东风9型柴油机车的发展历史

为了提高厂家研制机车的效率及积极性，客运柴油机车的研制采用了招标评选的方法，所拟定的主要技术指标包括，机车轮周功率为4000马力，能满足旅客列车扩编为20节、最高运行速度为每小时140公里的运行需要，并要求在1990年底之前完成两台样车的试制，包括戚墅堰机车车辆厂、大连机车车辆厂、青岛四方机车车辆厂、北京二七机车厂、资阳内燃机车厂等在内的中国国内多家机车制造工厂都参加了竞争。经过评标过程后，戚墅堰机车车辆厂被铁道部选定为中标单位，并于1987年7月签订了科技攻关合同。

戚墅堰机车车辆厂确定中标后，随即开展了新型机车的研制；1988年3月，机车设计方案通过了技术设计审查；1989年初，开始进入试制阶段；同年，该型客运柴油机车正式被定型为东风9型。经过三年多的时间，戚墅堰机车车辆厂与10家科研单位、5所高等院校、30多家工厂共同合作，于1990年10月底完成了首台东风9型机车（0001）的总组装，同年11月通过了铁道部的竣工验收。

与此同时，铁道部决定对广深铁路既有线路进行技术改造，用较少的投资、较短的时间将既有线路改造成能够开行时速160公里旅客列车的准高速铁路，为未来发展高速铁路进行探索和试验。1990年，铁道部发布《铁计19901号文》，正式将“广深铁路实现旅客列车最高速度160km/h的技术方案研究”列入1990年铁道部科学技术发展项目。1990年7月，国家计委、国家科委、铁道部及广东省委部门在广州召开了“广深线旅客列车最高时速160km行车实施方案论证”，明确要求戚墅堰机车车辆厂在东风9型机车的基础上，立即着手进行160公里/小时客运机车的方案论证和设计，同时并要求对试制中的东风9型0002号机车，改变了牵引齿轮传动比，使机车最高速度由140公里/小时提高到160公里/小时，以配合广深准高速铁路的科技攻关项目试验，成为中国铁路史上第一台准高速客运机车。 首台东风9型机车试制完成后，由戚墅堰厂对其进行了水阻试验、厂线试运行、沪宁铁路正线试运行。1990年12月初，机车离开戚墅堰厂赴北京，与韶山5型电力机车同时在铁道部科学研究院北京环行铁道进行初步性能调整试验。试验结果表明，东风9型机车的主要性能参数均达到了设计要求，当牵引20辆编组的25A型客车时，列车运行速度可达到145公里/小时。东风9型机车完成调整试验后，于1991年1月底返回戚墅堰厂拆捡，机车各部件状况良好；同月，0001号机车投入三万公里运行试验。同年，东风9型柴油机车获国家“七五”科技攻关重大成果奖。

1991年4月，构造速度为160公里/小时的东风9型0002号机车出厂。为了全面检验机车的性能，0002号机车于同年6月至8月在大连内燃机车研究所定置试验台，环境温度处于40℃左右的情况下完成了热工定置试验，最高试验速度达到170公里/小时。1992年3月至6月，北京环行铁道进行了中国首次时速160公里准高速试验，期间0002号机车牵引五辆25A型客车，最高运行速度达到163公里/小时，这次实验也为广深准高速铁路建设提供了大量急需的线路、道岔、桥梁、信号、客车等方面的实测数据。

根据铁道部安排，0001、0002号机车分别作为鉴定试验和运行考核样车。1992年6月至12月，0001号机车在北京环行铁道进行了样车鉴定试验，其中高温冷却试验于8月在南昌进行。而0002号机车于1992年11月起在广深铁路投入15万公里运行考核。 两台东风9型机车分别完成鉴定试验和运行考核后，于1993年配属广州铁路集团广深铁路总公司（今广深铁路股份有限公司），投入广深铁路运用，担当广深城际列车的牵引任务。2003年初，东风9型机车曾经一度同时担当牵引广九直通车进入香港。

