(DF4CK实验失败原因分析)(原创!!)

DF4D乌克兰

用途：干线和城市间快速客运机车
水装载量：1200kg
轨距：1435mm
砂装载量：400kg
机车持续速度：70km/h
机车标称功率：2165kW
机车最大恒功率速度：160km/h
轴式：A1A-A1A
最大起动牵引力：167kN
持续牵引力：106kN
轮径：1050mm（新）
通过最小曲线半径：145m
轴重：21±3%t
散热器形式：强化型肋片扁管式
牵引齿轮传动比：76:29
转向架构造速度：180km/h
燃油箱容量：6000L
制动机型号：JZ-7
机油装载量：1200kg
空气压缩机型号及数量：NPT5/2台
机车计算整备重量：126±3%t
总风缸容量：2X600L

　　从ＤＦ４ＣＫ基本资料的机车用途上不难看出，ＤＦ４ＣＫ并不是拉大编组特快列车的机车，而是牵引城际列车或干线小编组列车．这样ＤＦ４ＣＫ机车的应用空间还是很大的．
　　ＤＦ４ＣＫ适用于小编组的城际列车，因为该机车持续速度是７０ＫＭ／Ｈ，所以持续速度是比较大的，因此对于小编组列车来说加速性能较好．因为在７０ＫＭ以下能保持比较大的牵引力．另外该机车的功率对于小编组的列车是很合适的．象京霸小票，或者某些通勤车的编组很短，我曾经看到过ＤＦ１１只拉着３节编组的车运行，这肯定是机车资源的浪费．而ＤＦ４Ｂ型机车虽然功率小，但是由于构造速度的限制，列车时速很难超过１２０ＫＭ／Ｈ．因此象那些小编组的２５Ｋ或者２５Ｚ等就不实用了，但是用ＤＦ４ＤＫ同样是因为功率大浪费机车资源．因此在很多方面上大量运用４ＣＫ还是可能的．又如某些需要双机牵引的特快双ＤＦ１１和双ＤＦ４ＤＫ都是比较浪费的，机车重联后根本不用满功率运行．所以这时用ＤＦ４ＣＫ就比较合适了．
　　因此就这种情况分析一下ＤＦ４ＣＫ的不合理设计，以及不成熟的设计．提出改进意见．设想该车量产的可行性．
　　下面我将对比成熟的ＤＦ１１机车和ＤＦ４ＤＫ机车，来分析ＤＦ４ＣＫ不合理和不成熟的设计．以及以ＤＦ１１机车和ＤＦ４ＤＫ机车为蓝本的改进计划．

