第一章　機(jī)車總體、走行部和車體

第一節(jié)　機(jī)車總體

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

和諧型電力機(jī)車的工作原理：機(jī)車由50Hz的25kV單相交流接觸網(wǎng)供電，經(jīng)過受電弓輸送到機(jī)車主變壓器，經(jīng)變壓器變壓后送給機(jī)車牽引變流器，機(jī)車牽引變流器輸出的是頻率和電壓均可調(diào)的三相交流電，然后送給車下三相交流牽引電動機(jī)，三相交流牽引電機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，使機(jī)車牽引運(yùn)行。

HXD3型機(jī)車由轉(zhuǎn)向架、車體、電傳動裝置、高壓電器部分、通風(fēng)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、空氣與制動系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)等組成。

一、機(jī)車技術(shù)特點(diǎn)

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

2.輔助電氣系統(tǒng)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(jī)組進(jìn)行分類供電。該系統(tǒng)冗余性強(qiáng)，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(jī)組供電。

3.采用微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制、自診斷功能，而且實(shí)現(xiàn)了機(jī)車的網(wǎng)絡(luò)重聯(lián)功能。

4.總體設(shè)計(jì)采用高度集成化、模塊化的設(shè)計(jì)思路，電氣屏柜和各種輔助機(jī)組分功能斜對稱布置在中間走廊的兩側(cè)；采用了規(guī)范化司機(jī)室，有利于機(jī)車的安全運(yùn)行。

5.采用帶有中梁的、整體承載的框架式車體結(jié)構(gòu)，有利于提高車體的強(qiáng)度和剛度。

6.轉(zhuǎn)向架采用滾動抱軸承半懸掛結(jié)構(gòu)，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(shù)。

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(diǎn)，并采用強(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)冷技術(shù)。

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

9.采用了集成化氣路的空氣制動系統(tǒng)，具有空電制動功能。機(jī)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(tǒng)閥件的故障率。

二、機(jī)車主要技術(shù)參數(shù)

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(jī)車能發(fā)揮額定功率。

2.牽引性能參數(shù)：

電傳動方式　　交-直-交傳動

持續(xù)功率　　7200kW

機(jī)車速度：

持續(xù)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(xù)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(shù)：

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(jié)構(gòu)尺寸：

軌距　　1435mm

軸式　　C0-C0

機(jī)車總重　　（23t軸重）

　　　　　　　（25t軸重）

軸重　　（23+2）t

機(jī)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(jī)車全軸距　　14700mm

轉(zhuǎn)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(shù)：

當(dāng)機(jī)車發(fā)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(jī)車在持續(xù)制牽引工況下，在距牽引變電所10km處測量≤2.5A。

7.額定網(wǎng)壓下，在牽引工況發(fā)揮持續(xù)功率時的機(jī)車總效率≥0.85。

8.機(jī)車采用微機(jī)控制：

（1）車微機(jī)控制功能

①機(jī)車預(yù)備的順序邏輯綜合控制。

②機(jī)車牽引力和制動力控制。

③機(jī)車空電聯(lián)合制動控制。

④機(jī)車主、輔電路過流、過壓、欠壓、接地等保護(hù)控制。

⑤機(jī)車空轉(zhuǎn)/滑行保護(hù)控制；機(jī)車軸重轉(zhuǎn)移補(bǔ)償控制。

⑥機(jī)車重聯(lián)控制；車定速控制。

（2）機(jī)車動力學(xué)性能

機(jī)車應(yīng)能以5km/h速度安全通過半徑為125m的曲線，并應(yīng)能在半徑250m的曲線上進(jìn)行正常摘掛作業(yè)。

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(jī)車牽引特性及其特性曲線

（一）機(jī)車牽引特性及其特性曲線概念

1.機(jī)車牽引特性

機(jī)車牽引力隨著機(jī)車速度變化的關(guān)系，稱為機(jī)車牽引特性。

2.機(jī)車牽引特性曲線

在坐標(biāo)圖上用線條表示機(jī)車牽引力隨著機(jī)車速度變化關(guān)系的圖像，稱機(jī)車牽引特性曲線。

（二）和諧型電力機(jī)車牽引特性及其特性曲線

HXD3型電力機(jī)車的牽引控制采用恒牽引力，準(zhǔn)恒速特性控制方式，手柄級位設(shè)定為13級，級間平滑調(diào)節(jié)。

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(shù)關(guān)系見式（1-1）。

式中　F——機(jī)車輪緣牽引力（kN）；

v——機(jī)車速度5km/h；

N——機(jī)車司機(jī)控制器手柄級位。

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

公式1-1中后兩項(xiàng)為機(jī)車特性控制曲線，包括恒牽引力啟動階段和準(zhǔn)恒速運(yùn)行階段。

①恒牽引力啟動階段

機(jī)車司機(jī)控制器每個級位的牽引力變化設(shè)定為80kN。機(jī)車按F=80N關(guān)系啟動，輸出牽引力與級位成正比例關(guān)系，司控器每增加1級位，牽引力相應(yīng)增加80kN，當(dāng)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(zhǔn)恒速運(yùn)行階段

機(jī)車運(yùn)行階段按F=640N-64v關(guān)系運(yùn)行，牽引力隨著速度的增加線性下降，牽引力不能為負(fù)值，當(dāng)計(jì)算結(jié)果為負(fù)值時，輸出牽引力為零。機(jī)車每級速度變化范圍為10km/h。當(dāng)機(jī)車速度達(dá)到120km/h時，將進(jìn)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(jī)車電制動特性及其特性曲線

（一）機(jī)車電制動特性及其特性曲線概念

1.機(jī)車電制動特性

機(jī)車電制動力隨著機(jī)車速度變化的關(guān)系，稱為機(jī)車電制動特性。

2.機(jī)車電制動特性曲線

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

（二）和諧型電力機(jī)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(shù)關(guān)系見式（1-2）。

取最小值作為輸出值。

B——機(jī)車輪緣制動力（kN）；

v——機(jī)車速度（km/h）；

N——機(jī)車司機(jī)控制器手柄級位。

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

公式（1-2）中最后一項(xiàng)為制動特性控制函數(shù)，機(jī)車制動力在上述限制曲線范圍內(nèi)按B=36.4v-364（N-1）函數(shù)關(guān)系進(jìn)行控制，制動力隨著速度的增加線性下降，制動力不能為負(fù)值，當(dāng)計(jì)算結(jié)果為負(fù)值時，輸出制動力為零。機(jī)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(jī)車類似，不再敘述。