DF4、DF4A型内燃机车

2014年。广东坪石。DF4型货运内燃机车。（图/杨利）

2016年4月。存放于济南铁路高级技工学校的DF4-2012号客运型内燃机车。（图/姚秀谦）

东风4型内燃机车，是以240型柴油机为基础研发的我国第二代内燃机车，分为客运型和货运型。柴油机经改进后定名为DF4A型。

240/275型柴油机研发历史

1964年，铁道部向大连厂下大了开发3000-4000马力的新型内燃机车任务。1965年8月，大连厂成立了由铁道部科学研究院、大连内燃机车研究所、大同机车厂等单位组成的柴油机设计组，首先研发新型机车的动力系统。

经反复比较与选型，决定新型柴油机的研发参数为缸径X行程：240X275mm，额定转速1100r/min。

1966年2月制成了双缸试验机，进行缸内调试。1966年8月，第一台16杠的16V240ZJ型柴油机样机出厂，12月点火试验。随后受到了WenGe的干扰，使开发工作时断时续。

东风4型的牵引电机组，由湘潭电机厂设计制造，1967年试制出第一套。包括1台3000kV A TQFR-3000交流同步牵引主发电机、6台410kW的ZQDR-410型直流牵引电机、1台启动发电机和1台励磁机等。

东风4型机车研发历史

1969年，为了向建国20周年献礼，部分设计人员和员工对第一台柴油机样机进行了修改。装用了第一台16V240ZJ型柴油机及牵引电机组样机后，生产出第一台东风4型2001号机车样车。装车功率为2940kW（4000马力）。

2001号机车在大连-大石桥之间试运行2万km，后来经更换柴油机等改造，于1972年交给北京内燃段进行运用考核，累计试验8万km。但无论是柴油机还是机车，均未达到设计指标。柴油机出现了以下的问题：功率不足、燃烧不良、排气温度过高、机油稀释、柴油机振动大等问题。

大连厂彩页。DF4型客运型内燃机车。（互联网图片）

1971年，针对出现的问题，工厂对柴油机进行了全面改进和试验，生产出了5台16V240ZJ型柴油机（0002-0006号），累计进行了2265小时22分的台架试验。并将柴油机的标定功率调整为2646kW（3600马力），装车功率降到2426kW（3300马力）。同时，柴油机并没有完成国际铁路联盟（UIC）所规定的试验。

针对牵引电机出现的问题，1970年，由株洲厂、永济厂、张店电机厂、株洲所和大连所组成联合设计组，于1973年设计出新的牵引电机组。

经过改进，大连厂在1973年生产东风4型2002号客运机车。1974年生产出东风4型0001号货运机车。

2009年。北京。中国铁路博物馆收藏的DF4-0001号货运型内燃机车。（图/南山凌云）

1973年，2002号机车交给了北京内燃段进行运用试验，与2001号机车一起，在八达岭进行爬坡试验，在京广线进行直达牵引试验，随后被安排在京山线担当旅客列车牵引任务，累计试验10万km。

1974年6月，东风4-0001号货运机车交给丰台机务段进行运用考核。同年8月，在湘黔线娄底-金竹山间进行了高温环境冷却装置性能试验。1974年9月，0001号机车改装客运型转向架，由铁道部科研院主持机车动力学试验，在京广线丰台-石家庄区间进行了两次130km/h高速牵引试验，一次不低于120km/h、连续通过14个车站的长距离高速牵引试验。试验结论是东风4型机车的动力学性能是优良的，因此可以投入批量生产。

由于国家的需要，1974年下半年起，东风4型机车投入批量生产。

2016年4月。存放于济南铁路高级技校的DF4-2012号客运型内燃机车。机车铭牌。（图/姚秀谦）

2014年。广东坪石。DF4型货运内燃机车。机车铭牌。（图/杨利）

1975年1月，0001号机车换回货运型转向架，由铁道部科学院主持进行了热工性能试验，试验结论是机车主要性能达到设计任务书规定要求，可以投入批量生产。

1975年开始，早期投入使用的东风4机车出现了大量问题。柴油机出现了可靠性、耐久性等问题，如柴油机连杆栓断裂、连杆盖和主轴承盖断裂、连杆结合齿裂纹、凸轮型面剥离、活塞回油孔处裂纹、配气齿轮掉牙等。最严重的是柴油机机体主轴承座裂纹，导致了大量机车无法上线运行。

16V240ZJA与东风4A型机车

1976年，大连厂与各兄弟单位开始针对柴油机出现的问题，进行了逐一攻关。针对各故障部件进行应力测定，改进结构和工艺，在此基础上再进行疲劳试验验证，并将改进的部件安装在0186号柴油机上，进行了100小时的可靠性试验。

