东风6型柴油机车

背景

1980年代初，中国实施改革开放以后，随着国民经济快速发展，铁路运输能力全面紧张。为了满足运输需求，中华人民共和国铁道部经研究后决定按“技贸结合”原则从国外进口一批大功率内燃机车，缓和机车运用紧张的局面。经反复比较后，中国决定引进美国通用电气运输系统商业分公司“Dash-7”系列产品的C36-7型内燃机车，这批机车按中国铁路机车命名规范定型为ND5型。1983年至1986年间，中国共进口了422台ND5型机车，配属上海铁路局、济南铁路局、北京铁路局、沈阳铁路局，主要投入京沪铁路、丰沙铁路、京原铁路、沈大铁路运用，有效缓解了当时铁路运能紧张的情况，经济效益十分突出。
作为一种通过“技贸结合”方式引进的机车，中国与通用电气公司签订ND5型机车购买合同的同时，还签订了技术转让合同。技术转让分为两个阶段，第一期技术转让项目为ND5型机车关键部件制造技术转让，由通用电气公司向中方无偿转让该型机车12项关键部件制造技术，引进项目包括GTA24A3型牵引发电机、GE752AF8型牵引电动机、辅助电机、电子控制产品、恒功励磁装置、轮对防空转装置、废气涡轮增压装置、7FDL-16型内燃机主要部件如气缸套、活塞等。引进的主体为通用电气的机车电传动系统，而其他机械部件产品也各具特色，ND5型机车上这些产品的优点恰恰就是当时中国国产内燃机车技术的薄弱环节。
合同并规定了第二期技术转让项目，在1985年至1989年的合作期间，由大连机车车辆厂与通用电气公司合作改进中国国产的东风4型内燃机车，通用电气公司帮助大连厂在东风4型机车上装用通用电气机车的电机、电器和微机控制设备，机车性能要达到同期通用电气公司“Dash-8”系列C39-8型内燃机车的标准。其中机车总体结构、机械部分由大连厂设计制造，电气传动系统和控制系统由通用电气公司设计制造，而机车的动力装置也采用了由大连厂与英国里卡多咨询工程师公司合作研制的16V240ZJD型内燃机。这种新型机车在设计阶段曾被称为东风4D型，并被列入铁道部第七个五年计划期间科技发展规划。

研制

早于1984年，大连厂与英国里卡多咨询工程师公司已经开始合作，对装用于东风4B型机车的16V240ZJB型内燃机加以改进，并于1986年底研制出第一台16V240ZJD型内燃机，内燃机装车功率为4000马力（2940千瓦）。该台内燃机样机先后在1987年12月和1988年2月顺利完成了按国际铁路联盟标准规定的UIC100小时可靠性试验和ORE360小时耐久试验按照合同规定的进度，大连机车车辆厂于1988年1月完成机车的施工设计，随即开始试制。同年8月起，由通用电气公司制造的电气设备陆续运抵中国并开始装车。首两台样车分别于1988年12月和1989年1月完成总体组装，并进行了初步试验工作；同时，新机车由铁道部正式命名为东风6型。两台机车落成后，大连厂和通用电气公司双方联合对样车进行全面调试，使各项性能参数达到预期要求。1989年1月至3月，两台样车在沈大铁路大连至瓦房店、大石桥间进行了多次正线牵引试验，表现出良好的牵引性能。
1989年4月5日，首两台东风6型机车在大连机车车辆厂举行了落成典礼大会，通用电气公司副总裁迈克尔·洛克哈特（Michael D. Lockhart）、中国铁道部总工程师沈之介、中共大连市委书记林声等人参与了典礼和剪彩。

试验

首两台样车出厂后，随即配属沈阳铁路局大连机务段进行运用考核试验，并将东风6型机车与ND5型机车编入同一个车队，投入沈大铁路运用，以客观比较和评价东风6型机车的性能。1989年9月，铁道部选取了东风6型0002号机车，在大连内燃机车研究所的机车定置试验台上进行了牵引热工性能试验。试验结果显示，东风6型机车内燃机的运用功率和机车标称功率都略高于ND5型机车，牵引性能较好，起动牵引力和持续牵引力分别比东风4型机车高22.75%、112.5%，并在很宽的速度范围内具有较高效率，实测机车轮周效率达到35%以上，而在相同运用条件下油耗率指标与ND5型机车相当，机车各项技术指标均已达到1980年代世界上同类机车的先进水平。
然而，东风6型机车出厂仅仅两个月后中国发生了六四事件，美国政府谴责中国的镇暴行动，并宣布对华实施武器禁运和严格的经济、技术制裁，这对后来东风6型机车的发展造成极大影响。

