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ND4型柴油機車是中國鐵路使用的電力傳動柴油機車車型之一，由法國阿爾斯通公司（Alsthom）及電氣牽引設備公司（MTE）於1973年至1974年間設計及製造，共計50台機車全部配屬北京鐵路局豐臺機務段運用，引進目的主要是為了解決當時中國鐵路運輸急需大功率柴油機車的問題[1]。該型機車是以法國國鐵CC 72000型柴油機車為基礎、按照中國鐵路的技術要求而研製的4000馬力幹線貨運柴油機車，其技術性能代表着當時世界上電力傳動柴油機車的先進水平[2]，並為中國後來研製的柴油機車提供了借鑑意義[1]。機車裝用一台由阿爾薩斯機械製造公司設計製造的SACM AGO 240 V16 ESHR型柴油機，傳動系統採用三相交流同步發電機、矽二極管整流裝置、直流牽引電動機組成的交—直流電傳動裝置。1970年代至1980年代期間，ND4型柴油機車曾經是豐沙鐵路和京山鐵路的主力貨運機車。1990年代，由於機車狀況日益老化和配件供應困難，ND4型柴油機車開始被逐步淘汰，至2000年全部中止營運報廢。現存的唯一一台ND4型柴油機車被保存於中國鐵道博物館東郊館[1]。
| ND4 | |
|---|---|
中國鐵道博物館內的ND4型15號機車 | |
| 概覽 | |
| 類型 | 柴油機車 |
| 原產國 |  法國 |
| 生產商 | 阿爾斯通、電氣牽引設備 |
| 生產型號 | AD48C |
| 序列編號 | 01～50 |
| 生產年份 | 1973年—1974年 |
| 產量 | 50台 |
| 主要用戶 |  中華人民共和國鐵道部 |
| 暱稱 | 法國藍 |
| 技術數據 | |
| 華氏輪式 | 0-6-6-0 |
| UIC軸式 | Co'Co' |
| 軌距 | 1,435毫米 |
| 輪徑 | 1,050毫米 |
| 軸重 | 23噸 |
| 通過最小曲線半徑 | 125米 |
| 機車長度 | 23,020毫米（車鈎中心距） |
| 機車寬度 | 3,290毫米 |
| 機車高度 | 4,500毫米 |
| 整備重量 | 138噸 |
| 燃料 | 柴油 |
| 燃料儲備量 | 10,000升 |
| 機油儲備量 | 1,600公斤 |
| 水儲備量 | 1,800公斤 |
| 砂儲備量 | 1,200公斤 |
| 傳動方式 | 交—直流電 |
| 引擎 | SACM AGO 240 V16 ESHR |
| 引擎功率 | 3,650馬力（2,680千瓦） |
| 牽引發電機 | AT-73 |
| 牽引電動機 | TAO-659 × 6 |
| 最高速度 | 100公里/小時 |
| 持續速度 | 24公里/小時 |
| 牽引功率 | 2,880馬力（2,150千瓦） |
| 起動牽引力 | 411千牛 |
| 持續牽引力 | 304千牛 |
| 制動方式 | 踏面制動、電阻制動 |
| 列車制動 | 空氣制動 |