2005年，两台东风9型机车的走行公里数已到大修期，为了提高零部件的通用性、方便日常维护检修，东风9型机车通过返回戚墅堰机车车辆厂大修的机会，进行了较大范围的更新改造。除了柴油机、 转向架、主发电机及车体等重大部件仍利用原车部件，其余部分尽量采用与东风11型机车通用的零配件，并根据东风11型机车运用过程中发现的问题进行改进。主要改造部分包括，高低压电器柜、主整流柜均改用东风11型机车所用的型号；以32位微机控制系统取代了原来的电子控制装置，安装了由株洲南车时代电气公司研发、采用摩托罗拉MC68332微处理器为核心的LCS32型微机系统，并加设了多种传感器；以ZD106型牵引电机取代了试验性的ZD106S型牵引电机；传动齿轮比改为与东风11型机车相同；对司机室、辅助系统和全车电气线路、空气管路进行更新。改造完成后，东风9型机车的性能与东风11型机车基本相同，最高运行速度均为170公里/小时。2005年10月初，两台东风9型机车先后出厂，交付广深铁路股份有限公司使用。

2008年6月，广州铁路集团调整了京广铁路广铁管内广州至长沙区段的乘务交路，两台东风9型机车改配属广州机务段韶关运用车间，担当广州—韶关—衡阳区间的客运交路。 机车采用交—直流电传动，采用TQFR-3000C-1型三相交流同步发电机和ZD106型直流牵引电动机。柴油机通过弹性联轴节直接驱动一台三相交流同步牵引发电机，通过硅整流装置把牵引发电机发出的三相交流电整流为直流电，再将电能输送给两台转向架上的六台并联的直流串励牵引电动机，通过传动齿轮驱动车轮。

东风9型机车的电子控制系统，借鉴了美国进口ND5型机车的恒功率励磁控制系统和粘着控制系统。柴油发电机组的恒功控制系统，能保证机车牵引工况时，柴油机在各个转速下运行，整流柜输出均具有恒功率特性；而在制动工况下，电阻制动具有恒励磁电流特性。此外，该装置还具有轮对防空转防滑行功能，提高机车的粘着系数。 机车走行部为两台完全相同的三轴转向架，轴箱拉杆定位、一系独立悬挂、低位牵引杆等均沿用了中国国产内燃机车普遍采用的结构。为了满足机车高速运行时动力学性能要求，东风9型机车是在中国国内首次采用了双侧六连杆轮对空心轴式牵引电动机全悬挂、高柔圆弹簧二系悬挂。轮对空心轴式牵引电机全悬挂的特点为，将牵引电动机全部重量悬挂在转向架构架上，牵引电动机的扭矩通过牵引齿轮、弹性六连杆机构、空心轴装配，从而驱动轮对。与抱轴式转向架结构相比，轮对空心轴式每轴簧下重量可以减轻近50%，大大减少高速运行时的轮轨作用力。双侧六连杆轮对空心轴结构同样被后来的东风11型、韶山8型等准高速客运机车所采用。

此外，车体与转向架之间的二系悬挂也采用高柔度圆弹簧结构，转向架两侧旁承座各设有四个独立圆弹簧，具有较大的垂向静挠度和较小的横向刚度，能改善机车高速通过曲线的性能；二系悬挂还设置了垂向、横向油压减振器以及抗蛇行减振器，均采用荷兰科尼公司（Koni）的减震器产品。

DF4D型内燃机车的设计特点

1879年出世的世界第一台电力机车，是利用两条铁轨之间的第三条轨将电力引进机车里的。这种供电方式适合于电压和功率都比较低的情况。

随着电力机车的发展，要使它跑得快，运载量大，就得提高电力机车供电系统的电压和功率，因而需要使用高压输电线和变电装置。在这种情况下，就不能再使用设在地面上的第三条轨供电的方式了，因为这既不安全，又给使用带来不便。

1881年，德国试验成功一种适合以高压输电线供电的电力机车新的供电系统，叫做“架空接触导线”供电系统，也就是将电力机车的供电线路由地面转向空中。实际上，这种供电系统和城市中的有轨电车相似，在车顶上装着一条“长辫子”。它与以前使用蓄电池的电动机车的主要不同在于，它自身不带电源，由电厂供电，所以机车的结构比较简单，但需要一套供电设备。

