交流傳動快速客運電力機車總體介紹

1、南車株洲電力機車有限公司,HXD1D型電力機車總體介紹,Page ? 2,交流傳動快速客運電力機車,第一部分,第三部分,第二部分,,,,Page ? 3,,交流傳動快速客運電力機車,Page ? 4,概述,交流傳動快速客運電力機車,160km/h客運交流傳動電力機車是根據(jù)2011年鐵道部科技研究開發(fā)計劃《交流傳動快速客運電力機車研究》（課題編號2011J003）。 由南車株洲電力機車有限公司、株洲南車時代電氣

2、股份有限公司和南車株洲電機有限公司等單位共同研制的。根據(jù)《交流傳動快速客運電力機車研究》和《交流傳動160km客運電力機車技術(shù)條件》的要求，設(shè)計的交流傳動客運電力機車最大速度為160km/h，總功率為7200kW。,課題依據(jù),Page ? 6,研究平臺,,,,,本項目是在HXD1B和HXD1C項目構(gòu)建的6軸大功率交流傳動電力機車設(shè)計平臺上，結(jié)合公司多年積累的電力機車設(shè)計制造經(jīng)驗，以遵循先進、成熟、經(jīng)濟、適用、可靠的技術(shù)原則，按照模塊化、

3、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的要求，自主研制的干線鐵路160km/h交流傳動客運電力機車。,Page ? 7,機車主要技術(shù)特點,Page ? 8,機車主要技術(shù)參數(shù)及性能,交流傳動快速客運電力機車,Page ? 9,用途及使用環(huán)境條件,海拔條件：海拔高度不超過2500 m,在海拔高于1400m、環(huán)境溫度+35℃～+40℃、連續(xù)在最大功率狀態(tài)下運行時可能出現(xiàn)功率限制。,環(huán)境溫度：（遮蔭處）-25℃ ～ +40℃,機車基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)按照-40℃運用環(huán)境設(shè)計，并預(yù)

4、留加強防寒設(shè)備安裝接口和布線空間。機車能夠在-40 ℃環(huán)境下存放，通過應(yīng)用加強防寒和預(yù)熱后能夠在-25℃～-40℃環(huán)境下正常運用。,月平均最大相對濕度（該月月平均最低溫度不低于25℃）95 %,環(huán)境條件：能承受風(fēng)、雨、雪、鹽霧、粉塵的侵襲 。,機車按額定功率運行條件,用途,鐵路干線客運機車,,Page ? 10,,,1、 22.5kV~29kV,機車輪周功率為7200kW；,2、 22.5kV~19kV,機車輪周功率從7200kW線性

5、減??；網(wǎng)壓在19kV時，輪周功率為6080kW；,3、 19kV~17.5kV,機車輪周功率從6080kW線性減小至0；,4、 29kV~31kV,機車輪周功率從7200kW線性減小至0；,機車功率發(fā)揮,根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》第31條規(guī)定：電力機車在困難等級下客貨共線Ⅰ級鐵路區(qū)間線路最大坡道限制為15‰，電力機車在困難等級下客貨共線Ⅱ級鐵路區(qū)間線路最大坡道限制為20‰。 160km/h六軸7200kW客運交流傳動電力機車在正常

6、情況下，牽引客運列車（編組20節(jié)，超員50%情況），切除1個電機可以滿足20 ‰坡道起動，切除2個電機可以滿足15 ‰坡道起動。,牽引能力-列車阻力,Page ? 12,根據(jù)《列車牽引計算規(guī)程》要求，旅客列車在最大速度為160km/h時，列車在平直道上運行時的保有加速度不小于0.02m/s2。 根據(jù)計算，160km/h六軸7200kW客運交流傳動電力機車比SS8、SS9和SS7E機車加速性能都有了顯著提高。以正常情況下牽引20節(jié)

