中国铁路NJ1型柴油机车

**NJ1 型「捷力」柴油機車**是中國鐵路的柴油機車車型之一，由四方機車車輛廠聯合株洲電力機車研究所、永濟電機廠、大連內燃機車研究所等單位於 1999 年研製成功，是中國第一種採用交 — 直 — 交流傳動技術的柴油機車，適用於調車和小運轉作業。NJ1 型機車是鐵道部「九五」期間機車車輛工業重點科技開發計畫之一，採用了日本三菱電機的 IPM 牽引變流器。

## 發展歷史

### 背景

自 1990 年代初起，隨著世界上交流傳動技術的成熟和所具有的優點，已經逐步成為國際上電力傳動柴油機車發展的必然趨勢，美國、德國、瑞士、日本等國均開始批量生產交流傳動柴油機車。為了滿足中國鐵路「提速、重載」的發展需要，中華人民共和國鐵道部決定在第九個五年計劃期間著手開發以交流傳動技術為主要特徵的中國第四代柴油機車。

### 研製

1997 年初，中國鐵道部正式發表了《關於下達 1997 年鐵路計劃的通知》，提出了交流傳動柴油機車的研製計劃。根據鐵道部要求，四方機車車輛廠聯合株洲電力機車研究所、永濟電機廠、大連內燃機車研究所等單位，於 1997 年開始開發研製交流傳動調車機車；由於當時中國的大功率牽引變流器技術尚未成熟，遂選擇與日本三菱電機公司合作。1998 年 1 月，機車的技術設計方案通過了鐵道部的設計審查；同年 8 月，鐵道部正式下達了設計任務書，並開始投入試製。新型機車定型為 NJ1 型，其中「N」代表內燃機車、「J」代表交流傳動，同時機車並被命名為「捷力」號。

1999 年 9 月 8 日，中國首台 NJ1 型交流傳動柴油機車在青島四方機車車輛廠竣工並舉行了剪彩儀式。NJ1 型機車採用了由株洲電力機車研究所和日本三菱電機公司聯合研製、三菱電機製造的 IPM 牽引變流器，以及國產異步牽引電機、柴油機變頻起動、三相凸極式無刷勵磁同步主發動機、交流輔助傳動系統、多處理器微電腦控制系統、內插式大傳動比牽引齒輪等新技術。

### 試驗

NJ1 型 0001 號機車出廠及完成安全評估試驗後，於 1999 年 12 月開始在濟南鐵路局淄博機務段投入運用，主要擔當調車及幹線小運轉作業；至 2000 年 11 月底，機車已走行超過 96000 公里。測試結果顯示，NJ1 型機車的牽引性能明顯優於同等功率的東風 5 型調車機車，起動加速度和最大牽引力分別比東風 5 型機車大超過 70%、15% 以上，機車的總效率比東風 5 型機車高 1.6%，但燃油消耗量比東風 5 型機車高約 28%。2001 年 4 月，0001 號機車轉赴北京環行鐵道試驗基地並完成了機車型式試驗，包括牽引熱工試驗、動力學性能試驗、制軔性能試驗。2001 年 6 月，NJ1 型 0002、0003 機車配屬濟南鐵路局濟南西機務段投入運轉；同年 10 月底，NJ1 型交流傳動柴油機車通過鐵道部技術鑑定。NJ1 型機車並獲 2003 年度中國鐵道學會科學技術獎的一等獎。

### 運用

2001 年，秦皇島港務局通過國際招標，對外訂購兩台交流傳動調車柴油機車，最終由四方機車車輛廠奪得訂單。該型柴油機車設計代號為 J67，並同樣被稱為「捷力」號，是 NJ1 型機車的改進產品，機車改裝用一台英國拉斯頓公司（Ruston）的柴油機，標定功率為 2310 千瓦，裝車功率為 2100 千瓦，其餘部分大致與 NJ1 型機車相同，在平直道上牽引 6000 噸時平衡速度不低於 40 公里 / 小時。兩台「捷力」機車於 2002 年 11 月交付秦皇島港務局使用，擔當秦皇島東站至碼頭之間的調車作業。

2003 年，濟南鐵路局的三台 NJ1 型機車均改配屬青島機務段，主要擔當青島鐵路樞紐內港灣站、青島站、青島西站之間的調車任務。2006 年，隨著鐵道部實行運輸生產力布局的調整，濟南西機務段先後與淄博、青島、聊城機務段整合，三台 NJ1 型機車改配屬為濟南西機務段青島運用車間。2007 年底，濟南鐵路局停用 NJ1 型機車，並封存於青島車間（原青島機務段）。