DF4D乌克兰

１．不合理和不成熟的设计．
　（１）动力系统．
　　ＤＦ４ＣＫ机车的动力系统采用了ＤＦ４Ｃ机车的１６Ｖ２４０ＺＪＣ柴油机．运用功率２６５０ＫＷ．不难看出这个功率在ＤＦ４Ｂ和ＤＦ４Ｄ之间，所以这既能融合ＤＦ４Ｄ的优点，也能具备ＤＦ４Ｂ的优点．但是在内燃机制造技术成熟的今天２４０柴油机的原有设计应该说是比较落后的．体积大功率小，而且重量大．因此如果能按照２８０柴油机结构制造的话，那样柴油机体积和质量将有大幅降低．柴油机质量减小能使车体中部载荷下降车架挠度减小．相当于增加了车架刚度．能减少运行中的震动．２８０柴油机结构的宽度和长度都比较小，而改成２４０后能进一步减小柴油机体积，柴油机窄了，相应的内走廊就会展宽．这有利于机车的检修和司机通过．对比ＤＦ４ＤＫ由于功率比较小，而冷却面积和４ＤＫ一样大．所以耐高温性能应该是比ＤＦ４Ｄ更胜一筹的．相比ＤＦ１１就更优越了．而且可以继续通过缩小行程的办法将功率降至２２５０ＫＷ（３３００马力）．机车的牵引性能通过提高传动效率得以维持原来状态．这样能进一步降低中部载荷，因为形成的缩短，可以有效降低柴油机的震动．
　（２）电器系统
　　　电气柜保留ＤＦ４Ｃ机车的电气柜设计，整流柜建议使用ＤＦ４Ｄ的硅整流装置，因为这样能减轻整流装置的发热，从而提高传动效率．电器桂柜应加装辅助通风的风扇．这样有助于提高电器的稳定性．
　（３）传动系统
　　　对比ＤＦ４ＤＪ，ＤＦ８ＣＪ我们可以看出前者功率小，而牵引能力却大于后者．这是因为４ＤＪ采用了德国制造的励磁机和牵引电机，使得传动系统的效率得到大幅度的提高．现在的东风４ＣＫ机车采用的牵引电机和励磁机还是相当落后的．所以在很大程度上降低了牵引能力．而前面又提到降低柴油机功率．所以提高传动效率是很重要的．所以机车应采用新的高效励磁机，和高效的牵引电机．
　（４）走行部
　　　ＤＦ４ＣＫ的走行部设计的是很不成功的,对于准高速机车来说,DF4CK的转向架轴距不够长,而机车的轴重只有21T且仅在1.3.4.6轴上有4个牵引电机.由于转向架长度不够,进而造成二系悬挂承载点过于集中,这就造成转向架高速下前后跳动的问题.又由于该车为架悬试转向架.牵引电机的质量全部集中在转向架有分配在3跟轴上,3跟轴的簧下质量并无明显差别.而只有4台牵引电机的DF4CK机车每跟轴的牵引力却和DF11机车基本相同.因此造成牵引粘着质量不够.又因为高速下的跳动,因此机车在高速下的空转肯定非常严重(据说DF4CK在环铁实验的时候正是雨天,空转已经很厉害了,这才没有通过鉴定). 机车的制动系统是采用了单侧单元制动器,这使得机车在高速运行下制动力不够的问题,虽然DF4CK机车质量只有126T,相对于DF4DK和DF11惯性小很多,运行速度也比DF4DK和DF11低10KM/H但是单侧单元制动器仍不能很好的满足需要.DF4CK的二系悬挂参数是按照东风11机车设计的,这造成转向架和车体间间隙过大.(见上面DF4CK侧图.)由于转向架本来就比较轻,加之机车转向架车架间隙大,加距了机车重心上移,造成高速下晃动严重.机车抗蛇行减震处在车体前端,挠度小,因此效果不明显.对于以上问题应做如下改进:1.将转向架轴距增加至2000MM.减轻高速下转向架前后的跳动.2.将机车改为双侧单元制动器分别在1.3.4.6轴安装.2.5轴为单侧单元制动器,(具体外型见DF11转向架).3.降低二系悬挂高度,使机车车架转向架间隙和DF11机车相同.进而使机车油箱位置降低,整车重心降低.稳定性能增加.5.以上措施必然增加转向架质量所以对牵引电机进行减重设计.以上也提到对柴油机的减重,因此机车整备质量仍在控制范围之内.不改变,甚至有所减轻.柴油机重量的减少使车体上部质量减小,重心下移.6.机车转向架加长后将抗蛇行减震按照DF11的设计装在转向架后部,并采用DF11的大抗蛇行减震,以提高阻尼系数.横向减震也改为DF11的大减震,原因同上.
   (5)单拉杆牵引
      DF4CK采用的单拉杆牵引应该说是比较科学的.单拉杆的低位牵引对于增加粘着力是有很大帮助的,(例如SS3B和SS4G)后者采用了低位牵引,结果牵引性能大幅度提高.所以改进后的机车仍然要保持单拉杆牵引.且结构简单省去了很多调节机构.稳定性也有所增加.
   (6)轴控
      DF4CK机车由于只有4个牵引电机.如果采用架控,当一个转向架发生空转时,功率向另一个转向架转移,造成功率转移过大.防空转效果不好.如改为轴控有一个牵引电机空转事向其他3个牵引电机转移,转移幅度小.防空转效果好.

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7)进口部件
   由于技术原因,国产部件不能很好的满足机车运用要求,所以应在少数方面采用进口部件.例如机车的励磁机.还有风泵.
   1.励磁机直接关系传动效率,要提高传动效率,最好选用进口的励磁机.
   2.风泵,现有的大号DF11和大号DF4DK的风泵都是采用一个活塞试和一个进口螺杆式风泵的结构.而且DF11上的NPT5风泵的噪音要远远小于DF4DK的风泵.而螺杆风泵几乎没有噪音和震动,且占空间小.但是由于国产内燃机车是为提速牵引大列设计.而且有气动塞拉门,空气弹簧等设计,故用风量大.而螺杆试风泵的出风量小.所以就要用一个活塞式和一个螺杆式配合使用,而DF4CK用风量小(多牵引小编组,或者没有空气弹簧的22B,25B,25G等大编组列车,故用风量不大.)所以使用两台螺杆式风泵或者一台NPT5活塞风泵就能满足要求(如DF11G,每台机车只有一个风泵).这对机车上部的减重也是有利的.
  (8)机车上部设计
     DF4CK的机车长度应该比DF4C机车稍长.但是由于柴油机结构的改进,改进后的DF4CK车体长度以缩短到20500MM.这样也增加可机车车架刚度.(跨度缩短).将省下的重量控制在原来机车的总重.而将富裕的质量用于加固司机室.而且应象DF11机车一样,非承载部件大量使用轻质材料.并大量采用壁挂式结构.省去安装架,进一步减低上部质量,降低机车重心.可以将电器柜采用DF11机车的结构.增大相对于侧面的面积,以利于检修.制动电阻可以改为顶置式.(具体结构见DF11机车总体布置).而且DF4CK机车功率小.因此制动电阻的体积也不会太大.所以不用在做的象DF11那样顶上鼓一块.(那个曲线真好    )这样也能减小受风面积.降低风阻.

