东风7型柴油机车

1980年代初，当时中国铁路的调车柴油机车主要为东风5型、东方红5型柴油机车，以及已经停产的东风2型、东方红2型柴油机车，比较适用于3000吨左右的牵引定数，但随着货物列车牵引定数增加，这些机车还不能全部满足机械化驼峰编组站的作业要求[1]。因此，根据中国铁路运输的发展需要和当时特别缺少重型调车机车的实际情况，中华人民共和国铁道部于1980年初向北京二七机车工厂下达了设计任务书，要求研制装车功率为2000马力（1470千瓦）的东风7型电传动调车柴油机车，以构成1200马力（东方红5型）、1650马力（东风5型）、2000马力（东风7型）三大功率等级的调车柴油机车系列。北京二七机车工厂在铁道部科学研究院机辆所、大连内燃机车研究所、永济电机厂等单位协作下，于1980年6月开始设计东风7型柴油机车[2]。

经过约两年的时间，北京二七机车工厂分别于1982年4月和6月试制了0001、0002号两台样车，同年8月交付北京铁路局北京内燃机务段试用，在丰台西编组站投入运用考核；其中0001号机车在1982年12月至1983年1月间，由铁道部科学研究院机车车辆研究所主持，先后在丰台西站、东郊站进行调车性能试验。1983年8月，0001号机车又赴北京环形铁道、京承铁路、以及长沙等地，由铁科院机辆所主持进行了机车牵引热工、动力学制动等各种性能试验。试验结果表明，东风7型机车的各项性能指标均达到了设计任务书提出的要求，机车牵引性能、部分负荷经济性能良好；东风7型机车所能发挥的最大功率约为东风2型机车两倍，提高了列车牵出速度及编组站的作业效率；单机牵引总重1556吨的货物列车，走行115米即可加速到20公里/小时[3]。1984年10月，东风7型柴油机车通过了部级鉴定[2]。

东风7型机车通过鉴定后，北京二七机车厂根据首两台机车使用过程中发现的问题，对其设计又进行了十多项改进，包括改善司机操纵台面向、降低辅助功率消耗、增加一级磁场削弱、提高车架刚度等。完成图纸整理后，东风7型机车与1985年开始正式投入批量生产[3]；同年获得第六个五年计划国家科技攻关奖和国家科学技术进步二等奖，1989年获北京市优质产品称号[4]。

截至1997年底，北京二七机车厂累计生产了295台东风7型柴油机车（0001～0295）[5]，大部分均配属郑州铁路局及北京铁路局下辖各机务段，其余少数交付地方厂矿企业使用。2005年3月，随着中国铁路进行撤消铁路分局的体制改革，原郑州铁路局被分割为郑州、武汉、西安三个铁路局，而原北京铁路局被分割为北京、太原两个铁路局，目前该五个铁路局均配属有东风7型机车。

在东风7型机车的基础上，北京二七机车厂根据铁路发展需要，先后研制了提高柴油机装车功率、增加电阻制动、适用于干线货运的东风7B型机车，采用12V240/275系列柴油机的东风7C型机车，用于山区铁路和高寒地区的东风7D型机车，提高柴油机装车功率、轴重25吨的东风7E型重型调车机车，为大型工矿企业铁路专用线研制的东风7F型重型调车机车，以及采用交流传动技术的东风7J型机车，形成了一个庞大的东风7型柴油机车家族系列。

东风7型柴油机车是调车及小运转用的六轴柴油机车，机车标称功率为1,600马力（1,180千瓦），构造速度为100公里/小时，运转整备重量为135吨，轴重为22.5吨[6]。机车采用外走廊式及中梁承载的罩式车体结构，车体所有载荷均由车体底架承担，车体底架长度为17,800毫米，车钩中心线间距为18,800毫米，车体宽度为3,344毫米，车体高度为4,750毫米。车身两侧和两端设有露天走台与扶梯，车体两侧设有供乘务人员检修设备的拉门。车体底架两端装有13号上作用车钩、牵引缓冲装置和排障器。车体底架下部两台转向架之间吊挂着一个容量为5,400升的燃油箱，燃油箱两侧设有铅酸蓄电池组[7]。

机车从前到后分别为辅助室、冷却室、动力室、司机室和电气室，其中电气室方向为短罩端，辅助室方向为长罩端[6]。辅助室内设有两台空气压缩机。冷却室内设有冷却水系统和散热装置，冷却室顶部装有两个由液力耦合器驱动的轴流式冷却风扇，冷却风扇直径为1,500毫米，冷却室两侧共设有40个铜管带式散热器单节，冷却室下部设有辅助变速箱、机油热交换器和前转向架牵引电动机通风机。机车设有两套独立的循环冷却水系统，分别为冷却柴油机的高温冷却水系统（14个散热器单节），以及冷却增压空气、机油、静液压传动油的低温冷却水系统（26个散热器单节）。