7、旅客列車計算，同樣加速到160km/h時，160km/h客運車的加速時間是SS9、SS7E型電力機車的二分之一，是SS8型電力機車的四分之一。,牽引能力-加速性能,Page ? 13,干線客運電力機車主要技術(shù)參數(shù)比較,,Page ? 14,設(shè)備布置,交流傳動快速客運電力機車,Page ? 15,設(shè)備布置,機車采用雙司機室、機械間為貫穿中間走廊結(jié)構(gòu)（寬度≥600mm），機械間設(shè)備基本按照斜對稱布置的原則進行布置。全車設(shè)備布置可分為車頂設(shè)備

8、布置、司機室設(shè)備布置、機械間設(shè)備布置和車下設(shè)備布置、輔助設(shè)備布置及機車布線等幾個部分。,Page ? 16,車頂設(shè)備布置,在機車頂蓋上相應(yīng)布置有受電弓（2個）及支撐瓷瓶、車頂門、避雷器（2個）、25KV高壓電纜高壓穿墻套管及天線。,1、風(fēng)笛、電笛 2、受電弓 3、避雷器 4、絕緣頂蓋 5 、25kV穿墻套管6、登頂門 7、無線通訊設(shè)備天線 8、支撐絕緣子,1,1,2,2,3,3,4,4,5,6,5,7,8,Pag

9、e ? 17,司機室設(shè)備布置,司機室設(shè)備布置分成操縱臺設(shè)備布置、前墻設(shè)備布置、后墻設(shè)備布置、側(cè)墻設(shè)備置、頂部設(shè)備布置五個部分。,Page ? 18,機械間設(shè)備布置,機械間內(nèi)布置了牽引風(fēng)機、主變流器、主冷卻塔、輔助濾波柜、低壓電器柜、6A系統(tǒng)屏柜、蓄電池及控制電源柜、第三方設(shè)備柜、空氣管路柜、壓水機及干燥器、衛(wèi)生間、工具柜、列車供電柜、網(wǎng)側(cè)柜等。,Page ? 19,機車布線及電氣系統(tǒng),交流傳動快速客運電力機車,Page ? 20,機車布

10、線及電氣系統(tǒng),機車布線主要包括機車主電路布線、輔電路布線及控制電路布線。主電路布線 車頂?shù)綘恳儔浩鞯倪B接采用車頂受電弓通過避雷器連接到25kV高壓穿墻套管，在頂蓋1和頂蓋4下至機械間，通過25kV電纜進入網(wǎng)側(cè)柜，再從網(wǎng)側(cè)柜內(nèi)的真空斷路器接至車下變壓器。牽引變壓器與牽引變流器的連接采用柔性母排，牽引變流器與牽引電機、牽引變壓器與軸端接地裝置之間均采用電力電纜進行連接。電纜采用固定夾對其進行固定。,Page ? 21,機車布線及

11、電氣系統(tǒng),輔助電路布線 機車輔電路布線主要是對輔助回路的電氣設(shè)備進行連接，包括牽引變流器、輔助濾波柜、低壓柜、輔助機組、空調(diào)及采暖設(shè)備、蓄電池充電機、庫用插座之間的連接布線。 兩個輔助濾波柜之間及輔助濾波柜到低壓柜之間的輔助電纜布置于中央縱梁預(yù)留的布線空間內(nèi)；其它輔助電路電纜經(jīng)過中央線槽之后到各個負載或插座。,控制電路布線 控制電路布線主要指控制電源柜、司機操縱臺、低壓柜、制動柜、第三方設(shè)備柜、列車供電柜及所有電

12、器的控制設(shè)備及通訊網(wǎng)絡(luò)間的連接。 機車控制電路布線采用預(yù)布線工藝，這樣大大減少了機車上的作業(yè)強度，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。,Page ? 22,機車布線及電氣系統(tǒng),主電路：機車牽引電路采用絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）模塊（3.3kV/1200A）組成四象限整流器和逆變器，牽引電機采用軸控控制技術(shù)。 輔助電路：機車輔助電路采用輔助逆變器（集成在主逆變器中）供電方式，輔助回路供電分為恒頻恒壓（CVCF）與變頻變壓（VVVF）兩