这种装有“长辫子”的火车，依靠装在车顶上的受电弓子把电力从架在空中的电线上引到机车里。高压输电线送来的电是高达110千伏的三相交流电，必须经过牵引变电所变成27千伏的单相交流电，方能供机车使用。因此，在电力机车行驶的铁道沿线上，每隔50公里左右设一个牵引变电所。变电所的电又被送到邻近的沿线接触网上，通过机车上的受电弓将交流电引到机车的整流器上，把交流电变成直流电，使直流电动机旋转，再经过一套传动装置，带动车轮转动，机车就会跑动起来。

电力机车虽然问世较早，但直到20世纪60年代才开始受到人们的重视，被大量普遍地使用起来，已成为铁路机车家族中的佼佼者。 (1)按用途分：干线内燃机车，包括货运内燃机车和客运内燃机车;调车内燃机车和调车小运转内燃机车；工矿内燃机车；地方铁路内燃机车。

(2)按传动方式分：电传动、液力传动和机械传动内燃机车。电传动内燃机车，可分为直流电传动、交直流电传动和交流电传动内燃机车。液力传动内燃机车，可分为普通液力传动、液力一机械传动和液力换向的液力传动内燃机车。后者简称为液力换向内燃机车。

(3)按铁路轨距分：标准轨、宽轨和窄轨内燃机车。标准轨轨距为1435mm；宽轨轨距有4种分别是 1520mm、1600mm、1665mm和1676mm；窄轨轨距在1000mm 至1219mm之间。

(4)按机车装用主柴油机台数分：单机组内燃机车和双机组内燃机车。

(5)按能否实行重联牵引分：非重联内燃机车和重联内燃机车。

(6)按走行部结构分：车架式内燃机车和转向架式内燃机车。

(7)按机车轴数分：四轴、六轴和八轴内燃机车。

(8)按机车轴式分：A-A、A0-A0、B-B、B0-B0、B-B-B、B0-B0-B0、C-C、C0-C0、D-D、D0-D0、A01A0-A01A0、AAA-B轴式内燃机车。

(9)按司机室数量分：单司机室和双司机室内燃机车，还有无司机室内燃机车。 内燃机车，是采用内燃机作为动力装置的机车。

注：铁道机车用的内燃机绝大多数是柴油机。

内燃机车由下列部分组成:柴油机、主传动装置、辅助传动装置、车体(包括司机室)、走行部及各辅助系统。

机车辅助系统包括:燃油系统、机油系统、冷却水系统、预热系统、空气制动系统及其他用风系统、控制系统、照明系统、充电系统、检测系统、诊断系统和显示记录系统等。 1、电传动

直流电传动、交直流电传动和交直交(简称交流)电传动。东风、东风2和东风3型机车，为直流电传动机车;东风4型以后研制的电传动内燃机车，均为交直流电传动机车 。1999年以后陆续出现了一些交流传动机车。比较成功的有大连厂的东风4DJ型 和戚墅堰厂的东风8CJ型。国产电传动机车都命名为东风*型进口的则是ND*型。电传动机车在国内最知名的是由戚墅堰机车车辆厂制造的东风11G型和东风8B型。

2、液力传动

一般(机械换向)液力传动和液力换向的液力传动;另有一种为液力一机械传动。北京型和东方红系列机车均为液力传动机车;多数GK系列工矿机车为液力换向机车。国产的液力传动一般是东方红*型和北京*型 还有工矿机车GK系列 进口的则是NY*型。液力传动机车在国内最知名的 就属国产的东方红型了。

3、机械传动

国内很少见；只在小功率的地方铁路和工矿机车上少有运用。从1992年6月1日起，北京铁路分局结束了使用蒸汽机车牵引客车的历史，改用内燃机车，以提高列车的速度和正点率。

人们在使用蒸汽机车的过程中发现，这种机车的一个致命弱点是它的锅炉既大又重，严重影响了它的发展前途。在锅炉里，用煤将水加热成蒸汽，再通入汽缸里，从而推动机车前进。有人设想，如果将这种笨重的锅炉去掉，使燃料直接在汽缸内燃烧，用所产生的气体来推动车轮旋转，就可以克服蒸汽机车的主要缺点。于是，一些科学家便开始进行研究试验。

