第一章　機車總體、走行部和車體

第一節　機車總體

HXD3型交流大功率電力機車是按我國鐵路重載運輸要求設計的機車。HXD3型機車軸式為C0-C0，機車全長約20.846m，機車輸出功率7200kW，最大啟動牽引力為570kN，最高運行速度為120km/h。

和諧型電力機車的工作原理：機車由50Hz的25kV單相交流接觸網供電，經過受電弓輸送到機車主變壓器，經變壓器變壓后送給機車牽引變流器，機車牽引變流器輸出的是頻率和電壓均可調的三相交流電，然后送給車下三相交流牽引電動機，三相交流牽引電機把電能轉化為機械能，使機車牽引運行。

HXD3型機車由轉向架、車體、電傳動裝置、高壓電器部分、通風系統、輔助系統、空氣與制動系統、微機控制系統等組成。

一、機車技術特點

1.軸式為C0-C0，電傳動系統為交—直—交傳動，采用IGBT水冷變流機組，1250kW大轉矩異步牽引電動機，具有啟動（持續）牽引力大、恒功率速度范圍寬、黏著性能好、功率因數高等特點。

2.輔助電氣系統采用2組輔助變流器，能分別提供VVVF和CVCF三相輔助電源，對輔助機組進行分類供電。該系統冗余性強，一組輔助變流器故障后可以由另一組輔助變流器對全部輔助機組供電。

3.采用微機網絡控制系統，實現了邏輯控制、自診斷功能，而且實現了機車的網絡重聯功能。

4.總體設計采用高度集成化、模塊化的設計思路，電氣屏柜和各種輔助機組分功能斜對稱布置在中間走廊的兩側；采用了規范化司機室，有利于機車的安全運行。

5.采用帶有中梁的、整體承載的框架式車體結構，有利于提高車體的強度和剛度。

6.轉向架采用滾動抱軸承半懸掛結構，二系采用高圓螺旋彈簧；采用整體軸箱、推挽式低位牽引桿等技術。

7.采用下懸式安裝方式的一體化多繞組（全去耦）變壓器，具有高阻抗、重量輕等特點，并采用強迫導向油循環風冷技術。

8.采用獨立通風冷卻技術。牽引電機采用由頂蓋百葉窗進風的獨立通風冷卻方式；主變流器水冷和主變壓器油冷采用水、油復合式鋁板冷卻器，由車頂直接進風冷卻；輔助變流器也采用車外進風冷卻的方式；另外還考慮了司機室的換氣和機械間的微正壓。