13、個回路，具有冗余功能。可實現(xiàn)在過分相時輔助回路不間斷供電功能。 控制網(wǎng)絡(luò)：機車采用和諧1型機車成熟的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。運用微機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、模塊化，使機車控制系統(tǒng)具有控制、診斷、監(jiān)測、傳輸、顯示和存儲功能，控制網(wǎng)絡(luò)符合IEC 61375標(biāo)準(zhǔn)要求。 重聯(lián)控制：機車具有重聯(lián)控制功能，可以實現(xiàn)至少2臺機車的重聯(lián)控制。,Page ? 23,空氣和通風(fēng)系統(tǒng),交流傳動快速客運電力機車,Page ? 24,空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng),機車通風(fēng)

14、系統(tǒng)的方案設(shè)計采用獨立通風(fēng)方式。 機車設(shè)有4個通風(fēng)之路：牽引電機通風(fēng)支路，冷卻塔通風(fēng)支路、輔助濾波柜通風(fēng)支路、壓縮機散熱通風(fēng)支路。,1 、輔助濾波柜 2、冷卻塔 3、 側(cè)墻百葉窗（排風(fēng)）4 、牽引風(fēng)機 5、主壓縮機,Page ? 25,牽引電機通風(fēng)支路的作用是冷卻牽引電機。每一個牽引電機用一臺風(fēng)機進行強迫通風(fēng)冷卻，全車共有六個牽引風(fēng)機。,牽引電機通風(fēng)支路示意圖,牽引電機通風(fēng)支路,空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng),Page ? 26,冷卻塔通

15、風(fēng)支路,冷卻塔通風(fēng)支路用于油水復(fù)合散熱器的冷卻。 冷卻塔通風(fēng)支路主要通過冷卻油、水等傳熱介質(zhì)用于冷卻機車主變流器和主變壓器。復(fù)合散熱器是一個板翅式全鋁熱交換器，由兩個隔開的流體支路組成，通過風(fēng)機、油泵、水泵的作用，油、水、空氣在復(fù)合散熱器中進行熱交換。,1 車頂通風(fēng)口過濾網(wǎng) 2 冷卻塔風(fēng)機 3 水散熱器 4 油散熱器 冷卻塔通風(fēng)支路示意圖,空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng),Page ? 27,輔助濾波柜通風(fēng)支路,輔助濾波柜通風(fēng)支路的作用是冷

16、卻輔助變壓器和機械間，同時起到維持機械間正壓的作用。輔助濾波柜通風(fēng)機將室外空氣從側(cè)墻百頁窗經(jīng)風(fēng)道吸入，進入輔助濾波柜冷卻輔助變壓器，加熱后的空氣隨后進入旋風(fēng)除塵器過濾，清潔空氣進入機械間；帶灰塵的空氣經(jīng)車體底架排塵口排到車底大氣。,,輔助濾波柜通風(fēng)支路示意圖,空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng),Page ? 28,壓縮機通風(fēng)支路,,圖6 輔助濾波柜通風(fēng)支路示意圖,機車安裝有2臺主壓縮機。壓縮機散熱通風(fēng)支路的作用是冷卻主壓縮機，同時起到調(diào)節(jié)機械間空氣溫度和壓

17、力的作用。冬季保溫工況時的空氣走向：車內(nèi)空氣→壓縮機風(fēng)機→壓縮機散熱器→機械間夏季散熱工況時的空氣走向：車內(nèi)空氣→壓縮機風(fēng)機→壓縮機散熱器→車底大氣,壓縮機通風(fēng)支路示意圖,空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng),Page ? 29,司機室空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)司機室通風(fēng)系統(tǒng)的作用是通過空調(diào)和取暖器的運行，使司機室達到一個合適的溫度，改善司機室的工作環(huán)境，給司機提供一個舒適的人工環(huán)境。司機室通風(fēng)系統(tǒng)主要設(shè)備包括：空調(diào)機組、新風(fēng)系統(tǒng)、風(fēng)道系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)等。

