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东风9型内燃机车

东风9型柴油机车(DF9)是中国铁路柴油机车车型之一,由戚墅堰机车车辆厂于1990年研制成功。东风9型机车是为研究5000马力准高速客运柴油机车的实验性产品,仅试制两台并未投入批量生产,是中国第一种最高运行速度达到160公里/小时以上的柴油机车,也是继东风8型货运机车之后中国第二种装用16V280/285系列大功率柴油机的铁路机车,其主要特点包括采用了双级六连杆轮对空心轴式牵引电动机全悬挂系统、高性能恒功励磁及防空转系统、高柔度二系圆弹簧、轻型化车体等。在东风9型机车的基础上,戚墅堰机车车辆厂于1993年成功研制了东风11型准高速客运机车,为以后的中国铁路大提速打下了基础。

随着中国实行改革开放,国民经济的高速发展对铁路旅客运输带来大量需求,同时也对旅行速度提出了新的要求。为解决铁路客运严重超员的问题,中华人民共和国铁道部于1980年代中期,提出在中国第七个五年计划(1986年~1990年)间实现以北京为中心、1500公里为半径的繁忙干线上,开行编组20节、最高速度140公里/小时、运行时间不超过15小时的“朝发夕至”或“夕发朝至”特快旅客列车,在地理上相当于北京到上海哈尔滨西安长沙的距离,以增加繁忙干线的客运能力,为此必须研制新型大功率客运机车 。1987年,国家科委、国家计委、铁道部将新型快速客运柴油机车、电力机车的研制列入了“七五”国家重点科技攻关项目,即分别为后来的东风9型柴油机车和韶山5型电力机车

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【1990】1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检,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。

2010年下半年,东风9型0001、0002号机车开始分别封存于广州机务段韶关运用车间、广州运用车间两地。同年12月,广州铁路集团通过中国铁路采购网在网上发布了报废机车招标公告,将两台东风9型机车按废金属实行网上竞价出售 。2011年5月,两台东风9型机车被拆解。

东风9型机车采用低合金钢侧壁承载结构棚式车体,设双侧贯通式内走廊、双端司机室。机车车体从前到后依次为第一司机室、电气室、动力室、冷却室、辅助室和第二司机室。电气室内设有高低压电器柜、电子恒功率控制柜、主整流柜以及卧式电阻制动柜,并装有牵引电机通风机。动力室在机车中部,安装了一套柴油发电机组,以及辅助发动机、励磁机、燃油输送泵、空气滤清器等辅助装置。冷却室内设有V型结构的散热器风扇,此外并设有牵引电机通风机、机油滤清器、空气压缩机等设备。辅助室内安装预热锅炉及其控制柜。车底两台转向架之间设有燃油箱、总风缸和蓄电池箱。

机车装用一台16V280ZJA型柴油机,为16气缸四冲程废气涡轮增压的V型中速柴油机,是在东风8型机车装用的16V280ZJ型柴油机基础上改进设计而成的大功率柴油机,其装车功率比16V280ZJ型柴油机高300千瓦,燃油消耗率也有所降低。气缸直径280毫米,活塞行程285毫米,标定功率3860千瓦,装车功率3610千瓦 ,并采用了江津增压器厂引进瑞士ABB公司专利生产的高压比、高效率的VTC254型增压器和模件式脉冲转换增压系统(MPC)。空气滤清装置为两级滤清系统,分别为多旋流管式粗滤器和纸质细滤器。

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。

160公里/小时(营运)

170公里/小时(试验)

58.6公里/小时(改造前)

64.8公里/小时(改造后)

245千牛(最大)

179.1(持续,改造前)

161.3(持续,改造后)

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