新改进的柴油机定为16V240ZJA型，进行了以下改进：

（1）连杆螺栓用全纤维滚压螺纹代替原来的车制螺纹；连杆螺栓扭紧方法，由力矩法改为间接测量螺纹伸长量的方法，并加大了扭紧力矩。

（2）使用加强型的对称连杆盖，盖体上变截面采用大圆弧过渡，避免应力集中。

（3）改进主轴承结合面的结构，加大齿形断面模数。

（4）针对凸轮型面剥离的质量问题，将配气凸轮型线由圆弧切线改为高次方函数型线，将供油凸轮顶部圆弧曲率半径由R8增加到R16。

（5）将活塞油环环槽回油孔由14个改为8个，并加大活塞内壁的过渡圆角，避免应力集中。

（6）改进增压系统，由双排气管改为单排气管，并在V型夹角内进气道上方加装了进气稳压箱，增大了进气容积。

1976年6月29日，第一台装用A型柴油机的东风4A型机车下线，编号0109。

（后续详情可参见未来更新的DF4B型内燃机车介绍）

东风4型、4A型机车生产情况

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DF4客运型：2001-2031
DF4货运型：0001-0108
DF4A货运型：0109-0770（大连厂）
DF4A货运型：3001-3042（资阳厂）

东风4、东风4A型货运机车，至1985年大连厂共生产770台。1983-1986年，资阳厂开始参与批量生产东风4型机车，共生产42台。1985年，大连厂停产东风4A型机车，转产东风4B型。

其中，1982年12月，DF4-0527号机车装用了新研制的16V240ZJB型柴油机样机，成为第一台DF4B型内燃机车样车。（详情可参见未来更新的DF4B型内燃机车介绍）

为了扩大旅客列车编组，提高客运机车功率，1973-1975年，大连厂一共生产了31台客运型东风4型机车。

东风4型机车介绍

东风4型内燃机车，为交直传动内燃机车。分为客运型和货运型，最高速度分别为120km/h和100km/h。

DF4、DF4A机车最明显的外部特征是车头号码牌上方设有长条型的通风口。客运型机车涂装为橙色底色，被车迷称为“开口橘子”。货运型机车涂装以绿色为底色，被称为“开口西瓜”。但有不少早期的DF4、DF4A，在厂修后改用B型柴油机，或者把正脸的通风口封闭。

大连厂彩页。DF4型客运型内燃机车。（互联网图片）

2016年4月。存放于济南铁路高级技校的DF4-2012号客运型内燃机车。（图/姚秀谦）

2016年4月。存放于济南铁路高级技校的DF4-2012号客运型内燃机车。车头通风口及号码牌。（图/姚秀谦）

1974年秋季广交会时印刷的彩页。DF4型货运型内燃机车。（互联网图片）

2003年。广州。DF4A型货运内燃机车。（图/P2215/火车仔）

车体设计与布局

东风4型机车采用框架式侧壁承载车体，除了司机室设有侧门外，动力室两侧也设有侧门。为了便于装拆部件，电气室、动力室和冷却室的顶部均作成活动顶盖。各室间设有隔墙和内门，车体结构中还设置了防寒、隔音、消防、通风以及良好的采光和照明设施。

2016年4月。存放于济南铁路高级技校的DF4-2012号客运型内燃机车。（图/姚秀谦）

机车上部为第I司机室、电气室、动力室、冷却室、第II司机室五个部分。按其位置和尺寸前后对称布列。

整个司机室为密闭式。司机室内壁由软质泡沫塑料和多孔铝板构成隔音隔热层，门窗均有橡胶密封结构。室内设有暖风机和侧壁暖气、顶吹风扇、车前通风道和天窗、电炉等设施。前窗玻璃采用防霜双层钢化玻璃，并附有遮阳板和刮雨器等。 司机室后壁中部安装着手制动装置手柄。

操纵台上的司机控制器是乘务员操纵机车的手动电器， 它主要由换向手柄、调速手轮、机械联锁装置、凸轮、棘轮及触头等组成。司机控制为凸轮式结构。调速手轮通常称作控制手柄，它设有零位与1、16位，共十 七个工作位置。 这些工作位置由装在主轴上、随主轴转动的若干塑料凸轮来控制的，凸轮的圆周边缘均按电路设计要求开有不同长度的缺口，由此实现动触头与静触头的接通和断开，控制柴油-发电机组的转速和功率，改变机车的牵引力和运行速度。

2014年2月。广东坪石。DF4货运型内燃机车。驾驶台。（图/戴文炜）

2014年2月。广东坪石。DF4货运型内燃机车。副驾驶台。（图/戴文炜）

动力室设在机车中间，室内主要安装柴油发电机组及为它的服务的空气滤清器、燃油系统的滤清器、 电动燃料泵组、 预热器、机油系统的滤清器、冷却水 系统的管路、阀类、膨胀水箱等。另外还设有预热锅炉及其系统。动力室顶部设有车体通风机。

电气室设在第I司机室和动力室之间。 室内布置有电阻制动装置。电控装置的电器柜、控制柜、励磁整流柜。传动装置的硅整流柜。辅助传动机构的起动变速箱、起动发电机、励磁机及前转向架牵引电机通风机、空气制动系统的分配阀和衣服、工具箱等。 电气室还设有通往车顶的人孔和梯子。

冷却室布置在动力室和第II司机室之间。室内上部布置有机车冷却装置的散热器、冷却风扇等。冷却室内的车架面上安装着驱动冷却风扇的静液压变速箱、后转向架牵引电动机通 风机、机油热交换器、电动空气压缩机组、起动机油泵等 。

