东风4C型柴油机车

開發背景

1978年以後，中國國民經濟開始進入改革開放的發展時期，而此時鐵路運能不足與運量增加的矛盾，成為制約國民經濟發展的一個瓶頸。1981年3月，中共中央書記處書記、國務院副總理萬里及國家機關有關部門負責人等50餘人，包括前任鐵道部部長呂正操、時任鐵道部副部長鄧存倫、瀋陽鐵路局副局長李森茂，在中共遼寧省委第一書記郭峰、省長陳璞如陪同下，來到大連機車車輛工廠、大連內燃機車研究所等單位視察工作。萬里在參觀中聽取東風4B型柴油機車的試製試驗情況，又詳細詢問了機車各部件的質量及改進情況，並在視察中對工廠今後的工作作了重要指示。1981年5月12日，在鐵道部全路電話會議上傳達了萬里副總理的重要指示，明確指出「東風4型內燃機車要在目前B型的基礎上進一步改進，提高質量。在B型基礎上系列化，著手研究試製C型」。
為了滿足鐵路運輸對機車經濟性、耐久性、可靠性的要求，大連機車車輛廠根據「生產一代產品、試製一代產品、研究一代產品」的方針，在試製試驗16V240ZJB型柴油機和東風4B型柴油機車的同時，已經開始著手研究開發下一代的16V240ZJC型柴油機和用於幹線貨運的東風4C型柴油機車。1983年，東風4C型柴油機車的研製工作被列入1984年鐵路科技發展計劃，以及鐵道部「七五」規劃五十個重點項目之一。1982年至1983年，大連機車車輛廠與英國里卡多公司展開技術合作，採用里卡多公司提供的評價數據和改進建議，對16V240ZJB型柴油機進行改良設計。作為第一期技術合作成果的首台16V240ZJC型柴油機於1984年9月完成試製，並於1985年9月通過熱工性能試驗、扭振試驗和UIC 100小時性能試驗。

試驗過程

1985年9月，首台裝用16V240ZJC型柴油機的東風4C型4001號機車由大連機車車輛廠研製成功。與東風4B型機車相比，東風4C型機車除了柴油機最大運用功率由3300馬力（2425千瓦）提高到3600馬力（2645千瓦），還採用了TQFR-3000B型同步發電機和ZQDR-410C型牽引馬達。此外，東風4C型機車的總體布置和電氣控制方面也作了較大的改進，例如縮小了冷卻間的長度並減少了散熱器單節數量，第二司機室與冷卻室之間增設了一個隔音間，降低該司機室的噪聲以改善乘務員的工作環境，管路系統採用新型連接接頭，而電氣方面加裝了雙機重聯、電阻制軔、電子恆功勵磁等裝置。
1985年10月，東風4C型4001號機車配屬瀋陽鐵路局赤峰機務段，在運用條件較惡劣、路線坡度大、彎道隧道多的京通鐵路赤峰至隆化區段投入運用考核。1986年11月，大連機車車輛廠又試製了東風4C型4002號機車，於1987年1月配屬赤峰機務段投入運用。1987年12月，採用新車體外形和新型增壓器的東風4C型4003號機車出廠，之前的4001、4002號機車延續了東風4B型機車整車圓弧過渡的外觀設計，但從4003號機車開始重新設計了機車外形，採用了稜角分明的車體外形，並且加大了司機室前窗玻璃。
1988年12月，東風4C型機車通過鐵道部15萬公里路線運用考核。試驗結果顯示，在相同區段牽引相同重量的列車，東風4C型機車比東風4型機車平均運行速度提高了約10%，萬噸公里耗油量較東風4B型機車降低了7.5%，而在東風4B型機車上存在的某些慣性質量問題也得到解決。1988年12月，東風4C型機車通過鐵道部15萬公里路線運用考核。1989年5月至6月，16V240ZJC型柴油機完成了按UIC標準進行的100小時、360小時台架耐久性試驗。1988年8月至12月，東風4C型4005號機車先後在廣州鐵路局長沙機務段和北京環形鐵道試驗基地完成了牽引熱工性能試驗。1991年7月，東風4C型機車通過鐵道部部級鑑定，並於同年獲國家科技進步二等獎。

援助朝鮮

配屬呼和浩特鐵路局包頭西機務段的東風4C型4275號機車，於2015年經整修後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，來自中國的東風4系列機車被定型為朝鮮鐵道200型柴油機車，機車編號為내연2xx（「내연」意為「內燃」）。

