东风4DF型柴油机车

背景

達成鐵路是由中華人民共和國鐵道部和四川省政府共同投資修建的國家一級幹線，於1997年12月25日全線通車；同月出資雙方在成都市正式成立了達成鐵路有限責任公司，負責經營達成鐵路的客、貨運輸及相關服務，合資鐵路公司在經營方式、機構設置、生產組織、運價浮動等方面均比國家鐵路享有更大的自主經營權。
為了提高經濟效益，達成鐵路公司於1998年開始研究在旅客列車取消發電車，改由機車向列車供電的可行性，以最大限度的壓縮機車車輛購置及維修成本、工資成本及有關運輸成本。傳統上旅客列車一般都掛有一節發電車，給列車內空調、電暖、照明等提供電源；如果以機車代替發電車向列車供電，則可減少發電車的購置、維修、折舊、燃油、人員等費用，並可增加一輛載客車廂，提高運輸能力。

研製

為此，達成鐵路公司與大連機車車輛廠和永濟電機廠合作，對三種不同方案進行比較。第一種方案是在機車上加裝一台輸出功率約500千瓦柴油發電機組，缺點是其體積較為龐大，除非採用單司機室否則機車上的空間不能滿足要求。第二種方案是加裝單獨的供電發電機和供電勵磁機，缺點是起動變速箱負載達到500千瓦，設計上有一定困難。第三種方案是裝用同軸主副發電機，利用機車的柴油發電機組向機車供電，需重新設計控制系統及發電機，並要求機車柴油機有足夠大的功率支持。
通過對上述三種方案的論證，最終採納了第三種方案，決定以裝用16V240ZJD型柴油機的東風4D型客運機車為基礎進行重新設計，加裝同軸副發電機，並由微機系統判斷並執行對機車的牽引及供電控制，該型機車被定型為東風4DF型，成為中國鐵路第一種具有向列車供電功能的柴油機車。
1998年12月，達成鐵路有限責任公司與大連機車車輛廠簽訂合同，購買首批4台東風4DF型機車，車號為0349～0352。1999年4月，大連機車車輛廠完成了4台機車的試製，同年5月交付達成鐵路公司投入運用。在運用考核的一年中，該型機車牽引及發電功能基本穩定，但存在主整流櫃易燒損、副發電機散熱不良等技術問題，達成鐵路公司與大連機車廠及永濟電機廠協商，於2001年對主發電機、主矽整流櫃進行改進，使機車性能漸趨穩定。

運用

達成鐵路公司訂購的首批4台東風4DF型機車於1999年5月配屬南充機輛段（成局南段），投入達成鐵路運用，擔當牽引達州—遂寧—南充—成都的管內旅客列車及部分貨物列車。由於使用情況良好，引起了湖南省石長鐵路公司的興趣，同年訂購了2台東風4DF型機車並配屬益陽機務段（廣鐵益段），投入石長鐵路運用，後於2003年改配屬廣州鐵路集團長沙機務段。此後，達成鐵路公司在2000年至2004年間，又向大連機車車輛公司先後訂購四批共20台東風4DF型機車。截至2004年，大連機車車輛公司累計生產了25台東風4DF型機車。
2004年11月起，隨著達萬鐵路正式開通客運，原達成鐵路公司與達萬鐵路公司重組為新的達成鐵路公司，並由南充機輛段的東風4DF型機車擔當牽引達萬線的旅客列車。2005年3月，中國鐵道部實施撤銷全國鐵路分局的體制改革，原長沙鐵路總公司撤銷，原岳陽機務段、長沙機務段、婁底機務段、株洲機務段、衡陽機務段、郴州機務段、益陽機務段等七個單位合併為株洲機務段，原配屬長沙機務段的兩台東風4DF型機車均改配屬株洲機務段長沙運用車間。2008年7月，達成鐵路的生產經營改由成都鐵路局委託管理，原南充機輛段的機務部分合併到成都機務段，而車輛部分合併到成都東車輛段，原配屬達成公司南充機輛段的所有東風4DF型機車均改配屬為成都機務段，擔當成都至綿陽(江油)的成綿江城際列車（原T8892/1次、T8893/4次、T8895/6次，2011年7月1日更改為T8901/8912次、T8903/8902次、T8905/8904次、T8907/8906次、T8909/8910次）本務機車。2009年初，株洲機務段的兩台東風4DF型機車均取消了列車供電裝置，改造成普通的東風4D型提速客運機車。
2012年4月，廣西沿海鐵路公司向成都鐵路局購置了四台東風4DF型機車，投入南防鐵路、欽北鐵路運用，擔當牽引南寧至北海、防城港的空調旅客列車，以替代原有的NYJ1型「北海號」柴聯車。