18、交流傳動快速電力機車的司機室空調(diào)系統(tǒng)有兩個獨立的空氣支路：空氣處理系統(tǒng)和壓縮冷凝系統(tǒng)，即通常所說的室內(nèi)空氣循環(huán)和室外空氣循環(huán)。司機室空調(diào)系統(tǒng)氣流組織圖見下圖。,司機室空調(diào)系統(tǒng)氣流組織圖,空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng),Page ? 30,機械部分,交流傳動快速客運電力機車,Page ? 31,機械部分,車體 車體結(jié)構(gòu)以HXD1B為基礎(chǔ)，參考烏茲別克交流客運機車、HXD1C的結(jié)構(gòu)，在車體輕量化設(shè)計的同時保證車體承載結(jié)構(gòu)的可靠性，降低了機車軸重。

19、 采用整體承載結(jié)構(gòu)，其由鋼板及鋼板壓型件組成的全焊接結(jié)構(gòu)，司機室、底架、側(cè)墻焊接成一個開口的箱體結(jié)構(gòu)，開口部分由可拆卸頂蓋連接密封。,Page ? 32,轉(zhuǎn)向架 機車采用2個CO轉(zhuǎn)向架；轉(zhuǎn)向架主要由構(gòu)架、輪對、軸箱、驅(qū)動裝置、一二系懸掛裝置、牽引裝置、基礎(chǔ)制動裝置和附屬裝置等部件組成；驅(qū)動裝置由牽引電機、齒輪空心軸傳動裝置、電機懸掛橫梁等組成為一整體彈性懸掛于構(gòu)架上；一二系懸掛裝置采用鋼簧結(jié)構(gòu)；牽引裝置采用低位牽引桿；基

20、礎(chǔ)制動裝置采用輪盤制動方式。,機械部分,Page ? 33,空氣制動與風(fēng)源系統(tǒng),交流傳動快速客運電力機車,Page ? 34,空氣制動與風(fēng)源系統(tǒng),空氣制動及風(fēng)源系統(tǒng)主要包括風(fēng)源及干燥系統(tǒng)、制動控制系統(tǒng)（含司機室主要設(shè)備）、基礎(chǔ)制動系統(tǒng)和撒砂系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)中的空氣壓縮機系統(tǒng)。 緊急制動的距離： 在平直道上，時速160km/h時≤ 1600m機車總風(fēng)缸總?cè)莘e：

21、 ≥ 1000 L（1400L）輔助空氣壓縮機組： 每臺機車設(shè)有一臺輔助空氣壓縮機組基礎(chǔ)制動形式： 基礎(chǔ)制動采用輪盤制動方式砂箱容積： 8×100L 機車頂上每端有2個高音風(fēng)笛（其中1個向前，1個向后）和1個低音風(fēng)笛

22、，高音和低音風(fēng)笛可單獨控制，也可同時控制。,Page ? 35,主壓縮機選取打風(fēng)量為2400L/min的主壓縮機。干燥器壓縮空氣進入總風(fēng)缸前，采用雙塔式干燥器對壓縮空氣進行干燥處理，經(jīng)干燥器和微油過濾器處理后壓縮空氣質(zhì)量能夠滿足ISO 8573規(guī)定的固體顆粒2級、油2級、水2級要求。雙管供風(fēng)裝置設(shè)計了雙管供風(fēng)裝置為客運車輛提供風(fēng)源 。,空氣制動與風(fēng)源系統(tǒng),Page ? 36,控制管路控制管路系統(tǒng)為受電弓、主斷、高隔提供壓

23、縮空氣，部件由輔助壓縮機組、控制模塊，升弓閥等組成。輔助壓縮機組由中央控制單元CCU根據(jù)控制管路壓力自動控制啟停，啟動壓力為480kPa，停止壓力為650kPa。輔助管路包括撒砂控制管路、輪噴控制管路、喇叭控制管路，這幾個功能模塊將集成在干燥器模塊中，安裝于機械間側(cè)墻上。其中撒砂控制模塊兼顧了重力式撒砂和壓差式撒砂2種方式。管路設(shè)計一、部件選型 采用符合 GB/T 14976-2002的薄壁不銹鋼鋼管 。采用焊