東風4CK型

1999年，資陽內燃機車廠根據中國鐵路客運提速的發展方向，與烏魯木齊鐵路局北疆鐵路公司合作，在東風4C型貨運機車的基礎上改進設計，自行研製了用於准高速幹線客運的東風4CK型柴油機車。東風4CK型柴油機車的設計目的是滿足次級幹線提速旅客列車的牽引需要，既可以單機用於牽引小編組的城際快速列車，或雙機重聯牽引大編組的快速旅客列車，運行速度達到140～160公里/小時。該型機車的主要特點為採用了A1A-A1A軸式，每台轉向架前後兩根車軸為動力輪對，中間車軸為從動輪對。牽引馬達採用架懸式全懸掛的輪對空心軸驅動裝置，以及中部低位單拉杆牽引裝置、抗蛇行減振器、單側單元式基礎制軔裝置等技術。機車裝用一台與東風4C型貨運機車相同的16V240ZJC型柴油機，裝車功率為3600馬力（2650千瓦）。傳動系統採用與東風4D型機車相同的TQFR-3000E型同步牽引發電機，以及與東風11型機車相同的ZD106型直流牽引馬達。車體外觀設計參考了東風11型機車。機車標稱功率為2940馬力（2165千瓦），軸重21噸，最高速度為160公里/小時，恆功率速度範圍為70～160公里/小時，最大起動牽引力為167千牛，持續牽引力為106千牛。
資陽內燃機車廠原計劃將該型客運機車命名為東風4CK型柴油機車，但中國鐵道部沒有批准定型申請，亦從來沒有採購該型機車的計劃。因此，兩台東風4CK型機車原型車的車輛編號，只能按東風4C型貨運機車系列的編制，稱之為東風4C型5274、5275號機車。2000年上半年，兩台機車先後在環行鐵道試驗基地、京承鐵路、京秦鐵路進行性能試驗，最高試驗速度達176公里/小時。試驗完畢後兩台機車均被出售予三茂鐵路公司，配屬三水機務段並投入三茂鐵路、廣三鐵路運用。

東風4D型

1996年9月，中國鐵道部決定自1997年4月1日起實施中國鐵路第一次大提速，根據「繁忙幹線上旅客列車最高時速140公里/小時」的規定，指示大連機車車輛廠立即開發研製用於提速客運的東風4D型柴油機車。東風4D型柴油機車是在東風4C型柴油機車的基礎上，設計開發的交—直流電傳動幹線客運機車。機車裝用一台由大連機車車輛廠與英國里卡多公司合作研製的16V240ZJD型柴油機，標定功率為4400馬力（3240千瓦），裝車功率為4000馬力（2940千瓦）。傳動系統採用TQFR-3000E型同步牽引發電機和ZD109B型直流牽引馬達，牽引馬達採用與東風10F型機車相同的滾動軸承抱軸箱的軸懸式半懸掛驅動裝置。按機車牽引1100噸的20節大編組旅客列車計算，在平直路線運行的最高平衡速度可以達到132公里/小時，最高速度為145公里/小時 。大連機車車輛廠從1997年開始批量生產東風4D型提速客運機車，到2003年停產為止累計生產了575台，成為中國鐵路第一、二、三次大提速的主型客運機車之一。