## 技術特點

### 總體布置

根據調車機車作業特點，NJ1 型柴油機車採用外走廊結構的底盤承載罩式車體，機車中部兩側及兩端設有露天走台與扶梯。機車車體從前到後依次為冷卻室、動力室、輔助室、電氣室、司機室和變頻室。動力室在機車中部，安裝了一套柴油發電機組，並裝有膨脹水箱、預熱鍋爐、燃油泵、啟動機油泵、燃油預熱器等輔助設備及各種管路。冷卻室內設有 V 型結構的散熱器和冷卻風扇，下方設有前轉向架牽引電機通風機、空氣壓縮機及輔助電器櫃。輔助室內裝有空氣濾清器、起動發電機、後轉向架牽引電機通風機、輔助傳動箱等設備。電氣室內設有兩台牽引變流器、電器櫃及制軔電阻櫃。司機室內對角布置有兩台相同的操縱台，以便司機選擇任意一個方向操縱機車。變頻室短罩內設有柴油機變頻起動裝置。車底兩台轉向架之間設有燃油箱、總風缸和蓄電池箱。

### 柴油機

機車裝用一台與東風 5 型機車相同的 8240ZJC 型柴油機，該型柴油機為 8 氣缸、直列式、四行程、廢氣渦輪增壓的直噴式中速柴油機，採用鑄焊組合機體、合金球墨鑄鐵曲軸，額定轉速為每分鐘 1000 轉，裝車功率為 1320 千瓦。NJ1 型機車採用了柴油機變頻起動，柴油機起動時由蓄電池供應直流電，經變頻起動裝置逆變成三相交流電後，供給交流起動發電機，通過齒輪傳動箱、萬向軸驅動柴油機。

### 傳動系統

NJ1 型機車的主傳動系統採用架控式交 — 直 — 交流電傳動方式。機車牽引時，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，發出的三相交流電通過全波整流裝置轉換成直流電，然後由兩台 IPM 牽引變流器將恆定的中間直流電變換成幅值、頻率可調的三相交流電，分別供給兩台轉向架的牽引馬達，通過傳動齒輪驅動力車輪。而在使用電阻制軔時，牽引馬達發出的三相交流電反饋到變流器，經過反向二極體整流，將交流電轉換成直流電，再由制軔斬波器調節消耗能量，經直流聯接電路將電能送到制軔電阻。

機車採用 JF208 型三相凸極式無刷勵磁同步發電機，取消了傳統的勵磁機和勵磁整流櫃，由微電腦控制勵磁電流來調節發電機輸出電壓。

機車的牽引變流器為三菱電機制 MAP-173-15VD76 型兩點式電壓源變流器，每台變流器包括一個三相變流器和一個制軔斬波器，功率控制器件為 IPM-IGBT 模組（3.3kV／1.2kA），冷卻方式為強迫風冷。

機車採用的 JD108S 型牽引馬達為鼠籠式六極三相異步牽引馬達，小時額定功率為 165 千瓦，持續功率為 180 千瓦，冷卻方式為強迫風冷，採用磁場定向矢量控制方式。

NJ1 型機車採用交流輔助傳動系統，並採用可程式控制器（PLC）控制。交流起動發動機發出的三相交流電分別向通風機、冷卻風扇、空氣壓縮機和蓄電池供電，取代了靜液壓和機械傳動。機車微電腦控制系統具有變流器變頻控制、柴油機恆功率控制、電阻制軔控制等功能，並設有數據採集、記錄、故障診斷及故障提示功能。

### 轉向架

機車走行部為兩台三軸轉向架，軸配置 Co-Co，其結構與東風 5 型機車轉向架基本相同，採用鋼板箱形焊接結構。一次懸吊採用獨立軸箱拉杆定位圓彈簧加液壓減震器，二次懸吊採用橡膠旁承，牽引力和制軔力通過低位四連杆機構牽引裝置傳遞。牽引馬達採用滾動軸承抱軸半懸掛結構、單邊直齒傳動，其中小齒輪設計成內插式齒輪，將齒輪傳動比提高到 81/14（5.87），減小了簧下重量，同時也使提高了牽引馬達的持續轉速。

## 參見

* 東風 5 型柴油機車
* 東風 4DJ 型柴油機車
* 東風 7J 型柴油機車
* 東風 7G 型柴油機車

## 參考文獻