国产化

首两台样车上安装了77种国外进口部件，引进价值达83万美元。为了实现机车国产化，根据铁道部科技发展计划项目合同《东风6型机车国产化安排》的规定，大连厂与有关单位于1990年开始进行了引进部件的国产化，仿制零部件包括内燃机的主要部件如增压器、喷油泵、喷油器等；电传动装置如牵引发电机、牵引电动机、电阻制动柜等；机车控制系统如微机装置、显示屏、传感器等。1991年9月，第三台东风6型机车试制成功，国产化率达96%，除进口价值3万美元少量配件和生产原材料外，其余总价值80多万美元的配件全部实现国产化。为了验证国产化机车的性能和质量状况，机车出厂后经过初步牵引试验后，于1992年3月至4月在大连内燃机车研究所的机车定置试验台上进行了牵引热工性能试验；并在1994年8月配属大连机务段进行运用15万公里考核试验，担当大连至大石桥区间货物运输。1994年，大连机车车辆厂向铁道部申请试制第二台国产化东风6型机车并获批准；1995年10月，第四台东风6型机车出厂，同样配属大连机务段投入3万公里运用考核。
试验和运用结果显示，国产化机车各项主要技术指标均达到了设计目标，其轮周效率、油耗率、牵引力等参数虽略低于首两台采用通用电气公司进口部件的原装机车，机车总体性能相差不多，但可靠性明显打了折扣。一些国产化的关键部件使用寿命短、故障率高、屡坏屡换，例如国产化喷油泵不能使用，迫使再次向英国订购；0004号机车刚出厂试运行就发生牵引电动机抱轴瓦烧损，经检查后又发现抱轴瓦因制造工艺不当，全部出现裂纹需重新制造。
由铁道部安排，国产化东风6型机车从1996年5月至1997年12月间完成了各项鉴定试验。1998年10月，大连机车车辆厂向铁道部科教司提出对东风6型机车安排进行部级鉴定的申请；同年12月通过部级标准化审查。1999年10月，东风6型机车正式通过部级鉴定。

东风10D型

为满足中国铁路干线重载货运的需要，大连机车车辆厂于1994年在东风10型机车基础上，研制了东风10D型双节八轴重载货运机车。东风10D型机车大量采用了东风6型机车的技术，包括内燃机及电传动装置等，令其性能有较大提高。由于可靠性原因，东风10D型机车仅试制一组，未投入批量生产。

东风6A型

1995年，中国铁道部立项进行内燃机车径向转向架的研制，设立了“东风6A重载内燃机车径向转向架”及“东风8B重载内燃机车径向转向架”两个研究项目，分别由大连机车车辆厂、戚墅堰机车车辆厂主导，联合上海铁道大学、西南交通大学进行研制。东风6A型机车在东风6型机车基础上，装用柔性自导向径向转向架，以提高机车的通过曲线性能和粘着利用，减少轮轨磨耗。径向转向架的设计方案于1996年底进行了厂内设计审查。东风6A型机车并未投入试制，但其径向转向架后来被应用于2000年研制成功的东风4D型7000系机车。

总体结构

东风6型机车的车体结构继承自东风4系列机车的设计，采用全焊接钢结构框架式侧壁承载车体，两端设有同等功能的司机室，可双向操纵机车，并设双侧内走廊。机车从前到后分别为Ｉ端司机室、电气室、动力室、冷却室、隔离间、ＩＩ端司机室。与东风4型机车相比，主要变化为压低了司机室高度、司机室地板取消了二层台、加大了前窗和侧窗玻璃等。电气室内设有主整流柜，顶部装有一台卧式电阻制动柜。动力室在机车中部，安装了一套内燃发电机组，其中动力室前部靠近发电机位置并设有前转向架牵引电动机通风机、主发电机通风机、起动发电机等，而后部靠近内燃机位置设有车体通风机。冷却室设有油水系统冷却装置，包括铜散热器、高温闭式循环冷却水系统、膨胀水箱、后转向架牵引电动机通风机、两台空气压缩机等。隔离间设有预热系统。机车下部两台转向架之间吊挂着燃油箱、蓄电池和总风缸。机车并设有重联装置。空气制动机为国产JZ-7型制动机，手制动装置与东风4型机车相同。