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2.DF4CK内燃机车改进方案
   (1)动力系统
       柴油机改为280柴油机结构的240柴油机.并通过缩短行程的方法将功率有2650KW(3600马力)降为2425KW(3300马力).
   (2)电器系统
       保留原机车(2650KW)整流柜(机车功率在降为2425KW的情况下)以降低整流柜发热.正向电阻减小因而传动效率提高.所有电器柜均加装冷却风扇,强制通风冷却.以提高电器柜工作的稳定性.
   (3)传动系统
       励磁机首选国外的高效励磁机.也可使用国内的新型励磁机以降低成本.牵引电机采用DF11G经过减重后的ZD106E型牵引电机.主发电机功率降为2425KW,并进行相应的减重设计,将自通风改为辅助通风机通风.通风机可采用电动试装在主发电机上方.这样即能缩小主发体积又能降低质量.而且由于不用预留通风间隙,所以动力间长度能有效缩短.至少500MM.
    (4)走行部
       采用DF11机车转向架构架,和只动设计.但牵引电机按照DF4CK的结构4个牵引电机采用对置式安装.转向架增长增加的质量可通过牵引电机的减重维持不变.降低二系悬挂高度.缩短转向架和车架间隙.降低机车重心.减震装置油压减震中的抗蛇行减震和横向减震采用DF11的减震.增加减震效果.一系悬挂油压减震器适当降低阻尼系数以适应机车轴重21T的特点.
     (5)牵引装置
      保留机车原来的单拉杆牵引设计.因为单拉杆结构简单.低位牵引运行稳定.高速通过曲线性能好.
    (6)轴控
     我国运用轴控牵引粘着控制的车据我所知只有DF6和DF8CJ两种.但是由于两种车的传动效率不高,牵引力小.所以轴控的优势不是很明显.可是对于4CK这种特殊情况就比较适用了.现在广泛使用的架控如果用在4CK上做转向架间功率转移的话,效果不好.因为滑动摩擦小于最大静摩擦.所以一旦发生空转,粘着力骤然下降.如果架间功率转移过大.容易超过另一转向架的极限,而引发新的空转.尤其对于4CK这种只有4个牵引电机的车.如果是轴控,当一个电机空转时,功率向其他3个电机转移.本电机也保持教小的功率.因此其他3个牵引电机功率变化幅度不大.不会引发新的空转.牵引总功率基本保持不变.
     (7)进口部件
        首推进口螺杆式风泵,噪音小体积和质量小.对于机车减重非常有利.且噪音小也更人性化.
     (8)机车优化设计
      1.司机室应按东风11标准化司机室制造,信号机安装借鉴DF11G的安装方法,在侧面的立住上安装信号机.司机室人性化设计全部借鉴11G的设计.机车隔离间由6个间改为DF4D的7个间,增加传动间设计,以减小一端噪音.隔音墙以及通过门,电线管路等均进行密封设计,尽最大可能减小司机室噪音和震动.(达到机车内能睡觉的程度 )
     2.尽量减轻上部车体一切质量,将减下来的质量一部分降低轴重至20T(有轴控牵引粘着控制).另一部分加固机车蒙皮.增加司机室的安全系数.车体长度降为和DF4C相同的20500MM.车体质量的减轻能降低重心增加高速稳定性.制动电阻改为顶制安装,以节约空间.
     3.机车加装厕所,鉴于DF4CK机车的辅助间比较大,因此富裕空间大.加装厕所是可行的.这更增加了机车的人性化系数.
     4.微机网络控制,机车应象DF11G机车一样采用微机网络控制技术.需要的操作只要轻点触摸屏即可自动完成.并且机车能自动诊断故障,时时检测各项运行参数.见控器显示屏可增加到3个.
　　　５．机车外观改进．由于机械部件的体积减小对机车外观做相应的改动．机车外观参照ＤＦ１１机车外观制造．手把全部采用不锈钢手把．司机室门手把按ＤＦ８Ｂ标准化机车手把安装方式安装．过度平滑，造型美观．
     相信经过以上优化设计的DF4CK将会更完美更出色.
  机车具体图装见图

ts周杰伦

一直以为它是DF8B

唐山机务处

原帖由 ts周杰伦 于 2008-2-13 20:41 发表
一直以为它是DF8B

8B和11的儿子

唐山机务处

不错很全面 不知道刘XY知道了会怎样

DF4D乌克兰

只要叫东风,到KY那就没戏,人家现在要HX.......