鐵路科普:NY5型內(nèi)燃機(jī)車
NY5型內(nèi)燃機(jī)車是德國(guó)亨舍爾公司為中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)制造的液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車車型之一,總共四臺(tái)機(jī)車于1967年交付使用,全部配屬北京鐵路局北京內(nèi)燃機(jī)務(wù)段,引進(jìn)目的是為了借鑒西德在液力傳動(dòng)方面的先進(jìn)技術(shù)。NY5型內(nèi)燃機(jī)車是在德國(guó)聯(lián)邦鐵路V320型柴油機(jī)車基礎(chǔ)上,根據(jù)我國(guó)訂貨要求而設(shè)計(jì)的客貨運(yùn)通用液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車,工況齒輪箱的傳動(dòng)齒輪比可根據(jù)運(yùn)用需要進(jìn)行設(shè)置,使機(jī)車具有160公里/小時(shí)和120公里/小時(shí)兩種最高速度,分別用于客運(yùn)和貨運(yùn)用途。機(jī)車設(shè)有兩套相同而有獨(dú)立的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)組,車上裝有兩臺(tái)戴姆勒-奔馳MB 839 Bb型高速柴油機(jī),以及兩臺(tái)福伊特L830rU型液力變速箱,機(jī)車標(biāo)稱功率為4000馬力,最大功率為3400馬力。 1960年代,為了增加列車牽引重量和提高行車速度,內(nèi)燃機(jī)車單機(jī)功率伴隨著技術(shù)發(fā)展而不斷提高。1961年,美國(guó)向德國(guó)訂購(gòu)的ML4000 C'C'型液力傳動(dòng)柴油機(jī)車投入運(yùn)用,從此掀開(kāi)了4000馬力等級(jí)及以上大功率內(nèi)燃機(jī)車的發(fā)展序幕。正當(dāng)大功率液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車已經(jīng)問(wèn)世的時(shí)候,電力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車還仍然采用直流傳動(dòng)方式,但受到直流發(fā)電機(jī)的換向條件和尺寸重量限制,直流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的單機(jī)功率一般都不超過(guò)3000馬力,因此相較之下液力傳動(dòng)方式在當(dāng)時(shí)占有明顯優(yōu)勢(shì)。1960年代初至1970年代初,這段時(shí)期是大功率液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的發(fā)展高峰,德國(guó)、美國(guó)、蘇聯(lián)、法國(guó)等國(guó)家均致力于提高柴油機(jī)和液力傳動(dòng)裝置的功率,并曾經(jīng)設(shè)計(jì)制造了十多種4000馬力或以上的液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車。 為了引進(jìn)德國(guó)的液力傳動(dòng)技術(shù),我國(guó)早于1961年已經(jīng)開(kāi)始與德國(guó)的機(jī)車車輛制造企業(yè)接觸,就引進(jìn)大功率液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的計(jì)劃進(jìn)行磋商,并派員赴西歐多國(guó)對(duì)柴油機(jī)、液力傳動(dòng)裝置、內(nèi)燃機(jī)車進(jìn)行選型考察。