24、接接頭和符合GB/T 3765-2008（卡套式管接頭技術(shù)條件）的卡套式接頭。 采用橡膠軟管或金屬軟管 。二、車端布管 車端布管為5管方案：1根列車管、2根總風(fēng)管、2根平均管。 車端折角塞門均采用了防扭、防拔脫設(shè)計。,空氣制動與風(fēng)源系統(tǒng),Page ? 37,制動機選型考慮了國內(nèi)制動機（DK-2）、國外制動機（以CCBII為代表）兩種方案。 DK-2制動機和CCBII制動機綜合情況對照如下表：,空氣制動

25、與風(fēng)源系統(tǒng),Page ? 38,其他,交流傳動快速客運電力機車,Page ? 39,其他部分,機車兩端外部正中央安裝不銹鋼制中國鐵路路徽， 機車所有同類型的零部件有互換性； 機車上的螺釘、螺栓及其它緊固件均符合ISO公制系統(tǒng)； 機車安裝有一個衛(wèi)生間及其他生活設(shè)施（微波爐、電熱水壺和冷藏箱）； 機車還包括下述設(shè)備安裝位置和接口： TMIS車號識別設(shè)備。 機車安全信息綜合監(jiān)測裝置（T

26、AX2型）。 LKJ型列車運行監(jiān)控記錄裝置。 LAIS車載設(shè)備（無線車載傳輸設(shè)備） JT-C系列機車信號車載系統(tǒng)設(shè)備。 機車綜合無線通信設(shè)備(CIR) 。,主要特點-主輔一體,2、HXD1D 機車牽引變流器采用主輔集成的一體化設(shè)計，可實現(xiàn)過分相輔機不斷電；,主要特點-三級高壓聯(lián)鎖,3、機車采用三級高壓安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，保證人身安全。,1、三級安全聯(lián)鎖鑰匙箱確認已斷開主斷路器和降下受電

27、弓。安全聯(lián)鎖鑰匙箱手柄打在OFF位。旋轉(zhuǎn)藍色鑰匙并拔出。到受電弓氣缸的氣流中斷且廢氣排到大氣。受電弓升弓閥失電聯(lián)鎖。,,,2、接地開關(guān)將藍色鑰匙開關(guān)插入空鎖芯內(nèi)并旋轉(zhuǎn)90°。旋轉(zhuǎn)并將接地開關(guān)的操作手柄旋轉(zhuǎn)到位。旋轉(zhuǎn)黃色鑰匙；藍色鑰匙和操作手柄鎖死。高壓設(shè)備接地！,,3、低壓柜鑰匙箱拔出黃色鑰匙插入低壓柜上的鑰匙箱，可以取出多片綠鑰匙。,4、主變流柜、車頂門、網(wǎng)側(cè)柜、列車供電柜拔出一片或幾片綠色鑰匙分別插入

28、主變流器柜和車頂門的鎖的空鎖芯。旋轉(zhuǎn)鑰匙，門可以打開。綠色鑰匙鎖死在門鎖上。,當(dāng)機車需要升弓和主斷時，所有綠鑰匙需置于低壓柜的鑰匙箱，黃色鑰匙需要置于接地開關(guān)鑰匙箱，藍色鑰匙需要置于制動柜鑰匙箱，制動柜手柄需置于ON位。,,,4、機車裝載了車載安全防護系統(tǒng)（6A系統(tǒng)），包括機車空氣制動安全監(jiān)測子系統(tǒng)(簡稱ABDR)、機車防火監(jiān)控子系統(tǒng)(簡稱AFDR)、機車車頂設(shè)備絕緣檢測子系統(tǒng)(簡稱AGDR)、機車走行部故障監(jiān)測子系統(tǒng)(簡稱ATDR