1960年代，隨着柴油機車不斷向提升單機功率的方向發展，柴油機和傳動裝置的功率也相應提高。電力傳動柴油機車自問世以來，一直採用直流牽引發電機配合直流牽引電動機的直—直流電傳動系統，但受到直流發電機之整流子換向條件和電機尺寸的技術限制，3000馬力以上直流電力傳動裝置的設計和製造面臨很大困難，成為進一步提升直—直流電傳動柴油機車單機功率的制約因素。1964年，法國成功研製了世界上第一台採用交—直流電傳動裝置的BB 67036號柴油機車[3]。交—直流電傳動裝置採用交流牽引發電機，通過整流器使交流電變為直流電，然後再供給直流牽引電動機，交流發電機具有結構簡單、減輕重量、維護簡便的優點，使交—直流電傳動柴油機車得到迅速發展。正當西方發達國家正在向交—直流電傳動柴油機車過渡之際，以採用直—直流電傳動裝置的東風型柴油機車為代表、中國鐵路的第一代幹線柴油機車才剛開始投入批量生產。為了儘快縮小與國際先進水平的差距，中華人民共和國鐵道部於1965年開始研製第二代大功率柴油機車。1969年9月，為慶祝中華人民共和國二十周年國慶，大連機車車輛廠試製成首台東風4型柴油機車，但由於草率上馬導致整台機車的性能和質量未能過關[4]。1970年代初，鐵道部面對東風4型機車遲遲未能定型、柴油機車產能不足的情況，決定從國外進口一批技術較先進的柴油機車作為過渡，並派員前往國外就交—直流電傳動柴油機車引進項目進行考察和選型[1]。
在法國國家鐵路向中方推介其最新型的CC 72000型柴油機車之後，經過法國駐華大使館和中國駐法國大使館商務參贊居中協商，中國機械進出口總公司與法國阿爾斯通公司及電氣牽引設備公司（MTE）於1971年6月23日在北京簽訂了從法國進口50台柴油機車的貿易合同[2]。時任中國對外貿易部副部長李強、法國駐華大使艾蒂安·馬納克（Etienne Manac'h） 、阿爾斯通公司牽引部總經理羅傑·沙爾翁-德梅爾賽（Roger Chalvon-Demersay）、電氣牽引設備公司總經理亨利·朱利安（Henri Jullien）等人出席了簽字儀式[5]。這批機車成為繼6Y2型電力機車、6G型電力機車之後，中國向阿爾斯通公司訂購第三種鐵路機車。合同總值為2億法國法郎（當時約合3,600萬美元），外貿交易方式與之前的6G型電力機車相同，成交方式為船上交貨（FOB），結算方式為外匯現金結算，合同價格的5%為履約保證金。雖然法國方面可以提供五年期出口賣方信貸，但中國方面仍然堅持使用現金方式支付貨款，在簽訂合同之後首先支付了一部分的訂金，其餘金額在機車交付過程中分期支付[6]。
這批機車是由阿爾斯通公司在法國國鐵CC 72000型柴油機車的基礎上，根據中國鐵路的使用要求專門設計製造的4000馬力幹線貨運柴油機車，機車裝用一台由阿爾薩斯機械製造公司（SACM）研製的SACM AGO 240 V16 ESHR型柴油機。該型機車在中國鐵路系統內被定型為ND4型柴油機車，其中「N」代表內燃機車、「D」代表電力傳動、「4」代表第四款進口電力傳動內燃機車[1]。該型機車在阿爾斯通公司的設計代號為AD48C型柴油機車，其中「A」代表交—直流電傳動，「D」代表柴油機車，「C」代表機車軸式Co-Co，「48」代表機車功率等級。雖然該型機車裝用了一台4000馬力的SACM AGO 240 V16 ESHR型柴油機，按照阿爾斯通機車產品代號編制，其設計代號中原本應該以「40」表示功率等級；然而就在ND4型柴油機車的設計過程之際，剛由法國熱機研究所研製成功的SEMT V12 PA6-280型柴油機正在進行試驗，這款柴油機的標定功率最高可達4800馬力，並於1973年初裝用於法國國鐵CC 72075號柴油機車上投入運用考核，而這台機車的改進經驗亦使ND4型柴油機車在設計和試驗期間從中受惠，因此其設計代號最終以「48」來表示功率等級[7]。