机车的动力室和电气室内各设四个玻璃窗，供自然采光用。在侧墙上各设有四个活动百叶窗，空气经滤网进入室内供各部机器用风。为了降低动力室室温，在动力室顶盖上设有通风机和通气窗。冷却室侧墙设有两排活动百叶小窗，上排为自动控制开关，下排为手动控制开关。

机车的车架底面中部吊装着燃油箱。油箱的两侧为蓄电池箱，前后端安装着总风缸。

转向架

转向架的设计满足了客货两用的要求，结构简单，方便运用、检修和制造。

转向架为无导框、无心盘、无均衡梁结构，采用钢板组焊成箱形结构。牵引电机采用悬挂式安装。一系悬挂采用轴箱弹簧，采用大挠度圆弹簧并配有液压减振器。二系是由橡胶圆饼串联组成，设在旁承上部，对高频振动有良好的吸收性能。牵引机构采用低位牵引杆。

转向架各轮设有单独闸缸，单侧闸瓦并带有闸瓦间隙自动调节器的基础制动装置。机车设有电阻制动装置。

2014年。广东坪石。DF4型货运内燃机车。（图/杨利）

2014年。广东坪石。DF4型货运内燃机车。转向架牵引杆。（图/杨利）

货运机车要求转向架有较好的粘着性能，减小机车牵引列车时起动加速引起的轴重转移，避免车轮空转。为此转向架做出了以下设计：

①转向架采用了牵引电动机顺 置, 即电动机都放在车轴的同一侧，使各牵引电动机对于转向架构架的反作用力同向，减少由此引起的构架倾斜造成轴重转移。

② 采用四点摩擦旁承支承车体，旁承的前后间距为1800mm，跨距大，使转向架构架与车体底平面容易保持基本平行。

③ 采用低牵引杆低位牵引，牵引点至轨面距离725mm，减小转向架的抬头力矩。

④ 还采用较软的轴箱弹簧，可以使构架纵向倾斜时轴重变化较小。

2016年4月。存放于济南铁路高级技校的DF4-2012号客运型内燃机车。机车侧面及转向架。（图/姚秀谦）

客运牵引要求机车高速运行时转向架保证机车有较好的动力性能，减轻乘务人员疲劳。为此转向架做出了以下设计：

①转向架轴箱采用独立弹簧悬挂，不设均衡梁，在轴箱与构架间与1、3、4、6轴的轴箱弹簧并列安装有液压减振器，并在轴箱圆簧下部设有橡胶减振垫，用以减小在机车速度范围内的振动。

②在车体与构架间的摩擦旁承上部采用了由多层橡胶饼组成的二系悬挂，橡胶饼挠度小，既可减轻轴重转移，又用以吸收由走行部传往机车上部的高频振动。

③ 牵引电动机悬挂吊杆下部设两块93mm厚的橡胶垫，上端采用橡胶关节与构架相连，减少簧下重量，缓和冲击。

④采用尼龙摩擦旁承及轴端橡胶缓冲支承结构，改善机车横向动力性能 。

电传动系统

东风4型内燃机车采用交直电传动，三相交流同步发电机在柴油机的驱动下发出三相交流电，经硅整流柜变成直流电，再输送给六台牵引电机，牵引机车运行。

牵引发电机型号为TQFR-3000，是一台三相交流、同步、径向自通风的发电机。牵引发电机是由一个交流同步励磁机发出的交流电，经励磁整流柜变为直流电后给其转子绕组励磁。牵引发电机转子以钢片半刚性联轴节与柴油机曲轴相连，定子端面法兰与柴油机连接箱连接，以构成柴油——发电机组。该机组是安装在机车动力室内。

硅整流柜是由硅二极管组成的三相桥式整流装置。牵引发电机输出的三相交流电经硅整流柜整流变成脉动直流电后，再通过控制电器分配到牵引电动机去。硅整流柜安装在机车电气室的中部。

牵引电动机型号为ZQDR-140，为直流串励电机，额定功率410kW。六台牵引电动机分别安装在两个转向架上。

东风4型内燃机车设有电阻制动装置。在机车施行电阻制动时，牵引电动机做为他激直流发电机。此时牵引发电机发出的电，经硅整流柜整流后输入牵引电动机激磁绕组。牵引电动机发出的电能被引进制动电阻，变成热能，并以风机吹风将热量散失到大气中去。每台车上装有两个电阻制动柜, 每个柜内
有六个电阻元件，两个串连为一组，共分成三组，分别与一台转向架上的三台牵引电动机电枢相联。每个电阻柜的制动功率为1080kW。

“毛泽东号”机车

2012年12月。北京丰台机务段。DF4-0002“毛泽东号”机车。（图/李刚）

2016年3月。北京丰台机务段。DF4-0002“毛泽东号”机车。（图/火车掠过）

1977年2月，DF4-0002号机车被命名为第二代“毛泽东号”机车。1991年8月被DF4-1893号机车取代。机车一直留在丰台机务段工作，2008年12月报废。2012年8月机车重新整修，目前在北京丰台机务段进行展示。

规格参数