自動或手動換向。SF2010-1型液力變速箱採用B8-III型起動變扭器和B10型運轉變扭器。SF2010-1A型液力變速箱採用重新設計的新B1型起動變扭器和新B2型運轉變扭器，該型變扭器是根據交通部提出的「高效率變扭器」研究課題，於1974年至1975年間由四方機車車輛廠、大連熱力機車研究所、資陽內燃機車廠等單位共同設計試製，這兩種變扭器的效率均已超過福伊特L820rU型液力傳動裝置的水平，並獲得了1978年全國科技大會獎。SF2010Z-1A型液力變速箱則是在SF2010-1A型的基礎上增設液力制軔器。

轉向架

機車走行部為兩台二軸轉向架。轉向架構架採用鋼板焊接箱型結構。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，並設有軸向橡膠緩衝支承。轉向架構架側梁中部上設有油浴式平面滑動摩擦旁承裝置，車體全部重量通過四個旁承由兩台轉向架支承。
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。二系懸掛為四組旁承螺旋圓彈簧，車體和旁承之間還裝有垂向液壓減震器，以及用來抑制蛇行運動的橫向摩擦減震器。機車採用由牽引杆、槓桿機構及牽引銷組成的中心銷擺式牽引連杆裝置來傳遞牽引力和制軔力。基礎制軔方式為雙側鑄鐵閘瓦踏面制軔，每個車輪各自有一套獨立制軔缸和槓桿傳動機構。