动力室内安装了一套柴油发电机组，柴油机自由端通过弹性联轴节和万向轴连接起动变速箱，并通过该变速箱驱动励磁机、起动发电机、后转向架牵引电动机通风机；动力室内并设有两个总风缸、空气滤清器、燃油滤清器、燃油输送泵、机油滤清器、预热锅炉、膨胀水箱、硅整流柜、励磁整流柜等设备。司机室内设有包含主控制器、操纵按钮、空气制动阀、仪表和信号显示装置等设备的司机操纵台，另外还设有手制动机。在最初生产的东风7型0001号和0002号机车上，司机室内在面向短罩端方向的左侧设有司机操纵台。从东风7型0003号机车开始将司机操纵台改为设于面向长罩端方向的左侧。司机室并设有三个门与外走廊相通，另一个门通往电气室。电气室内设有高低压控制电器柜，其中包含换向开关、电子恒功率励磁装置、电压调整器和各种用途的接触器开关。空气制动装置采用JZ-7型空气制动机，并配备两台NPT5型电动空气压缩机。

东风7型柴油机车装用一台由北京二七机车厂设计及制造的12V240ZJ1型柴油机，属于240/260系列柴油机产品之一。该型柴油机的结构和性能与北京型柴油机车所使用的12V240ZJ型柴油机基本相同，只是在机座、联轴节、增压器和部分管路等作出一些改动，并调整了工作转速和压缩比参数。与12V240ZJ型柴油机相比，12V240ZJ1型柴油机的标定转速由每分钟1,100转降低到1,000转，装车功率由2,700马力（1,990千瓦）降低到2,000马力（1,470千瓦），以提高柴油机的耐久性和可靠性；为提高机车在低负荷工况时的经济性，在柴油机热负荷允许条件下提高了最大燃烧压力，降低空转转速，并增设空转节油挡使最低负荷转速与空转转速分开，定为每分钟400转[8]。

12V240ZJ1型柴油机是一款12气缸、四冲程、V型结构、直接喷射、废气涡轮增压、增压空气中间冷却的中速柴油机。气缸内径为240毫米，活塞行程为260毫米（主缸）、273.51毫米（副缸），气缸V形夹角为45°，额定转速为每分钟1,000转，最低空载转速为每分钟400转，标定工况下的主缸平均有效压力为1.370兆帕（每平方厘米13.97公斤），UIC标定功率为2,200马力（1,620千瓦），装车功率为2,000马力（1,470千瓦），标定工况运转时的燃油消耗量为155克/有效马力·小时（211克/有效千瓦·小时）。

柴油机机体采用钢板焊接结构，V形夹角下部设有进气稳压箱和冷却活塞的机油管道。柴油机并采用钢顶铝裙振荡冷却组合式活塞、合金钢全纤维锻压悬挂式曲轴、蠕墨铸铁整体铸造汽缸盖、合金钢锻压主副式连杆、单体式喷油泵。柴油机采用脉冲增压系统，V形夹角上部设有两台ZN261-13型涡轮增压器。柴油机采用由步进电机驱动的无级调速联合调节器。空气过滤装置采用多旋流管式惯性滤清器和铝板过滤网组成二级空气滤清系统。柴油机由ZQF-80型起动发电机起动，其电源由96伏特直流蓄电池供给。柴油机完成起动后，起动发电机由直流串励电动机变为直流他励发电机，并通过电压调整器输出110伏直流电，作为辅助发电机使用，用来给蓄电池充电并和向辅助电路及控制电路供电。

东风7型柴油机车投入运用初期，在进行定期维修时相继发现机油稀释的问题。由于调车机车的柴油机经常处于空载最低转速状态，柴油机喷油器在较小供油量的情况下造成燃油雾化质量不良，喷射出的大颗粒油滴未能与进入燃烧室的空气混合燃烧，致使未完全燃烧的燃油沿气缸套内壁渗入柴油机油底壳，并导致机油稀释。为此，北京铁路局北京内燃机务段于1989年11月率先在东风7型0104号和0075号机车上试验安装单侧供油装置，当柴油机在最低转速状态时切断其中一侧气缸的供油，使另一侧气缸的负载增大并相应增加其供油量以维持最低转速，从而改善燃油雾化和避免了机油稀释的问题。1990年起，北京铁路局为东风7型柴油机车陆续加装单侧供油装置。

东风7型机车采用交—直流电传动装置，柴油机曲轴通过联轴节驱动一台交流同步发电机发出三相交流电，经由硅二极管组成的三相桥式整流装置整流为直流电后，再将电能输送给两台转向架上的六台直流牵引电动机，通过传动齿轮驱动轮对[7]。。东风7型机车的主发电机、牵引电动机、硅整流机组、起动发电机和励磁机型号均与东风4B型柴油机车相同

牵引发电机采用TQFR-3000型三相交流同步发电机，额定容量为2,985千伏安，额定电压为438／613伏特，额定电流为3,936／2,805安培，额定转速为每分钟1,100转，定子及转子绝缘等级均为F级，冷却方式为径向自通风式，主发电机净重为4,985公斤。牵引发电机的励磁电流由一台专门的励磁机供给（下述），励磁机由柴油机通过起动变速箱驱动，其发出的交流电经励磁整流器转换为直流电后，给发电机的转子励磁绕组励磁。