總體布置

東風4C型柴油機車是在東風4B型機車基礎上研製的幹線貨運用的六軸柴油機車，主要零部件與東風4B型機車具有良好的通用互換性。機車採用雙司機室、內走廊式、全鋼焊接結構的框架式側牆承載車體。兩端設有同等功能的司機室，可雙向操縱機車。車體由左右側壁、底架、車頂、司機室焊接在一起，機車從前到後分別為第一司機室、電氣室、動力室、冷卻室、輔助室、第二司機室六個部分，其中電氣室 、動力室和冷卻室頂部均設計成活動頂蓋，以便拆裝車內部件。與東風4B型機車相比，東風4C型機車縮短了冷卻室的長度，並減少了散熱器單節數量，以便在第二司機室與冷卻室之間增設輔助室，有效降低了第二司機室的噪聲。東風4C型4001、4002號機車沿用了東風4B型機車的車體結構，司機室採用圓弧過渡的外觀設計；從4003號機車開始車體外形有所變化，司機室採用了稜角分明的外形，並且加大了司機室前窗玻璃。
司機室內機車運行方向的左側設有司機操縱台、JZ-7型空氣軔機的自動制軔閥和單獨制軔閥，右側設有副司機座席及工具箱；司機室後部設有手制軔裝置手柄。電氣室內設有電氣控制櫃、主矽整流櫃、勵磁整流櫃和電阻制軔櫃等電氣設備，由啟動變速箱驅動的啟動發電機、勵磁機、測速發電機、前轉向架牽引馬達通風機等輔助設備布置在電氣室後部地板上，勵磁整流櫃、勵磁調節器等設備布置在電氣室後端隔牆上。動力室位於車體中部，安裝了一套柴油發電機組，機組通過八個橡膠彈性支座固定在車體底架上；動力室內還裝有燃油輸送泵、燃油濾清器、啟動機油泵、機油熱交換器、機油濾清器、膨脹水箱、預熱鍋爐等輔助設備。動力室左右兩側側壁上各設有兩個柴油機進氣口，並採用V型波浪濾網、多旋流管式慣性濾清器、紙質濾清器組成三級空氣濾清器，車體側面上部還裝有兩台通風機將車內熱風排出車外。為了方便對動力裝置的檢修，機車除了在司機室設有側門外，在動力室的兩側也設有一對側門。
冷卻室設有油水系統冷卻裝置，冷卻室頂部裝有V型結構的肋片扁管式銅散熱器，以及兩個直徑相同的軸流式冷卻風扇。與東風4B型機車相比，東風4C型機車的銅散熱器單節數量由前者的56組減至44組，並改善了機油系統管道布置，從而使機車的重量分配更趨合理。機車設有兩套獨立的循環冷卻水系統，分別為冷卻柴油機的高溫冷卻水系統（16個散熱器單節），以及冷卻增壓空氣、機油、靜液壓傳動油的低溫冷卻水系統（28個散熱器單節）。冷卻室下方設有靜液壓變速箱、後轉向架牽引馬達通風機、空氣壓縮機等，冷卻風扇和牽引馬達通風機均由靜液壓馬達傳動。冷卻室左右兩側側壁均設有六個通風百葉窗口。輔助室內設有預熱鍋爐、空氣系統風源淨化裝置等設備。在車體下部兩台轉向架之間的空間，吊裝著一個容積為9000升的燃油箱，油箱的左右兩側為鉛酸蓄電池組，前後為兩個總風缸。機車制軔系統使用JZ-7型空氣軔機，可以單獨軔機車或同時軔機車和列車。

柴油機

東風4C型柴油機車裝用一台16氣缸、四行程、V型結構、直接噴射、開式燃燒室、廢氣渦輪增壓、增壓空氣中間冷卻的16V240ZJC型中速柴油機。與16V240ZJB型柴油機相比，16V240ZJC型柴油機安裝了經改進的曲軸、連杆、氣缸套、機油泵、水泵等部件，通過將平均有效壓力提高到1.77MPa，使其標定功率由3600馬力（2650千瓦）提高到4000馬力（2940千瓦），裝車功率由3300馬力（2430千瓦）提高到3600馬力（2650千瓦）。為了改善主軸瓦的工作條件，對曲柄臂嵌裝了鍛制的平衡重塊，使平衡塊占平衡迴轉質量的比值達到89.2％。其他改進措施還包括採用加硼合金鑄鐵氣缸套，取消氣缸套螺旋筋，並增加氣缸壁厚度以提高強度；簡化調控傳動裝置，由凸輪軸通過彈性聯軸節直接驅動；改良配氣齒輪中雙聯齒輪和軸承結構；採用新型機油泵和高效水泵等。
柴油機機體採用鑄焊組合結構（大連廠）或整體鑄造機體（資陽廠、四方廠），左右兩列氣缸中心線間夾角為50°，V型角上方設有主機油道、進氣穩壓箱、進排氣支管、排氣總管等部分，兩套渦輪增壓器及中冷器組對稱安裝在柴油機兩端的上方。曲軸採用合金球鐵鑄造（大連廠）或合金鋼鍛壓（資陽廠、四方廠）。為改善柴油機軸系的動力性能，採用了簧片式彈性聯軸節（大連廠）或蓋斯林格聯軸節（四方廠）。氣缸直徑為240毫米，活塞行程為275毫米，額定轉速為每分鐘1000轉，最低空載轉速為每分鐘430轉，裝車功率為3600馬力（2650千瓦）。柴油機根據司機控制器發出的指令，通過控制聯合調節器配速機構上的步進電機，實現對柴油機的無級調速控制。
在研製東風4C型機車的時候，尚無新型增壓器可供使用，首兩台機車出廠時仍沿用東風4B型機車之增壓器，4001號機車最初裝用天津機車車輛機械廠生產的45GP802-1A型增壓器，4002號機車最初裝用大連內燃機車研究所研製的45GP1301B型增壓器，試驗過程中發現增壓器與柴油機匹配不良、喘振及漏油問題嚴重 , 因此從4003號機車起改為使用江津增壓器引進瑞士勃朗-包維利公司（BBC）專利生產的VTC254-13型增壓器，或天津機車車輛機械廠仿製的ZN290型增壓器，而4001、4002號機車亦於1989年完成換裝VTC254-13型增壓器。