ND4型柴油機車全部配屬於北京鐵路局豐臺機務段。1973年8月，因應即將到來的ND4型柴油機車，豐臺機務段開始組織培訓乘務人員，並對柴油機車整備場所和設備進行改建[8]。1973年11月，首批ND4型機車陸續運抵中國，阿爾斯通公司派出技術人員進駐豐臺機務段提供售後服務工作。1974年1月，ND4型柴油機車正式投入運用，開始了豐臺機務段幹線牽引機車內燃化的進程[9]。1974年4月，鐵道科學研究院機車車輛研究所與阿爾斯通公司派出的技術專家組，在北京環行鐵道合作完成了ND4型機車的驗收試驗[10]。1975年11月，鐵道科學研究院機車車輛研究所熱力機車研究室、北京鐵路局、豐臺機務段合作，選取了ND4型48號機車進行機車牽引熱工性能試驗[11]。
ND4型柴油機車在豐臺機務段投入運用以後，取代了該段原來使用前進型蒸汽機車和建設型蒸汽機車，成為當時京山鐵路、豐沙鐵路、京原鐵路的主型貨運機車，並且有效提高了這幾條路線的貨物列車牽引定數。在京山鐵路豐臺西至南倉之間的平原路線，上下行的牽引定數均為3500噸[8]。在豐沙鐵路豐臺西至張家口之間的長大坡道，下行上坡方向（最大坡度12‰）的牽引定數為單機牽引2000噸、雙機牽引3500噸，而上行下坡方向（最大坡度4‰）的牽引定數亦由原來3300噸提高到3500噸，並且得益於機車上裝有可靠的電阻制動裝置，使列車可以60～70公里/小時的速度快速下坡[8]。在京原鐵路豐臺西至靈丘之間的長大坡道，下行上坡方向（最大坡度13‰）的牽引定數為1500噸，上行下坡方向（最大坡度6‰）的牽引定數為1800噸[12]。
1977年，為了滿足大同至北京間快速增長的煤炭運輸需求，鐵道部對豐沙鐵路豐臺西至沙城和京包鐵路沙城至大同段（簡稱豐沙大鐵路）修建自動閉塞信號系統。1978年，豐沙大鐵路完成自動閉塞方式改造後，成為了當時晉煤外運的最主要通道。自1979年起，東風4型柴油機車經過持續不斷的改進後，機車品質漸趨穩定而運用故障率亦大幅下降，豐臺機務段安排東風4型機車重新投入京山鐵路運用。至1982年10月，京山線上的ND4型機車已基本上被東風4型機車取代，ND4型機車則被集中到豐沙鐵路擔當晉煤外運的重任。1984年11月，鐵道部選擇了晉煤外運北通道中的豐沙大鐵路和京秦鐵路，進行了雙機牽引7400噸組合式重載煤炭列車的運轉試驗，即是將兩列3700噸列車合併成一列運行，由ND4型或ND5型柴油機車雙機牽引，並從大同西站出發直達秦皇島東站[13]。1985年起，隨着豐臺機務段大量配屬從美國進口的ND5型柴油機車，大部分ND4型機車又再重新投入京山鐵路豐臺西至南倉間運用。1986年起，張家口機務段開始支配豐臺機務段的部分ND4型機車，擔當京包鐵路張家口至大同、張家口至康莊間貨物列車，以及宣龐鐵路客貨列車的牽引任務[14]。
早於1975年，根據鐵道部關於加強進口機車配件國產化的要求，豐臺機務段便成立了ND4型機車配件國產化攻關組，先後完成了柴油機機體、連杆、曲軸、增壓器、連杆瓦、活塞、散熱器、牽引電動機、彈性齒輪、制動閘瓦等共130種配件的國產化[8]。然而，由於ND4型機車為國外進口機車，機務段和機車檢修廠並不具備整車大修的能力，因此僅能由豐臺機務段自己進行有限度的維修保養工作，以擴大機車架修修程來解決沒有工廠承接廠修的困難。隨着機車運用時間日益增長，卻始終無法獲得全面的維修，致使機車質量日漸下降[15]。截至1987年底，所有ND4型機車累計走行10458萬公里，平均每台機車累計走行217萬公里，其中有13台已經走行230萬公里以上，影響機車運用可靠性的主要問題包括：柴油機方面有機體裂紋、活塞銅頂脫落抱缸、曲軸頸燒損等；電氣系統方面為牽引電路及控制電路電線電纜絕緣老化或短路，主發電機和牽引電動機定子接地；制動空氣管路老化鏽蝕，造成機車制動失靈的安全隱患[9]。