内燃机

东风6型机车装用一台16V240ZJD型内燃机，是在16V240ZJB型内燃机基础上，通过与英国里卡多咨询工程公司技术合作，于1986年开发完成的大功率机车内燃机，属于240/275系列产品之一。该型内燃机为16气缸、四冲程、废气涡轮增压的直喷式V型中速内燃机，重新设计了缸盖和气门机构，采用整体铸钢主轴承座与钢板焊接而成的机体、稀土合金球铁曲轴、定压增压系统；在50°V形夹角上方布置两套增压器和中冷器。内燃机装车功率为2940千瓦，满功率运转时燃油消耗率为每千瓦小时207克，设计使用寿命为25000小时。内燃机并使用了部分国外进口配件，以提高可靠性，包括瑞士ABB公司VTC254-13型增压器、英国布赖斯·伯杰公司（Bryce Berger）的喷油泵和喷油器、美国伍德沃德公司的PGEV调速器等。

传动系统

传动装置为交-直流电传动，内燃机通过法兰盘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，再经过一套控制系统将电能输送给两台转向架上的六台直流串励牵引电动机，通过传动齿轮驱动车轮。东风6型机车采用了通用电气公司先进的机车电传动设备，包括牵引发电机、牵引电动机等。GTA32A1型三相交流同步牵引发电机（国产化型号为JF202型）电气结构上与“Dash-8”系列机车所用的GMG187型牵引发电机完全相同，机械结构上根据与16V240ZJD型联接要求改进设计。GE752AFC1型直流牵引电动机（国产化型号为ZD108型）是GE752AF系列牵引电动机的一种变型产品，其悬挂方式除抱轴部分保留与通用电气公司电机原结构外，电机与转向架的连接沿用了东风4系列机车的传统形式。
由于东风6型机车选用了调压比极高、恒功运用范围广并且有较高传动效率的牵引发电机和牵引电动机，辅之以微机恒功励磁系统，从而令机车具有优异的牵引性能，不仅有较大的起动牵引力与持续牵引力，并且有很高的恒功率速度。东风6型机车标称功率达到2,425千瓦，在机车运用速度（从持续速度22.2公里/小时到最大设计速度118公里/小时）范围内实现恒功牵引特性控制，因此东风6型机车并不需要牵引电动机的磁场削弱，也不需要像ND5型机车在主发电机设两套独立的电枢绕组进行串并联转换，电传动装置就能充分吸收内燃机的输出功率。

控制系统

东风6型机车采用了以英特尔80186微处理器为核心的微机控制装置，负责控制机车的恒功率励磁、轮对防空转防滑行、电阻制动与制动扩展控制、以及机电保护和故障诊断显示装置等，由大连厂与通用电气公司共同设计、通用电气公司制造。恒功励磁控制系统通过联合调节器上的负载控制电位器（Load Control Potentiometer，LCP），快速、准确地实现内燃机的恒功率控制，并引入多种修正和反馈信号，使系统对复杂多变的工作情况快速反应，使机车能够充分发挥功率和牵引力。轮对防空转防滑行系统通过检测牵引电动机的转速来实现机车速度控制和空转保护，有效改善机车的粘着利用性能。然而，由于微机显示屏语言为英文，当机车出现问题时司机难以迅速判断和处理故障。

转向架

机车走行部为两台三轴转向架，轴式Co-Co。除牵引电动机、齿轮箱、轮对外，其他部分均直接沿用东风4型机车的转向架结构。一系悬挂为轴箱圆弹簧并带有液压减震器，二系悬挂为橡胶堆。牵引力和制动力通过低位四连杆机构牵引装置传递。牵引电机悬挂方式为滑动抱轴承式半悬挂、单边齿轮传动。