傳動系統

東風4C型柴油機車採用交—直流電傳動裝置，柴油機直接驅動一台交流同步發電機發出三相交流電，經由矽二極體組成的三相橋式整流裝置整流為直流電後，輸送給六台並聯連接的直流牽引馬達，通過傳動齒輪驅動輪對。東風4C型和東風4B型機車在電力傳動裝置方面的主要區別，是東風4C型機車採用了TQFR-3000B型同步發電機和ZQDR-410C型牽引馬達，使牽引馬達恆功率最高電壓從720伏特提高至770伏特，滿足機車功率提升和恆功率速度範圍擴大的需要。恆功率速度範圍由東風4B型的21.6～73.1公里/小時，提高至東風4C型的23.7～90.6公里/小時。此外，東風4C型機車並增設了機車重聯裝置。
牽引發電機採用TQFR-3000B型三相交流同步發電機，額定容量為2570千伏安，額定電壓為386／606伏特，額定電流為3940／2444安倍，額定轉速為每分鐘1000轉，絕緣等級為H級，冷卻方式為自通風式，主發電機淨重為5100公斤。牽引發電機由一個交流同步勵磁機勵磁，勵磁機由柴油機通過啟動變速箱驅動，其發出的交流電經勵磁整流器轉換為直流電後，給發電機的轉子勵磁繞組勵磁。勵磁系統加裝了電子恆功率勵磁裝置，令牽引發電機在柴油機全部工作轉速範圍內都具有恆功率調節作用。
牽引發電機發出的三相交流電由GTF-4800/770型矽整流裝置轉換成直流電，供給牽引馬達使用。每台機車設有兩台矽整流櫃，矽整流裝置採用由矽二極體元件組成的三相橋式全波整流電路，整流電路每一橋臂有六個並聯的ZP500-20型風冷平板式矽二極體，每台整流櫃共有36個二極體元件。矽整流裝置的最大直流輸出電壓為770伏特，額定直流輸出電流為4800安培。ZQDR-410C型牽引馬達（國家標準型號為ZD109）為四極串勵直流馬達，額定功率為480千瓦，額定電壓為645伏特，額定轉速為每分鐘757轉，定子及電樞絕緣等級均為F級，二級磁場削弱率分別為58%和42%，冷卻方式為強迫通風。
東風4C型機車設有電阻制軔，在電阻制軔工況時牽引馬達變為他勵直流發電機工作，其激磁繞組全部串聯由牽引發電機經矽整流櫃供電，發出的電流輸入到車上兩個電阻制軔櫃，將電能通過電阻器轉化為熱能消耗掉；受制軔電阻通風冷卻條件的限制，最大制軔電流限制為620安培，制軔功率為2492千瓦。

轉向架

機車走行部為兩台可互換的無導框式三軸轉向架，其結構與東風4B型機車相同。轉向架採用鋼板組焊成封閉式箱形結構的「目」字形構架，由箱形截面的兩根側梁、兩根橫樑、前後端梁組焊而成，並分別焊有旁承座、拉杆座、外側彈簧座、牽引拐臂座、電機吊杆座、水平槓桿座、橫向止擋、制軔座、制軔缸座及砂箱座等。軸箱定位裝置採用拉杆式彈性定位結構，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。轉向架採用四點支承彈性油浴摩擦旁承裝置，車體全部重量通過八個旁承由兩台轉向架支承，有利於抑制轉向架在直線運行時的蛇行運動。彈簧懸掛裝置分為一系和二系懸掛兩部分。一系懸掛採用獨立懸掛形式，包括軸箱與構架之間的軸箱圓彈簧，用於衰減吸收來自軌道高頻振動的橡膠墊，以及在1、3、4、6軸裝有並列的液壓減震器；二系懸掛為轉向架構架與車體之間的旁承橡膠堆。牽引力和制軔力通過低位平行四桿牽引杆機構傳遞，牽引點至軌面距離725毫米，有利於提高機車粘著利用率。
牽引馬達採用單側齒輪傳動的軸懸式驅動方式（滑動抱軸承式半懸掛），即牽引馬達的一側通過抱軸瓦（滑動軸承）剛性地支承在車軸上，另一側通過彈性元件（橡膠墊）和吊杆懸掛在轉向架構架上。全部牽引馬達採用順置排列方式，即牽引馬達都放在車軸的同一側，以減少軸重轉移的幅度。齒輪傳動比為4.5（63：14），最高運行速度為100公里/小時。基礎制軔方式為帶閘瓦間隙自動調節器的單側踏面制軔，每個車輪各有一套制軔裝置，當機車施行制軔時，制軔缸從空氣軔機獲得壓縮空氣，並通過槓桿機構使閘瓦抱輪產生制軔作用。停車制軔為手制軔裝置。