從1987年開始，為了維持ND4型機車的基本質量和運行安全，鐵道部及北京鐵路局決定對走行里程達230萬公里以上的機車，逐台投資100萬元人民幣實行簡易廠修。簡易廠修修程增加了車體、轉向架、電機的部分檢修範圍，包括清洗大燃油箱及部分燃油管路、可見部分電氣路線加強絕緣處理、司機室儀錶盤國產化改造、電阻制動櫃及蓄電池箱解體整修、委託北京電機廠檢修主發電機及牽引電動機等等。1987年至1988年間，共計有12台ND4型機車完成了簡易廠修。基於機務段自身拆裝和檢修能力的局限，簡易廠修對於一些威脅行車安全的質量問題仍然束手無策，而且部分國產化零部件也因為質量不穩定而影響可靠性，例如花費相當大代價仿製的柴油機連杆瓦 , 便因質量未能過關而只能依靠進口昂貴的原廠產品。因此，即使是經過簡易廠修的ND4型機車，實際上機務段對其品質亦沒有太大把握[9]。
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1980年代後期，考慮到ND4型機車的質量狀況和檢修困難，鐵道部制定了「維持使用、逐步淘汰」的原則，將ND4型機車從京山、豐沙等主要幹線撤換下來，以減輕機車負擔並儘量延長使用壽命[9]。1988年，豐臺機務段調配17台ND4型機車配屬南口機務段（段修仍然在豐臺機務段進行）[16]。1990年代初，豐臺機務段和南口機務段的ND4型機車，仍活躍於北京鐵路樞紐周邊的京包鐵路（北京北至南口、康莊）、豐雙鐵路（東南環線）、雙沙鐵路（東北環線）、西北環線、京門鐵路等路線，擔當各線的客貨列車牽引及小運轉任務。1989年起，北京鐵路局開始對ND4型機車擇劣報廢，逐步淘汰部分狀況欠佳的機車並將零部件拆除備用。1995年末，北京鐵路局僅餘下28台ND4型機車（豐臺機務段26台、南口機務段2台）[17]。至1997年末，數量已進一步減少至16台（豐臺機務段14台、南口機務段2台）[18]。2000年，ND4型機車全部除籍報廢。2003年，豐臺機務段內仍存放着三台報廢的ND4型機車（05、15、46）。2004年4月，其中兩台機車（05、46）被拆解，僅餘下一台15號機車被放置於機務段一角的儲備廠上[19]。
 | 由於已知的技術原因，圖表暫時不可用。帶來不便，我們深表歉意。 |
對於碩果僅存的ND4型15號機車，中國鐵路迷曾經多番呼籲，希望有關部門能讓這台機車進入博物館永久收藏，避免這個鐵路文化遺產淪為一堆廢鐵[20]。早在2004年，互聯網上就有「廣大車迷強烈要求將中國僅存的ND4型內燃機車送入鐵道博物館」的消息。2006年4月4日，《北京晚報》刊登了標題為《火車迷呼籲收藏後一輛台ND4型內燃機車》的報道。媒體的報導和火車迷的呼籲引起了中國鐵道博物館的重視，該館派出工作人員對機車的狀況進行了多次調查，並將調研情況反映給有關部門，希望採取措施加以保護[19]。2012年3月，中國鐵道博物館館長王新橋對媒體表示，「ND4最好的歸宿是送到鐵博當做展品」，並已經開始就外觀修復進行調研[21]。2012年4月11日，中國鐵道博物館和豐臺機務段開始對ND4型15號機車進行整修工作，修復的重點是按機車歷史原貌恢復車體外觀和司機室。在向民眾徵集ND4機車的零件的同時，也對已無原廠配件的部件進行仿製[22]。2013年1月24日，ND4型15號機車在東風7C型5526號機車的牽引下離開了豐臺機務段；1月25日，ND4型15號機車正式進入中國鐵道博物館東郊館永久收藏。2013年9月，該機車作為中國鐵路牽引動力發展變化的重要實物見證，經鑑定後被評為國家二級文物[1]。