1866年，德国人奥托首先制成了一种燃烧煤气的新型发动机。这种发动机和蒸汽机在汽缸外面的锅炉里燃烧燃料不同，它是在汽缸内点燃煤气的，然后利用气体的压力推动活塞，从而使曲轴旋转。因此，就给它起了个形象的名字，叫做“内燃机”。内燃机的出现，为火车的进一步发展带来了生机。

后来到了1894年，德国就制造出世界上第一台内燃机车。这种没有大锅炉的新机车，既不烧煤，也不烧煤气，而是用柴油作燃料。它所用的柴油机是德国人鲁道夫·狄塞尔发明的。从此，内燃机车就成了火车家族中的一位重要成员，并得到了广泛的应用。 内燃机车虽然出世较晚，但它后来居上，比火车家族中的大哥哥蒸汽机车的本领高强，受到人们的重视。它的突出优点是：

1.速度快：内燃机车起动迅速，加速又快。通常，蒸汽机车的最大时速为110公里，而内燃机车的最大时速可达200公里，使铁路通过能力提高35%以上。

2.马力大：蒸汽机车的功率一般为3000马力左右，而内燃机车可以达到5000～8000马力，因而运载量就多。

3.能较好地利用燃料的热能：蒸汽机车的热效率一般仅为7%左右，而内燃机车可达到38%左右，提高了6倍，从而节省了大量的燃料。

4.适合缺水地区使用：蒸汽机车是个用水“大王”，一列火车平均每行驶10公里，就得消耗水3～4吨。通过干旱的缺水地区，火车就需要自带用水。据统计，在缺水地区运行一列火车，如果有10节车厢，其中有3节车厢是用来装水的。而内燃机车用来冷却的水仅需要几百公斤，供循环使用，内燃机车上一次水，可连续行驶1000公里，因而它被人们誉为“铁骆驼”。

5.司机驾驶操作方便：内燃机的司机不需要像蒸汽机车那样加煤加水，而且驾驶室内明亮宽敞，司机操作时视野开阔，既方便又安全。

6.适合复杂环境；如自然灾害 和非自然灾害如战争，无需接触网即可运行。

1、机车总体布置

东风4D型客运内燃机车，是在东风4B和东风4C型内燃机车基础上进一步开发而成的新一代提速客运内燃机车。机车采用内走廊栅式车体，两端司机室，采用交直流电传动，轴式为C0-C0，轴重23t，最高运行速度为132km/h。

机车上部结构共分为七个部分:依次为第I司机室、电气室、传动室、动力室、冷却室、辅助室和第II司机室

机车车体为内走廊式侧壁承载全焊钢结构。

机车采用JZ-7型空气制动机。

为适应提速运行的需要，牵引电动机采用了滚动轴承抱轴的轴悬式悬挂装置。

2、机车动力装置

东风4D型机车装用16V240ZJD型柴油机。

3、机车电传动

与东风4B、东风4C型机车相比，东风4D型机车电传动装置的主要特点有:

(1)东风4D型机车柴油机的最大运用功率提高到2940kW，相应地东风4D型机车的标称功率提高到2425kW，分别提高了22.5%和 12.2%。

(2)为适应机车功率的提高和扩大机车恒功率速度范围，东风。D型机车装用了由永济厂专门开发的提高了容量的TQFR-3000E型交流同步主发电机和ZD109B型直流牵引电动机。

(3)牵引电动机的励磁率(磁场削弱)由B型、C型机车的两级改为一级。客运机车的励磁率为66%;货运机车的励磁率为60%;调车机车的励磁率为71%。

(4)客运机车牵引齿轮传动比为68/24,持续牵引力为214.8kN，持续速度为39km/h,机车恒功率最高速度可达145km/h。货运机车牵引齿轮传动比为63/14，持续牵引力为341.15kN，持续速度为24.5km/h,恒功率最高速度为92km/h