牵引发电机发出的三相交流电由硅整流装置转换成直流电，整流装置是由硅二极管元件组成的三相桥式全波整流电路。东风7型机车采用与东风4B型柴油机车相同的GTF-4800/770型硅整流装置，由六个串联的整流桥臂组成，每一桥臂有六个并联的ZP500-20型风冷平板式整流二极管，每台整流柜共有36个二极管元件，硅整流装置的最大直流输出电压为770伏特，额定直流输出电流为4,800安培。

牵引电动机采用ZQDR-410型四极串励直流电动机，额定功率为410千瓦，额定电压为550伏特，额定电流为800安培，额定转速为每分钟640转，最高转速为每分钟2,365转，定子及电枢绝缘等级分别均为H级，冷却方式为强迫通风。牵引电动机采用全并联连接。首两台最早试制的原型车并无磁场削弱功能。为了扩大机车的恒功率速度范围，从1985年起批量生产的机车则在牵引电动机回路增加了一级磁场削弱，磁场削弱系数为60%。

东风7型柴油机车的励磁控制系统采用由铁道部科学研究院机车车辆研究所研制的DHT-A型电子恒功率调节器，同时还保留了从东风4型柴油机车沿用下来、由联合调节器油马达驱动功调电阻的励磁调节装置。两者共同进行牵引工况时的恒功率控制，弥补了联合调节器功调电阻励磁系统反应时间长、动态性能差的缺陷，并可自动控制机车起动电流增长率和恒制动功率。当功调电阻励磁调节装置发生故障时，微机控制的励磁调节器仍然可以独立运作。同时，励磁控制系统还可借助于联合调节器对功调电阻的调节信号来实现机车辅助功率的转移。

功调电阻励磁调节装置采用由联合调节器伺服油压马达带动变阻器的方式。牵引发电机的励磁电流是由励磁机发出的交流电经励磁整流柜整流后供给，而励磁机的励磁电流则是由柴油机经启动变速箱驱动的测速发电机供电。测速发电机的励磁电流由110伏辅助电源提供，并经过功率调节电阻和励磁调节器控制。功率调节电阻的滑动触点由联合调节器上的功率伺服油压马达带动，它根据柴油机工作状况（欠载或过载）自动地调节可变电阻器的阻值，从而改变测速发电机的励磁电流，并经测速发电机和励磁机二级放大后，间接地改变了牵引发电机的输出功率。

电子恒功率调节器采用柴油机在各手柄挡位下的转速作为牵引发电机的功率给定信号，并采用霍尔传感器作为牵引发电机的电压、电流和功率信号检测器；由运算放大器组成的比例积分调节器（PI）对给定信号和检测信号进行比较后输出一个调整信号电压，而电压—频率变换器（VFC）和定宽变频式晶闸管斩波器则作为执行元件，用来改变励磁机的励磁电流，继而调节牵引发电机的输出功率。铁科院的这套电子恒功率调节器最初是为东风5型柴油机车设计，并于1977年内先后安装在东风5型0001号机车和东风4型0113号机车上进行试验。

机车轴式为Co-Co，走行部为两台相同的无导框式三轴转向架。转向架的主要结构与东风4型柴油机车基本相同。转向架采用钢板组焊成封闭式箱形结构的“目”字形构架。轮对轴箱内装有四列向心圆柱滚子轴承，轴箱定位装置采用拉杆式弹性定位结构，轴箱通过装有橡胶关节元件的上、下轴箱拉杆与构架相连接，实现轴箱相对于构架的横向和纵向定位。转向架采用四点支承的彈性摩擦旁承装置，车体全部重量通过八个旁承由两台转向架支承，转向架与车体间还设有缓冲侧挡装置。

弹簧悬挂装置分为一系和二系悬挂两部分。一系悬挂采用独立悬挂形式，包括轴箱与构架之间的轴箱圆弹簧，以及用于衰减吸收来自轨道高频振动的橡胶垫，以及在1、3、4、6轴装有并列的液压减震器；二系悬挂为转向架构架与车体之间的旁承橡胶堆，一系及二系悬挂静挠度为90毫米和15毫米。牵引力和制动力通过低位平行四杆牵引杆机构传递，牵引点至轨面距离725毫米。

牵引电动机采用单侧齿轮传动的轴悬式驱动方式（滑动抱轴承式半悬挂），即牵引电动机的一侧通过抱轴瓦（滑动轴承）刚性地支承在车轴上，另一侧通过弹性元件（橡胶垫）和吊杆悬挂在转向架构架上。全部牵引电动机采用顺置排列方式，即牵引电动机都放在车轴的同一侧，可以有效地减少轴重转移的幅度，牵引齿轮传动比为4.5（63：14）。基础制动方式为带闸瓦间隙自动调节器的单侧踏面制动，每个车轮各有一套制动装置，当机车施行制动时制动缸从空气制动机获得压缩空气，并通过杠杆机构使闸瓦抱轮产生制动作用。停车制动为手制动装置。