HXD3D机车总体介绍

HXD3D型交流传动

快速客运电力机车中国北车集团大连机车车辆有限公司DalianLocomotive&RollingStockCo.,LtdCNRGroup技术开发部电气二室张律

2008年起，铁道部为缓解春运期间客运压力，在京沪、京广、沪昆三条干线的临客牵引任务中大量运用HXD3机车进行牵引。我国大量普速型直供电车底（主要为25G型车，构造时速120km/h）依靠SS7D、SS7E、SS8、SS9/9G、DF11G等准高速机车牵引。既有直流机车功率小,难以满足在长大坡道快速牵引任务,如兰州至嘉峪关区间采用SS7E双机重联牵引.

项目背景2011年11月铁道部科技司、运输局会同计划司在北京主持召开了“交流传动快速客运电力机车设计任务书”评审。我公司根据任务书进行机车设计和后续工作。

为进一步提高我国铁路运输能力，铁道部决定研发轴功率为1200kW的六轴交流传动快速电力机车，作为客运牵引的主力车型。任务来源2011年4月完成机车方案设计，完成机车牵引性能计算，完成空气动力学性能、空气动力对行车安全和环境影响的研究，开展了高速列车气动外形优化设计。完成车体轻量化的研究、高速机车通风系统的研究、带列车供电绕组的大功率主变压器的研制。2011年7月20日，连车公司组织召开了“160km/h交流传动六轴7200kW客运电力机车”设计评审会。风道截面的静压力云图

施工设计

围绕该机车项目，公司全面开展机车的工艺技术提升工作，结合公司的工艺技术平台，不断提高自主创新能力，突破关键制造技术的难点，提升公司核心竞争力。2011年9月，车体开工下料样机试制2011年11月，首台车体下线进行喷漆。12月3日，进入机车总组装。样机试制2011年11月25日，160km/h交流传动客运电力机车进入总装厂房开始组装，机车于2012年3月落成。样机试制根据HXD3D型交流传动快速客运电力机车型式试验大纲要求，整车试验项目共计41项，全部合格。图

HXD3D机车环线特性试验型式试验2012年,8月6日，铁道部运输局机务部、科技司、铁科院就HXD3D机车线路试验事宜与郑州铁路局协商，确定该项试验须郑州铁路局配合并于8月15日前在郑州铁路局管内线路完成。2012年8月10日—14日，郑州局管内线路完成机车线路型式试验（最高运行速度176km/h）动力学2013.1.9铁道部组织铁科院、哈尔滨铁路局、连车公司、株机公司在哈尔滨召开了交流传动快速客运电力机车低温试验大纲研讨及启动会。