(5)电阻制动工况有两级电阻制动，最大制动电流为650A，最大励磁电流为740A。

(6)牵引整流装置改为GTF5100/1250型，额定直流输出电流为5070A，额定直流输出电压为1250V。

(7)装用2台ZTP一22型机油泵电动机，其功率为2.2kW，转速为3000r/min。在机车起动机油泵工况，2台电动机同时工作;在预热锅炉工况，由其中一台电动机作为辅助机油泵工作。 (8)为便于机车在不起动柴油机的情况下移动，增设了动车插座8CZ。当接通地面电源时，机车可以自行移动

(9)利用增设的电阻制动装置，机车可以进行自负荷试验，可方便地检测各个转速下的柴油机功率。

4、机车走行部

与东风4B、东风4C型机车相比，东风4D型客运机车走行部的主要特点有:

(1)转向架二系悬挂装置为4个橡胶堆旁承，并配有2个横向减振器。橡胶堆旁承的垂向挠度为15mm。在转向架与车体间，安装由荷兰进口的抗蛇行减振器，以提高机车运行的稳定性和机车临界速度。

(2)牵引电动机采用滚动轴承抱轴箱，左右2个滚动轴承为圆锥滚子轴承。用8个M36x3的螺栓，将滚动抱轴箱与牵引电动机连成一体。滚动抱轴箱相对轮对的横动量调整为0.05-0.18mm。

5、车 体

机车车体的主要特点有:

(1)机车采用框架式侧壁承载车体。主要由上部的司机室、侧墙、顶棚、隔墙和下部的底架、端部下骨架、排障器和牵引缓冲装置等组成。6道隔墙将车体分隔成7个工作间:依次为I司机室、电气室、传动室、动力室、冷却室、辅助室和II司机室。除司机室外，各室顶部均设有宽2350mm的开口，以供吊装各室的机组和设备。各开口均用活动顶盖覆盖。钢结构主要承载梁、杆件和板，均采用高强度16Mn低合金钢制成。车体的侧墙、隔墙和顶棚等件与东风。c型机车结构基本相同。

(2)车体的底架主要由2根侧梁、前后端部、前后旁承组梁、柴油机发电机组座梁等组成。侧梁由高度360mn、槽钢和厚10mm钢板组焊成箱形梁

(3)司机室外形与东风4c型机车相同。司机室内设有空调机、冰箱、半自动遮阳帘，还设有高舒适度座椅、新型可调照明灯、顶吹式风扇等设备，形成了一个舒适、方便、安全的工作环境。

6、机车辅助系统

机车各系统，包括辅助传动系统、燃油系统、机油系统、冷却水系统、预热系统、照明系统、充电系统、机车控制系统、空气制动系统以及检测、诊断和显示系统等。这些系统大多与东风4B型机车相似。

7、机车保护装置

(1)机车保护装置(行车安全监控设备)，是把计算机技术用于铁路行车监测、控制，以确保行车安全的电子装置和屯气装置。机车运行中，该装置引人行车速度、列车制动等行车参数和线路坡度、信号显示状态、信号机间距离等线路参数，经综合分析，计算出允许的运行速度和随时应采取的措施，以保证列车在充分发挥运行效率的情况下，防止机车超速，确保机车能在红色信号灯前停车。

(2)东风4D型机车的行车安全监控设备包括KJ-93A型列车运行监控记录装置， JS型(JT1型)数字化通用式机车信号系统 (包括JX1-8型八灯显示机车信号机)，机车速度系统(包括DF-16型光电速度传感器、 EGZ3/8型双针速度表和EGS3/8型双针速度表)，以及机车制动系统(包括JH-6型常用制动继电器箱、CZDF1/8.3型电空阀组、压力传感器和紧急制动电空阀)。

(3)行车安全监控设备的工作系统，还包含机车上原有的各项设备(如牵引、制动转换开关，前进、后退转换开关，柴油机转速显示，列车制动装置和机车运行速度显示等)、车载设备(行车监控主机箱及显示器、信号主机箱及显示器、信号接收线圈、机车常用制动继电器盒等)、转储设备(转储箱、转录电源和电缆等)以及地面设备(微机和相应的地面软件及有关外围设备)。