29、)、機車自動視頻監(jiān)控及記錄子系統(tǒng)(簡稱AVDR)、列車供電監(jiān)測子系統(tǒng)（簡稱APDR）。,主要特點-車載安全防護系統(tǒng),主要特點-轉(zhuǎn)向架,5、轉(zhuǎn)向架性能（動力學(xué)性能）是衡量機車可靠性與安全性的重要指標(biāo)；對于我國目前的客運機車，均存在速度較高（120km/h左右）時橫向失穩(wěn)難題。本項目研制的彈性架懸式三軸轉(zhuǎn)向架解決了高速機車橫向失穩(wěn)問題，是目前世界上動力學(xué)性能最佳的三軸高速客運機車轉(zhuǎn)向架。其主要技術(shù)特點及優(yōu)勢是：,1）、牽引電機采用成熟先進的

30、彈性架懸結(jié)構(gòu)，使得機車運行時具有良好的動力學(xué)性能；而HX系列機車均采用傳統(tǒng)的抱軸懸掛驅(qū)動方式，簧下質(zhì)量較重，機車快速運行時動力學(xué)性能相對較差。,主要特點-轉(zhuǎn)向架,2）、二系由鋼彈簧、垂向減振器、橫向減振器、抗蛇形減振器、耦合減振器等組成，相比HX機車增加了抗蛇形減振器和耦合減振器，使得機車具有更高端的二系參數(shù)配置，更優(yōu)的動力學(xué)性能（尤其是曲線通過性性能）。,主要特點-轉(zhuǎn)向架,3）、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架設(shè)計，采用比較先進的輕量化設(shè)計方法，減輕轉(zhuǎn)向

31、架簧間質(zhì)量，采用中間橫梁下沉結(jié)構(gòu)，減低構(gòu)架的質(zhì)心高度，使得機車安全性指標(biāo)較之HX機車更高。4）、轉(zhuǎn)向架設(shè)置有監(jiān)控軸箱軸承、傳動軸承、電機軸承的6A轉(zhuǎn)向架安全監(jiān)測系統(tǒng)，在線監(jiān)控軸承的溫度、振動等物理參數(shù)，并提供報警及預(yù)警，確保機車運行安全。綜上所述HX系列機車轉(zhuǎn)向架具有運行速度高，平穩(wěn)性更優(yōu)，安全性指標(biāo)（脫軌系數(shù)、輪重減載率）更好、可靠性更高等優(yōu)勢。,主要特點-轉(zhuǎn)向架,牽引裝置：牽引裝置采用推挽式低位單牽引桿，安裝于構(gòu)架

32、第二橫梁即牽引橫梁和車體間牽引桿兩端裝有厚橡膠層的圓橡膠套筒關(guān)節(jié)，能適應(yīng)轉(zhuǎn)向架和車體間的相對運動，有效傳遞牽引力和制動力。 牽引裝置的強度和剛度考慮了5倍轉(zhuǎn)向架質(zhì)量慣性力的沖擊載荷。,6、制動系統(tǒng)采用公司自行研制的電子控制功能的DK-2制動系統(tǒng)。,主要特點-DK2制動機,DK-2型機車電空制動機是一種具備完善的微機模擬控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、故障智能診斷等信息化功能的機車制動機，能實現(xiàn)列車自動制動與機車單獨制動、以及空電聯(lián)合制動、斷鉤保護

33、、列車充風(fēng)流量檢測、制動重聯(lián)、列車電空制動、列車速度監(jiān)控配合等功能。具備單機自檢、故障診斷與數(shù)據(jù)記錄等智能化功能，具備MVB、CAN等網(wǎng)絡(luò)通訊接口，適應(yīng)現(xiàn)代機車制動機信息化以及網(wǎng)絡(luò)控制的發(fā)展要求。,1)、 空氣防滑裝置空氣防滑裝置采用基于軸控的方式，主要部件包括防滑主機、測速齒輪、防滑速度傳感器、防滑閥。DK-2制動機系統(tǒng)采用鐵科院TFX1L型防滑器。,防滑系統(tǒng)原理圖,主要特點-DK2制動機,,2)、 后備制動純空氣后備制動作為電空