9.采用了集成化氣路的空氣制動系統，具有空電制動功能。機械制動采用輪盤制動。

10.采用了新型的模式空氣干燥器，有利于壓縮空氣的干燥，減少制動系統閥件的故障率。

二、機車主要技術參數

1.工作電源：

電流制　　單相交流50Hz

額定電壓　　25kV

在22.5～31kV之間時，機車能發揮額定功率。

2.牽引性能參數：

電傳動方式　　交-直-交傳動

持續功率　　7200kW

機車速度：

持續制速度　　70km/h（23t軸重）

　　　　　　　65km/h（25t軸重）

最高速度　　120km/h

啟動牽引力　　520kN（23t軸重）

　　　　　　　570kN（25t軸重）

持續牽引力（半磨耗輪）　370kN（23t軸重）

　　　　　　　　　　　　400kN（25t軸重）

恒功率速度范圍　　65～120km/h（25t軸重）

　　　　　　　　　70～120km/h（23t軸重）

3.動力制動性能參數：

電制動方式　　再生制動

電制動功率　　7200kW（70～120km/h）（23t軸重）

　　　　　　　7200kW（65～120km/h）（25t軸重）

最大電制動力　　370kN（15～70km/h）（23t軸重）

　　　　　　　　400kN（15～65km/h）（25t軸重）

4.主要結構尺寸：

軌距　　1435mm

軸式　　C0-C0

機車總重　　（23t軸重）

　　　　　　　（25t軸重）

軸重　　（23+2）t

機車前、后車鉤中心距　　20846mm

車體底架長度　　19630mm

車體寬度　　3100mm

車體高度　　4100mm（新輪）

機車全軸距　　14700mm

轉向架固定軸距　　（2250+2000）mm

車輪直徑　　1250mm（新輪）

　　　　　　1200mm（半磨耗）

　　　　　　1150mm（全磨耗）

受電弓落下時，滑板頂面距軌面高度　（4775±30）mm

受電弓滑板距軌面的工作范圍　　5200～6500mm

車鉤中心線距軌面高度（新輪）　　（880±10）mm

排障器距軌面高度　　（110±10）mm

5.功率因數：

當機車發揮10％及以上額定功率時≥0.98。

6.等效干擾電流（JP）：

額定功率時，機車在持續制牽引工況下，在距牽引變電所10km處測量≤2.5A。

7.額定網壓下，在牽引工況發揮持續功率時的機車總效率≥0.85。

8.機車采用微機控制：

（1）車微機控制功能

①機車預備的順序邏輯綜合控制。

②機車牽引力和制動力控制。

③機車空電聯合制動控制。

④機車主、輔電路過流、過壓、欠壓、接地等保護控制。

⑤機車空轉/滑行保護控制；機車軸重轉移補償控制。

⑥機車重聯控制；車定速控制。

（2）機車動力學性能

機車應能以5km/h速度安全通過半徑為125m的曲線，并應能在半徑250m的曲線上進行正常摘掛作業。

以120km/h速度于平直道上施行緊急空氣制動時，最大制動距離：23t軸重時≤800m，25t軸重時≤900m。

三、機車牽引特性及其特性曲線

（一）機車牽引特性及其特性曲線概念

1.機車牽引特性

機車牽引力隨著機車速度變化的關系，稱為機車牽引特性。

2.機車牽引特性曲線

在坐標圖上用線條表示機車牽引力隨著機車速度變化關系的圖像，稱機車牽引特性曲線。

（二）和諧型電力機車牽引特性及其特性曲線

HXD3型電力機車的牽引控制采用恒牽引力，準恒速特性控制方式，手柄級位設定為13級，級間平滑調節。

1.25t軸重時的牽引力特性控制

（1）25t軸重，限制及牽引特性控制函數關系見式（1-1）。

式中　F——機車輪緣牽引力（kN）；

v——機車速度5km/h；

N——機車司機控制器手柄級位。

公式（1-1）中前三項中為機車的牽引力限制曲線，當機車速度小于等于10km/h時，機車最大牽引力限制為570kN；當機車速度大于10km/h小于等于65km/h時，機車最大牽引力限制按線段F=600.9-3.09v線性限制，機車進入加速區；當機車速度大于65km/h時，機車最大牽引力限制按曲線F=26000/v進行限制，當機車速度達到120km/h時，進行速度限制，此區段為機車功率限制區。

公式1-1中后兩項為機車特性控制曲線，包括恒牽引力啟動階段和準恒速運行階段。

①恒牽引力啟動階段

機車司機控制器每個級位的牽引力變化設定為80kN。機車按F=80N關系啟動，輸出牽引力與級位成正比例關系，司控器每增加1級位，牽引力相應增加80kN，當級位增加到7級以上時，輸出牽引力受最大牽引力限制，輸出570kN。

②準恒速運行階段

機車運行階段按F=640N-64v關系運行，牽引力隨著速度的增加線性下降，牽引力不能為負值，當計算結果為負值時，輸出牽引力為零。機車每級速度變化范圍為10km/h。當機車速度達到120km/h時，將進行速度限制。25t軸重限制及牽引特性控制曲線見圖1-1。

（2）23t軸重時的牽引力特性控制

與25t軸重時的牽引力特性控制類似，不再敘述。

四、機車電制動特性及其特性曲線

（一）機車電制動特性及其特性曲線概念

1.機車電制動特性

機車電制動力隨著機車速度變化的關系，稱為機車電制動特性。

2.機車電制動特性曲線

在坐標圖上用線條表示機車牽引力隨著機車速度變化關系的圖像，稱機車電制動特性曲線。

（二）和諧型電力機車電制動特性及其特性曲線

25t軸重時，制動力限制及制動特性控制函數關系見式（1-2）。

取最小值作為輸出值。

B——機車輪緣制動力（kN）；

v——機車速度（km/h）；

N——機車司機控制器手柄級位。

公式（1-2）中前三項中為機車的制動力限制曲線，當機車速度小于等于65km/h時，機車最大制動力限制為400kN；當司控器手柄級位為1時，機車電制動力進入低速限制區，機車速度從15km/h按36.4v-145.6限制線性下降，當機車速度小于4km/h時，機車將無制動力輸出；當機車速度大于65km/h時，機車最大制動力按曲線B=26000/v進行限制，此區段為機車功率限制區。

公式（1-2）中最后一項為制動特性控制函數，機車制動力在上述限制曲線范圍內按B=36.4v-364（N-1）函數關系進行控制，制動力隨著速度的增加線性下降，制動力不能為負值，當計算結果為負值時，輸出制動力為零。機車每級速度變化范圍為10km/h。25t軸重制動力限制及制動特性控制曲線見圖1-2。

23t軸重時制動力限制及制動特性控制曲線與25t軸重機車類似，不再敘述。