總體結構

東風4DF型機車的車體結構與東風4D型機車大致相同，採用雙司機室、內走廊式側壁承載全焊接鋼結構車體。機車從前到後分別為第一端司機室、電氣室、傳動室、動力室、冷卻室、輔助室、第二端司機室。電氣室內空間比東風4D型有所減少，設有電氣櫃和電阻制軔櫃，電氣柜上增加柴油機車控制器（DLC）以取代勵磁調節器等。傳動室設有主矽整流櫃、勵磁整流櫃、啟動發電機、前轉向架牽引馬達等設備，並增加了列車供電控制櫃。動力室在機車中部，安裝了一套柴油發電機組（包括同軸副發電機）及其輔助設備。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。輔助室內取消了預熱鍋爐，改為安裝一台50千瓦的小型輔助發電機組。

柴油機

東風4DF型機車仍裝用一台16V240ZJD型柴油機，是由大連機車車輛廠在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。

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。機車採用JF210型同步發電機、ZD109B型牽引電機。機車還裝有電阻制軔裝置，制軔功率為2730千瓦。

供電系統

東風4DF型機車採用JF210型主副發電機，該型發電機是在東風4D型機車採用的TQFR-3000E型同步主發電機基礎上，通過延長其電樞軸並在其前端加裝同軸副發電機；副發電機專門為列車供電，為一台三相交流工頻同步發電機，額定功率為500千伏安，輸出電壓為380伏交流電。機車兩端車頭下方兩側均設有一對供電插座，通過連接電纜向列車供電。由於機車設有供電牽引和非供電牽引兩種模式，東風4DF型機車採用微機控制系統判斷並執行對機車的牽引及供電控制，稱為柴油機車控制器（DLC），它是以一個以英特爾80C196微處理器為核心的多功能實時控制系統，可以自動完成發電工況和非發電工況下機車的恆功控制，以及電阻制軔控制、列車供電控制、輔助發電控制等功能。當機車向列車供電時，為了保障供電的穩定，柴油機轉速將由微機系統固定保持在每分鐘940～1000轉，此時司機控制器不再改變柴油機轉速，而是通過DLC控制器控制勵磁電流，實行16位有檔無級調速。
由於副發電機與主發電機同軸，機車向列車供電時將消耗約350千瓦的功率，此時機車標稱功率由非供電牽引時的2425千瓦下降至1980千瓦。此外，機車輔助室內並安裝了一台50千瓦的小型輔助發電機組，可用於當同軸副發電機故障時，向列車繼續提供應急電源。

轉向架

機車走行部與東風4D型機車相同，為兩台三軸轉向架，軸式Co-Co。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，並在車體與轉向架之間裝有橫向減振器和抗蛇行減振器。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。

重大事故

2008年6月8日凌晨，達成鐵路公司南充機輛段的東風4DF型4034號機車，附掛南充機輛段的東風4B型3621號機車（無火回送），牽引40074次貨運列車經由達成鐵路運行。凌晨2時40分，當列車運行至達成線金堂至道觀音間K302+805處、成都市金堂縣趙鎮悅來渡口附近時，因路線右側山上岩石受同年5月的汶川大地震以及連續降雨影響，而突然崩塌下落並落入鐵路，列車停車不及撞上落石，列車的本務機車、回送機車及機車後的10節車輛顛覆脫軌，並造成本務機車司機及隨車一名押運員死亡，中斷達成線正線行車15小時46分。兩台機車後被送往南車成都機車車輛公司進行修復。