亨舍爾、克虜伯、克勞斯-瑪菲、斯默林-格拉茨-鮑克爾等德國(guó)的著名機(jī)車制造商,都曾經(jīng)向我國(guó)推薦過(guò)多種大功率內(nèi)燃機(jī)車的技術(shù)方案。1965年12月,經(jīng)過(guò)比較和參考德國(guó)聯(lián)邦鐵路液力傳動(dòng)柴油機(jī)車的使用情況后,中國(guó)技術(shù)進(jìn)出口總公司與德國(guó)亨舍爾公司正式簽訂總值約合250萬(wàn)美元的外貿(mào)合同,引進(jìn)四臺(tái)以德國(guó)聯(lián)邦鐵路V320型柴油機(jī)車為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的4000馬力液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車,作為自主研制大馬力液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車的技術(shù)樣板 在東西方對(duì)峙持續(xù)升溫的冷戰(zhàn)時(shí)期,西方國(guó)家對(duì)華技術(shù)輸出不免觸動(dòng)美國(guó)的神經(jīng),而且當(dāng)時(shí)擁有亨舍爾公司49%股份的美資摩根擔(dān)保信托公司,亦可能愿意為這筆交易安排融資。根據(jù)已解密外交檔案顯示,美國(guó)財(cái)政部最早在1963年5月已經(jīng)開(kāi)始評(píng)估這一交易的影響,但這時(shí)華府內(nèi)部已經(jīng)逐漸形成了一個(gè)共識(shí),認(rèn)為如果繼續(xù)向美國(guó)公司的盟友和國(guó)外子公司施加壓力、要求嚴(yán)格控制對(duì)華貿(mào)易,這在政治上和經(jīng)濟(jì)上都是徒勞的,因此華府沒(méi)有試圖阻止亨舍爾向中國(guó)出售鐵路機(jī)車。 這種4000馬力液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車采用雙機(jī)組設(shè)計(jì),機(jī)車上設(shè)有兩套相同的動(dòng)力傳動(dòng)裝置,并選用戴姆勒-奔馳MB 839 Bb型高速柴油機(jī)和福伊特L830rU型液力傳動(dòng)裝置,機(jī)車還設(shè)有工況齒輪機(jī)構(gòu),當(dāng)作為客運(yùn)機(jī)車時(shí)的最高速度為160公里/小時(shí),作為貨運(yùn)機(jī)車時(shí)的最高速度為120公里/小時(shí)。機(jī)車在我國(guó)被定型為NY5型內(nèi)燃機(jī)車,其中“N”代表內(nèi)燃機(jī)車、“Y”代表液力傳動(dòng),機(jī)車編號(hào)為0001~0004。機(jī)車由位于德國(guó)黑森州卡塞爾的亨舍爾機(jī)車廠組裝,在亨舍爾公司的內(nèi)部設(shè)計(jì)代號(hào)為DHG 4000,機(jī)車生產(chǎn)序號(hào)為31.196~31.199。1966年底,NY5型內(nèi)燃機(jī)車出廠后在巴伐利亞州境內(nèi)的紐倫堡-班貝格鐵路(班貝格至福希海姆區(qū)段)完成了高速運(yùn)行試驗(yàn)(該區(qū)段是德國(guó)聯(lián)邦鐵路第一個(gè)時(shí)速200公里的高速試驗(yàn)區(qū)段),最高速度達(dá)160公里/小時(shí)。機(jī)車完成出廠驗(yàn)收試驗(yàn)后在漢堡港分兩批裝船啟運(yùn)。 1967年初,首批四臺(tái)NY5型內(nèi)燃機(jī)車相繼運(yùn)抵中國(guó),配屬北京鐵路局北京內(nèi)燃機(jī)務(wù)段,同年3月正式投入運(yùn)用。