ND4型機車上獨具匠心的設計和優異的可靠性，使其深受豐臺機務段乘務和檢修人員的歡迎，各種電機電器、輔助傳動系統、機車走行部甚少發生嚴重故障。與同時期國產的東風4型柴油機車相比，ND4型機車不僅機破臨修率遠低於前者，亦具有較長的檢修周期和較短的檢修停時[12]。此外，由於磁放大器勵磁調節系統設計得宜之緣故，該型機車的低手柄位輸出功率和起動加速性能也優於東風4型機車[23]。中國通過借鑑和吸收ND4型機車的優點，促進了國產柴油機車設計製造的進步。例如，永濟電機廠在測繪ND4型機車感應子發電機的基礎上，仿製出GQL-45型感應子牽引勵磁機，供東風4型和東風5型系列柴油機車配套使用，大幅減少了在早期東風4型機車上常見的勵磁機故障。此外，永濟電機廠參考ND4型機車的TAO-659型牽引電動機，對東風4型機車所使用的ZQDR-410型牽引電動機作出改進，研製出更為可靠的ZQDR-410B型牽引電動機，供東風7型柴油機車配套使用[24]。
ND4型柴油機車是幹線貨運用的六軸柴油機車，機車標稱功率為2,880馬力（2,150千瓦），構造速度為100公里/小時，整備重量138噸[25]。機車車體採用桁架式側壁承載結構，其主要構件如側梁、橫樑及車頂橫樑等，均採用由含銅半不鏽鋼材焊接而成的箱形斷面結構[26]。車體長度為21,652毫米，車鈎中心線間距為23,020毫米，車體寬度為3,290毫米，車體高度為4,500毫米。兩端設有同等功能的司機室，可雙向操縱機車，並設雙側內走廊連接兩端司機室。機車從前到後依次分別為Ｉ端司機室、輔助裝置室、冷卻室、動力室、電氣室、ＩＩ端司機室。除了司機室以外車體其他部分的頂部均設計成活動頂蓋，以便拆裝車內部件。在車體底架下面兩台轉向架之間，吊掛着一個容量為10000升的燃油箱，以及放電容量為140安培小時的鹼性蓄電池組。車體外形設計出自於法國著名工業設計師雅克·庫珀（Jacques Cooper）之手，他提供了橙色、綠色和藍色三種車身塗裝方案以供選擇，最終則選用了如今所見的藍色方案[7][27]。
機車設計充分考慮到機車運用地區即中國華北的氣候條件，確保機車可在外溫-40℃～40℃、長大隧道內、雙機牽引、大風雪或沙塵較多的環境下都能正常運行。車體側牆設有較大面積的通風百葉窗口和空氣過濾設備。為了避免在隧道內進行雙機牽引時後面機車吸入前面機車排出的廢氣，柴油機的空氣濾清器安裝在車體側牆下部，並在車頂設有煙氣導向板，以儘量引導排氣向機車後方散逸。ND4型機車在車體隔熱保暖、空氣濾清裝置、冷卻水管路設計等方面，亦吸收了一些基於阿爾斯通公司向國外出口機車（包括芬蘭鐵路Dr13型柴油機車、毛里塔尼亞鐵路CC型柴油機車）所獲得的經驗[26]。
一如其他來自法國的鐵路機車，ND4型機車十分注重司機室的舒適性，並且具有先進的隔熱和隔音功能。司機室內的佈置採用與6G型電力機車相似的系列化設計，機車運行方向的左側設有司機操縱台、空氣制動機的自動制動閥和單獨制動閥，右側設有副司機座席及部分控制設備，兩端司機室之間可以通過對講機聯絡。司機座椅具備高度調節和傾斜椅背之功能，座位上方設有電風扇。兩塊前窗玻璃均具有電加熱裝置，每塊玻璃的加熱功率為735瓦，前窗內側並設有遮陽板[26]。作為主要噪音來源的柴油機和冷卻裝置，與兩端司機室之間均至少有兩道隔音間壁，因此ND4型機車的司機室噪音水平能夠保持較低水平。在柴油機全負荷、機車速度為75公里/小時的情況下，司機室噪音水平僅為72～75分貝。此外，冬季時的司機室供暖是由柴油機冷卻水直接提供，即使在最惡劣的氣候條件下司機室內仍能保持正常溫度[26]。