1967年5月4日至6日,NY5型0003號(hào)機(jī)車在京山鐵路和沈山鐵路進(jìn)行了高速試運(yùn)行,試驗(yàn)列車由13節(jié)車輛組成,其中包括一節(jié)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)車和一節(jié)軌道檢測(cè)車;北京至沈陽(yáng)之間全程840余公里,試驗(yàn)列車的運(yùn)行時(shí)間僅為8小時(shí)50分鐘,較當(dāng)時(shí)京沈之間最快的11/12次特快列車縮短超過(guò)2小時(shí),最高試驗(yàn)速度達(dá)157公里/小時(shí),全程平均運(yùn)行速度達(dá)100公里/小時(shí)[。1968年夏季,為了消化吸收德國(guó)的液力傳動(dòng)技術(shù),鐵道部工業(yè)總局安排有關(guān)單位在四方機(jī)車車輛廠內(nèi)對(duì)NY5型內(nèi)燃機(jī)車所使用的福伊特L830rU型液力傳動(dòng)裝置和KB510型液力制動(dòng)器進(jìn)行測(cè)繪。 NY5型機(jī)車投入運(yùn)用以后由于性能表現(xiàn)良好,同時(shí)為了緩解缺乏大功率內(nèi)燃機(jī)車的局面,我國(guó)于1970年決定再次向亨舍爾公司訂購(gòu)一批功率更大的液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車,包括裝用MTU 16V 652 TB10型柴油機(jī)的NY6型內(nèi)燃機(jī)車(4600馬力),以及裝用MTU 12V 956 SB10型柴油機(jī)、號(hào)稱當(dāng)時(shí)世界上單機(jī)功率最大的NY7型內(nèi)燃機(jī)車(5400馬力),這三種車型被機(jī)務(wù)部門(mén)昵稱為“大馬力”。1970年代,“大馬力”機(jī)車主要擔(dān)當(dāng)京包鐵路北京至張家口、京山鐵路北京至山海關(guān)、京廣鐵路北京至安陽(yáng)區(qū)段的旅客列車牽引任務(wù)。1970年代后期開(kāi)始,隨著北京內(nèi)燃機(jī)務(wù)段增配北京型內(nèi)燃機(jī)車,“大馬力”機(jī)車改為擔(dān)當(dāng)京包鐵路、京承鐵路、京原鐵路、豐沙鐵路等北京周邊山區(qū)鐵路干線的客運(yùn)牽引任務(wù),其中NY5型機(jī)車主要用于牽引豐沙鐵路北京至張家口區(qū)段的旅客列車。 “大馬力”機(jī)車擁有當(dāng)時(shí)國(guó)際上最為先進(jìn)的液力傳動(dòng)技術(shù),對(duì)我國(guó)的液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用,我國(guó)從中吸收了變扭器葉型、端面齒輪連接、萬(wàn)向軸和軸承等方面的設(shè)計(jì)制造技術(shù),使國(guó)產(chǎn)液力傳動(dòng)裝置的性能和可靠性得到大幅提升,并且被應(yīng)用于北京型、東方紅3型、東方紅4型等國(guó)產(chǎn)機(jī)車,特別是采用單機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)的北京型內(nèi)燃機(jī)車,其液力變扭器效率和輪周效率均已達(dá)到了世界先進(jìn)水平?!按篑R力”系列機(jī)車一直以極高的安全可靠性而備受機(jī)務(wù)部門(mén)贊譽(yù),根據(jù)1980年北京內(nèi)燃機(jī)務(wù)段液力傳動(dòng)機(jī)車使用情況的數(shù)字統(tǒng)計(jì),“大馬力”機(jī)車的每十萬(wàn)公里機(jī)破件數(shù)、臨修件數(shù)、機(jī)車不良率均優(yōu)于國(guó)產(chǎn)的東方紅3型、北京型機(jī)車,零部件檢修周期亦一般比國(guó)產(chǎn)機(jī)車長(zhǎng)約五倍,而配件的磨耗和更換率也相對(duì)較低。 “大馬力”系列機(jī)車從投入運(yùn)用開(kāi)始,由于沒(méi)有工廠能夠承接大修任務(wù),機(jī)車一切修程都由北京內(nèi)燃機(jī)務(wù)段承包,段修范圍有些方面甚至已擴(kuò)大到廠修的范圍,例如柴油機(jī)機(jī)體的曲軸主軸瓦孔的涂鍍與鏜孔等,但還有些問(wèn)題是段方無(wú)能力解決的,有些重要零部件長(zhǎng)期得不到維修保養(yǎng),對(duì)機(jī)車運(yùn)行構(gòu)成安全隱患。例如因?yàn)闆](méi)有合適的退輪設(shè)備,轉(zhuǎn)向架輪對(duì)大修問(wèn)題一直未能徹底解決。國(guó)產(chǎn)機(jī)車一般走行60~70萬(wàn)公里就需要入廠大修,而許多“大馬力”機(jī)車的走行里程已超過(guò)300萬(wàn)公里,但輪對(duì)仍然沒(méi)有正常進(jìn)行廠修。除此之外,對(duì)于進(jìn)口機(jī)車而言,配件供應(yīng)往往決定機(jī)車使用壽命,但國(guó)家每年分配用于進(jìn)口配件的外匯款額非常有限,進(jìn)口配件的價(jià)格逐年上漲,而且某些配件在德國(guó)已停止生產(chǎn),因此配件供應(yīng)亦是長(zhǎng)期困擾著“大馬力”系列機(jī)車的另一個(gè)問(wèn)題。早在1967年,北京內(nèi)燃機(jī)務(wù)段就開(kāi)始嘗試用國(guó)產(chǎn)配件代替部分進(jìn)口配件,例如選用上海汽車配件廠生產(chǎn)的燃油濾清器濾芯取代德國(guó)進(jìn)口的原廠產(chǎn)品。1980年代起,氣缸套、預(yù)燃室、主軸瓦等亦開(kāi)始采用國(guó)產(chǎn)配件。 1986年,由于輪對(duì)長(zhǎng)達(dá)二十年沒(méi)有大修,加上配件嚴(yán)重缺損等原因,NY5型0002、0004號(hào)機(jī)車經(jīng)由鐵道部批準(zhǔn)報(bào)廢,兩臺(tái)機(jī)車報(bào)廢時(shí)已分別走行325萬(wàn)和324萬(wàn)公里,車上的零部件用于維修其他“大馬力”機(jī)車。1987年11月,NY5型0004號(hào)機(jī)車的轉(zhuǎn)向架經(jīng)過(guò)改造后,改裝于正在進(jìn)行架修的NY7型0023號(hào)機(jī)車。余下的NY5型0001、0003號(hào)機(jī)車也于上世紀(jì)90年代初先后報(bào)廢。 機(jī)車采用全鋼焊接結(jié)構(gòu)的框架承載式車體,焊接在一起的車體和車架共同構(gòu)成一個(gè)剛性的整體承載結(jié)構(gòu)。車底架長(zhǎng)度為21500毫米,轉(zhuǎn)向架中心間距為12300毫米,車鉤中心線間距為23110毫米,車架兩端設(shè)有裝有排障器、自動(dòng)車鉤和車鉤緩沖器。車體部分用輕型鋼結(jié)構(gòu)制成,并在外部敷以薄鋼板作為蒙皮。機(jī)車采用雙端司機(jī)室、雙側(cè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的布置,可根據(jù)行車方向由機(jī)車任一端司機(jī)室操縱機(jī)車,但由于未考慮到機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中對(duì)動(dòng)力室的巡檢,兩端司機(jī)室僅用單側(cè)通道相連。車內(nèi)設(shè)備布局采用雙機(jī)組對(duì)稱布置,裝有兩套相同而獨(dú)立的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)組,每套機(jī)組包括一臺(tái)柴油機(jī)及傳動(dòng)裝置,可以根據(jù)需要使用其中任何一套或兩套同時(shí)工作。車體內(nèi)部從前端至后端分為第一司機(jī)室、第一動(dòng)力室、傳動(dòng)冷卻室、第二動(dòng)力室、第二司機(jī)室等五個(gè)部分。 司機(jī)室內(nèi)設(shè)有正副司機(jī)操縱臺(tái)、電氣控制柜、空氣制動(dòng)閥、手制動(dòng)器手輪等設(shè)備。