位於機車中部的動力室內安裝了一套柴油發電機組，以及感應子輔助發電機、空氣壓縮機、前轉向架牽引電動機通風機等輔助裝置，兩側側牆上裝有空氣濾清器和車體通風機。輔助裝置室內設有空氣制動裝置櫃、預熱鍋爐、啟動空氣壓縮機、後轉向架牽引電動機通風機等設備。電氣室內設有整流器櫃、高壓電器櫃和電器控制櫃，頂部設有電阻制動裝置並由兩台功率為17.5千瓦的通風機進行冷卻[26]。冷卻室內設有兩排垂直並列安裝的散熱器組，分別為冷卻柴油機的高溫冷卻水系統（18個散熱器單節），以及冷卻增壓空氣和機油的低溫冷卻水系統（20個散熱器單節），低溫系統散熱器佈置在高溫系統散熱器的外側，這亦是法國柴油機車散熱系統的典型設計；冷卻室頂部設有兩個經萬向軸和液壓聯軸器驅動的冷卻風扇，風扇轉速由高溫冷卻水系統內的感溫元件自動控制；冷卻室內另設有膨脹水箱和啟動風缸[25]。
ND4型機車裝用一台由阿爾薩斯機械製造公司（SACM）設計製造的SACM AGO 240 V16 ESHR型柴油機。該型柴油機為16氣缸、四衝程、V型結構、直接噴射、主副連杆結構、廢氣渦輪增壓、增壓空氣中間冷卻的高速柴油機，氣缸內徑為240毫米，活塞行程為220毫米，氣缸V形夾角為50°，屬於缸徑大於行程的超方形結構引擎（oversquare engine）。額定轉速為每分鐘1350轉，最低空載轉速為每分鐘600轉，UIC標定功率為4000馬力（2940千瓦），裝車功率為3650馬力（2680千瓦），額定工作狀況下的燃油消耗量為155克/有效馬力·小時[28]。
柴油機採用曲軸箱部分與氣缸體水套鑄造成一體的整體式鑄鐵機體，每個氣缸有一個單獨的單體式氣缸蓋，也是採用與機體相同的鑄鐵材料製成。SACM AGO系列柴油機的其中一個特點是具有嵌入式燃燒室的活塞，活塞由鑄鋁頂部、鍛鋁裙部和銅基合金燃燒室組成，佈置於活塞頂上的半橢球形燃燒室有利於柴油機在低溫情況下的啟動[29]。活塞通過引擎潤滑系統的機油進行冷卻，位於機體上的噴嘴對位於活塞頂環下部的環形冷卻腔連續供油。柴油機採用整體鍛造的鉻鉬合金曲軸，主軸頸直徑為180毫米，曲柄銷直徑為165毫米。主副連杆結構的連杆組由鎳鉻合金鋼模鍛制而成，副連杆通過浮動銷與主連杆連接。V形夾角內佈置有兩套希斯巴諾-蘇莎HS-400型軸流式增壓器（後來改裝無錫動力機廠的40GP型增壓器）和四台增壓空氣中冷器[25]。
ND4型機車也是中國至今惟一一種採用自動延時電控風啟動的柴油機車。柴油機啟動時由起動風缸和起動風泵提供壓縮空氣，經空氣分配器和啟動閥按柴油機點火順序輸入氣缸並推動活塞，當曲軸達到穩定轉速後停止供氣，同時噴油泵供油點火從而啟動柴油機。整個過程均為自動控制，司機只要按下「啟機」按鈕，可以自動完成上述動作啟動柴油機。與自帶啟動電動機方式的柴油機相比，雖然壓縮空氣啟動的柴油機構造較為複雜，需要另設一台完整的空氣啟動系統，但這種啟動方式具有較高可靠性，並可減少所需的蓄電池容量。[28]
超方形結構柴油機的主要缺點是燃燒混合物形成困難、連杆軸承載荷增大、受熱零件熱負荷較高，因此這款柴油機採用了活塞頂部半橢圓形燃燒室來形成較強烈的進氣渦流，並採用主副連杆結構來降低連杆比壓的設計。即使如此，該型柴油機的熱負荷仍超過不少同類機型的水平，特別是活塞燃燒室喉口和氣缸蓋鼻樑部分，常常因為熱負荷過高而產生裂紋[29]。因此，豐臺機務段於1980年起採取柴油機降速降功率使用的措施，將額定轉速由每分鐘1,350轉降至每分鐘1,250轉，裝車功率由3,650馬力（2,680千瓦）降至3,200馬力（2,400千瓦），以降低柴油機熱負荷及延長柴油機使用壽命[8]。
機油對於柴油機的正常運轉和零部件磨損有着密切關係，由於當時中國的潤滑油生產技術水平落後，加上對高增壓柴油機的機油缺乏認識和經驗，ND4型柴油機車初期使用的是北京東方紅煉油廠生產的14號普通柴油機油（相當於美國鐵路LMOA標準的第一代柴油機油），機車投入運用僅一年、走行約11～12萬公里後，柴油機就出現氣缸套嚴重磨損、曲軸箱背壓高、油封漏油等故障[12]。為此，當時的燃料化學工業部聯同鐵道部科技委，經過三年研究開發出1號高增壓柴油機油（相當於美國鐵路LMOA標準的第二代柴油機油），在ND4型機車上完成了10萬公里行車試驗後，於1978年11月通過部級鑑定，雖然這種機油的性能水平與國外同級產品尚有一段距離，但已足以解決代替進口產品的代用機油問題。1990年代起，ND4型機車已開始使用性能更佳的第三代和第四代機油[30]。
ND4型柴油機車採用交—直流電傳動裝置，電傳動系統參考自CC 72000型柴油機車[2]。柴油機通過彈性聯軸器直接驅動一台交流同步發電機，發出的三相交流電經由矽二極管組成的三相橋式整流電路整流為直流電後，輸送給六台並聯連接的直流牽引電動機，通過傳動齒輪驅動輪對[25]。
牽引發電機採用AT-73型三相交流同步發電機，額定容量為2540千伏安，額定電壓為430伏特，額定電流為5400安培，最大電壓為760伏特，最大電流為7060安培，額定轉速為每分鐘1350轉，冷卻方式為自通風式，主發電機淨重為4800公斤。牽引發電機發出的三相交流電由矽整流裝置轉換成直流電，矽整流裝置採用由風冷式矽二極管元件組成的三相橋式全波整流電路，整流電路每一橋臂有六個並聯的AS20V型平板式矽二極管，整流裝置共有36個二極管元件。矽整流裝置的最大直流輸出電壓為830伏特，最大直流輸出電流為9000安培，整流櫃冷卻風道串聯在前牽引電動機通風機的吸風口上[25]。ND4型機車使用TAO-659C1型六極直流串勵牽引電動機，額定功率為342千瓦，額定電壓為430伏特，額定電流為900安培，額定轉速為每分鐘580轉，最高轉速為每分鐘2450轉，定子及電樞絕緣等級為H級，冷卻方式為強迫通風。為擴大機車恆功率調速範圍，可對牽引電動機使用一級磁場削弱，磁場削弱率為53%[25]。在電阻制動工況時，牽引電動機變為他勵直流發電機工作，其激磁繞組全部串聯由牽引發電機經矽整流櫃供電，牽引電動機發出的電流輸入到電阻制動櫃，將電能通過電阻器轉化為熱能消耗掉，制動功率為4,000馬力（2,940千瓦）[25]。
為了使牽引發電機在任何負載下都能充分利用柴油機發出的功率，在電傳動柴油機車上都會設有一套功率自動調節系統，一方面調節發電機的勵磁以改變發電機的功率，同時通過調速器調節柴油機的供油量以改變柴油機的輸出功率，通過兩者相互匹配達到恆功調節的目的。有別於東風4型機車的可控矽斬波器勵磁調節裝置，ND4型柴油機車牽引傳動電路的特色之處，便是應用了磁放大器作為勵磁系統的控制元件，其可靠程度之高更為豐臺機務段的技術人員留下了深刻的印象，需要對磁放大器進行更換或調整的故障極為罕見，因此ND4型機車並不像東風4型機車那樣需要另設故障勵磁電路[23]。