兩個(gè)動(dòng)力室各裝有一臺(tái)柴油機(jī),以及燃油及機(jī)油的輸送和加熱等配套設(shè)備。第一動(dòng)力室內(nèi)裝有一臺(tái)電動(dòng)的主空氣壓縮機(jī),另外還設(shè)有一臺(tái)輔助柴油機(jī),用于驅(qū)動(dòng)輔助空氣壓縮機(jī)和輔助發(fā)電機(jī);第二動(dòng)力室內(nèi)還設(shè)有一臺(tái)預(yù)熱鍋爐。當(dāng)機(jī)車長(zhǎng)時(shí)間停車待機(jī)時(shí),由輔助柴油機(jī)供應(yīng)輔助電源和壓縮空氣,避免主柴油機(jī)在無(wú)負(fù)荷情況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn),并且有效節(jié)省燃油消耗。傳動(dòng)冷卻室內(nèi)下部的車架上裝有兩組液力傳動(dòng)裝置,每組液力傳動(dòng)裝置各自設(shè)有輔助輸出軸,并通過(guò)彈性聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)起動(dòng)發(fā)電機(jī)和靜液壓泵。NY5型內(nèi)燃機(jī)車設(shè)有兩套彼此獨(dú)立的冷卻水系統(tǒng),兩套V型結(jié)構(gòu)的散熱器組設(shè)置在傳動(dòng)裝置上方,每組銅質(zhì)管片式散熱器由28個(gè)冷卻單節(jié)組成,散熱器元件采用德國(guó)著名冷卻設(shè)備制造商貝洱公司(Behr)的產(chǎn)品。每組散熱器各設(shè)有兩臺(tái)軸流式冷卻風(fēng)扇,分別為柴油機(jī)主循環(huán)系統(tǒng)和中冷器次循環(huán)系統(tǒng)冷卻。冷卻空氣從車體側(cè)墻上的通風(fēng)百葉窗口吸入,流經(jīng)散熱器和吸收熱量之后從車頂排出。車體下方兩臺(tái)轉(zhuǎn)向架之間的空間,吊掛著一個(gè)容量為7700升的燃油箱、兩個(gè)總風(fēng)缸和蓄電池組。 機(jī)車裝用兩臺(tái)由戴姆勒-奔馳公司制造的MB 839 Bb型柴油機(jī),該型柴油機(jī)是在MB 820型柴油機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的四沖程、16氣缸、V型結(jié)構(gòu)、預(yù)燃室式、廢氣渦輪增壓、中間冷卻的高速柴油機(jī),氣缸內(nèi)徑為190毫米,活塞行程為230毫米,氣缸夾角為45°,UIC標(biāo)定功率為2000馬力,裝車功率為1700馬力,標(biāo)定轉(zhuǎn)速為每分鐘1450轉(zhuǎn)。在V型夾角上面布置著兩臺(tái)勃朗-包維利公司(BBC)制造的VTR 250型渦輪增壓器,每臺(tái)增壓器旁邊還設(shè)有用于冷卻增壓空氣的中冷器,其排氣管與柴油機(jī)進(jìn)氣管相連。柴油機(jī)采用整體鑄鐵機(jī)體、特種鑄鐵濕式氣缸套、整體鋁合金非油冷活塞、合金鋼整體鍛造曲軸、單體式鑄鐵氣缸蓋、叉形連桿組、硅油減震器。除了出口我國(guó)的NY5型內(nèi)燃機(jī)車外,MB 839系列柴油機(jī)還大量裝用于德國(guó)聯(lián)邦鐵路的V160、V162型單機(jī)組液力傳動(dòng)柴油機(jī)車,以及V320型雙機(jī)組液力傳動(dòng)柴油機(jī)車。 NY5型內(nèi)燃機(jī)車是采用雙機(jī)組設(shè)計(jì)的液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車,車上裝有兩套相同而又互相獨(dú)立的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)組,分別驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)三軸轉(zhuǎn)向架。