同步牽引發電機的勵磁電流是由感應子交流勵磁機（以下簡稱勵磁機）經三相橋式整流器整流後供給，而勵磁機的勵磁電流則由感應子輔助發電機發出（該感應子發電機由牽引發電機的軸端通過萬向軸帶動，並且用於向蓄電池充電及輔助電路供電），經單相自耦變壓器、磁放大器的工作繞組和整流器整流後供給。磁放大器勵磁系統由兩台串聯的主、副自飽和式全波磁放大器構成，主、副磁放大器分別有六個和三個控制繞組，部分控制繞組的作用是給定柴油機各檔轉速下的最大勵磁電流，以便限定牽引發電機的起動電流；部分控制繞組則進一步引入了牽引發電機勵磁電流的負反饋信號，當勵磁電流發生劇烈變動時起調節作用，以改善勵磁系統的穩定性和動態品質。勵磁電流受柴油機聯合調節器液壓伺服馬達所驅動的磁敏電阻（功調電阻）的控制[31][32]。
機車軸式為Co-Co，走行部為兩台相同的無導框式三軸轉向架，轉向架構架和傳動裝置的設計參考自出口到中國的6G型電力機車，而懸吊裝置則參考自CC 72000型柴油機車[2]。轉向架構架採用鋼板壓型焊接而成的箱形結構。軸箱採用無導框式圓柱滾子軸承和阿爾斯通式彈性軸箱拉杆定位，依靠兩根裝有橡膠關節元件的軸箱拉杆與構架連接，並實現軸箱的橫向和縱向定位，中間軸有16毫米的自由橫動量以便通過小半徑曲線[26]。每台轉向架的構架上設有六個金屬橡膠堆旁承（靠近外橫樑的兩組旁承為兩個一組），車體重量通過八個旁承支承點由兩台轉向架承載，利用橡膠堆變形實現車體相對轉向架的彈性橫動和迴轉。彈簧懸吊裝置分為一系和二系懸吊兩部分，一系懸吊為軸箱與構架之間的軸箱圓彈簧，並在第一、三、四、六軸裝有並列的摩擦式垂向減震器；二系懸吊為轉向架構架與車體之間的旁承橡膠堆；懸吊裝置的彈簧總靜撓度為140毫米[33]。牽引力和制動力通過非承載式中心銷傳遞[2]。
為了改善機車的橫向穩定性能，除了採用軸箱拉杆定位和較長的固定軸距外（2050毫米+1950毫米），車體和轉向架兩側之間設有縱向摩擦式減震器來抑制蛇行運動，牽引電動機亦使用橫向拉杆與轉向架構架連接。牽引電動機採用軸懸式驅動方式（滑動抱軸承式半懸吊）和單邊彈性齒輪傳動，牽引電動機的一側通過抱軸瓦剛性地支承在車軸上，另一側通過橡膠元件和橫向拉杆懸吊在轉向架構架上，齒輪傳動比為4.64[25]；牽引電動機採用順置方式以減少軸重轉移。ND4型機車採用26-L型空氣制動機，基礎制動方式為雙側槓桿踏面制動，通過每台轉向架上的左右兩個制動缸施行制動，每個制動缸控制一個獨立傳動的槓桿系統，轉向架並設有閘瓦間隙調整器和輪緣噴油器[2]。
1988年3月7日凌晨2時，北京鐵路局豐臺機務段的ND4型42號機車，擔當4018次單機由廊坊站開出經由京山鐵路運行，至凌晨2時52分到達南信號站，停車後司機長下車擦拭機車走行部及前部，當攀爬至車頂時忽略已經進入電氣化區段，侵入接觸網安全界限而發生觸電，司機長顧某當即被高壓電電擊死亡[8]。
在由蔣雯麗執導、2010年上映的人物自傳電影《我們天上見》，講述了1970年代小時候的蔣雯麗和她的姥爺相依為命的故事，電影其中一幕展現了《參考消息》引述「法新社報道正在革命中的中國從法國引進了內燃機車」的消息，便是指中國在文化大革命期間從法國引進的ND4型柴油機車[34]。
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