液力傳動(dòng)系統(tǒng)包括液力變速箱、分配齒輪箱、車軸齒輪箱、中間支承、萬(wàn)向軸等部分組成。液力變速箱的安裝位置靠近車體中部,而柴油機(jī)則安裝在司機(jī)室之后,分配齒輪箱安裝在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上。柴油機(jī)輸出的功率經(jīng)第一萬(wàn)向軸傳給液力變速箱,然后從液力變速箱輸出的扭矩經(jīng)第二萬(wàn)向軸、中間支承裝置、第三萬(wàn)向軸傳入分配齒輪箱,最后從分配齒輪箱經(jīng)過(guò)第四、第五、第六萬(wàn)向軸分別傳給前后三個(gè)車軸齒輪箱。分配齒輪箱(工況齒輪箱)內(nèi)有兩對(duì)傳動(dòng)比分別為0.85和1.12的齒輪,通過(guò)調(diào)換齒輪對(duì)以滿足客運(yùn)(最高速度160公里/小時(shí))或貨運(yùn)(最高速度120公里/小時(shí))用途。 NY5型內(nèi)燃機(jī)車采用多循環(huán)圓結(jié)構(gòu)型式的福伊特L830rU型液力變速箱,變速箱內(nèi)裝有三個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)不同的液力變扭器,包括一個(gè)起動(dòng)變扭器、兩個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)變扭器、一對(duì)換向齒輪和兩個(gè)液力制動(dòng)耦合器。起動(dòng)變扭器和第一運(yùn)轉(zhuǎn)變扭器為雙級(jí)離心式渦輪、第二運(yùn)轉(zhuǎn)變扭器為單級(jí)離心式渦輪,三個(gè)變扭器的高效區(qū)互相銜接,利用充排油自動(dòng)接入或退出工作來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋,并共用一對(duì)齒輪輸出。當(dāng)額定輸入轉(zhuǎn)速為每分鐘1450轉(zhuǎn)時(shí),液力變速箱最大使用功率為1800馬力。換向機(jī)構(gòu)采用帶有變扭器微量充油功能的風(fēng)動(dòng)齒輪離合器。傳動(dòng)裝置并設(shè)有KB510型液力制動(dòng)。 機(jī)車走行部為兩臺(tái)三軸轉(zhuǎn)向架,構(gòu)架采用鋼板焊接箱型結(jié)構(gòu),車軸軸箱采用導(dǎo)框式定位,并裝有錐形橡膠軸端緩沖裝置。每臺(tái)轉(zhuǎn)向架側(cè)梁上設(shè)有兩個(gè)油浴式摩擦旁承,車體重量便通過(guò)四點(diǎn)旁承支承在轉(zhuǎn)向架上。機(jī)車設(shè)有二系懸掛裝置,一系懸掛為軸箱兩側(cè)的螺旋彈簧,以及并聯(lián)的垂向油壓減震器。二系懸掛為車體和旁承裝置之間的螺旋彈簧組,車體和轉(zhuǎn)向架之間亦有橫向油壓減震器??拷圀w中部的兩個(gè)輪對(duì)之間還設(shè)有均衡梁。牽引力和制動(dòng)力通過(guò)車體和轉(zhuǎn)向架間的中心低位牽引拉桿傳遞。機(jī)車采用克諾爾空氣制動(dòng)機(jī),每個(gè)輪對(duì)設(shè)有一個(gè)制動(dòng)缸,施行雙側(cè)閘瓦制動(dòng)。 NY5型0003號(hào)機(jī)車:于1967年配屬北京鐵路局北京內(nèi)燃機(jī)務(wù)段,于1992年經(jīng)鐵道部電令批準(zhǔn)退役報(bào)廢,后封存于北京市延慶縣境內(nèi)的康莊蒸汽機(jī)車檢修庫(kù)。2003年9月,這臺(tái)機(jī)車連同封存于該地的FD型1979號(hào)蒸汽機(jī)車、KD5型373號(hào)蒸汽機(jī)車、勝利3型152號(hào)蒸汽機(jī)車被送往南口機(jī)務(wù)段進(jìn)行整修,整修后移交中國(guó)鐵道博物館機(jī)車車輛展廳展保存陳列,經(jīng)鑒定后被評(píng)為國(guó)家二級(jí)文物。