型式试验低温2013.1.11-1.28日机车在哈尔滨进行低温型式试验。低温2012年7月6日，通过铁道部科技司、运输局组织的160kmh交流传动快速客运电力机车试用方案评审。试用方案运用考核HXD3D机车从2011年机车开始研制,2012年进行机车试验,机车在沈大线(沈阳至大连)、京哈线(北京到哈尔滨)以及陇海线和兰新线(兰州到嘉峪关)区间运用，线路情况复杂，连续长大坡道多，供电网压不稳定，环境温度变化剧烈(-34℃～+42℃)，冬季寒冷和冰冻雨雪，风沙大、气候条件恶劣、煤灰尘较多、海拔高度达到2600米等情况。运用考核期间，机车各系统、各部分经受住运用考验，整车运行正常、稳定。2012年7月6日，HXD3D通过铁道部科技司、运输局组织的160kmh交流传动快速客运电力机车试用方案评审。2012年7月，HXD3D型交流传动快速客运电力机车运用考核大纲上报铁道部科技司。根据科技司、运输局554号铁路传真，HXD3D机车已根据部质检中心质监中【2012】35号文所报“HXD3D型交流传动快速客运电力机车运用考核大纲”进行运用考核工作。根据铁科技[2011]206号文《关于明确新型机车车辆产品分类原则及运行考核作业考核里程和时间要求的通知》，HXD3D0001、0002号机车在沈大线（大连-沈阳北）和京哈线（哈尔滨-沈阳-北京）进行为期1年及30万公里运用考核。2012年9月10日起HXD3D0002号机车在沈阳—大连试运行。按照《铁道部科技司运输局关于HXD3D型客运电力机车运用考核工作安排的通知》（科技装电〔2012〕131号）要求，自2012年11月18日HXD3D型0001号、0002号机车在京哈线哈尔滨-北京间实现X105/6次进行运用考核。2012年12月10日，铁道部质检中心组织沈阳铁路局、连车公司在沈阳召开了HXD3D机车运用考核情况会议，会议总结了机车自2012年9月10日以来的运用考核情况，同时细化了后续运用考核工作的详细分工。根据铁道部科技司要求，HXD3D0002号机车于4月开始在兰州至嘉峪关区间牵引T9025、9026次运用考核。2013年4月4日，为落实3月31日兰州铁路局吴局长组织召开的《HXD3D机车运用考核总体安排》会议精神和兰州西机务段阳段长组织召开的《HXD3D机车用用考核相关事宜具体安排》会议要求，连车公司会同兰西机务段在兰州组织召开了《HXD3D0002机车关键技术运用考核技术质量问题交流会》。根据会议要求，将每轴2位报警温度值进行调整，暂时将绝对温度调整为110℃，温升调整为80K。唐智公司于4月6日前完成软件变更并跟踪机车轴温、振动的实际情况，根据数据的实际情况确定最终的报警温度、振动的门限值。由于机车高压布线与HXD3C机车不同，高压电路的分布电容较大，为保证绝缘检测装置相同于HXD3C机车的输出电压、电流的情况下互感器可以安全使用，机车的车顶绝缘检测装置输出电压值由HXD3C的19kV调整为14kV，以保证在运用考核期间，绝缘检测装置的输出电流不大于2.6A（同HXD3C），车顶的绝缘电压不低于7kV。机车的检测试验方法按照前、后弓分别测试的方案进行。系统名称设计说明HXD3HXD3CHXD3BHXD3D牵引系统变流器：采用纵向模块布置方式，考虑兼容性■变压器：采用HXD3C机车结构方式，增加容量■■牵引电机：采用HXD3B机车接口，参数优化内部结构■■辅助滤波柜：借鉴HXD3C■■高压电器：高压柜布置在机械间，借鉴HXD3C等■■控制系统采用HXD3C机车成熟系统，根据客运机车机车运用要求进行优化，■■继承性继承性继承性系统名称设计说明HXD3HXD3CHXD3BHXD3D制动系统风源部分：借用HXD3C成熟产品■■控制部分：采用CCBII系统■■■■基础制动：轮盘制动，铸钢盘■车体承载结构：整体承载，参考HXD3C■■司机室：空气动力学优化设计■底架：参考HXD3C结构，进行优化■■钩缓系统：15号C级钢车钩■后端墙结构：参考HXD3C机车■■继承性系统名称设计说明HXD3HXD3CHXD3BHXD3D走行部驱动、轮轴系统：■构架：参考HXD3B■■一、二系悬挂系统：参考HXD3B，进行参数优化■■电机吊挂：参考HXD3B■■牵引装置：参考HXD3B等■■通风系统牵引电机通风：独立通风,参考HXD3B牵引通风机■■风道结构：顶盖空腔，参考HXD3C等结构■■继承性2.机车主要特点2.1轴式为C0-C0，电传动系统为交直交传动，采用IGBT水冷变流机组，1250kW大转矩异步牵引电动机，具有起动（持续）牵引力大、恒功率速度范围宽、粘着性能好、功率因数高等特点。2.2辅助电气系统采用2组辅助变流器，能分别提供VVVF和CVCF三相辅助电源，对辅助机组进行分类供电。该系统冗余性强，一组辅助变流器故障后可以由另一组辅助变流器对全部辅助机组供电。2.3采用微机网络控制系统，实现了逻辑控制、自诊断功能，而且实现了机车的网络重联功能。2.4总体设计采用高度集成化、模块化的设计思路，电气屏柜和各种辅助机组分功能斜对称布置在中间走廊的两侧；采用了规范化司机室，有利于机车的安全运行。2.5采用带有中梁的、整体承载的框架式车体结构，有利于提高车体的强度和刚度。2.6转向架牵引电机采用二、三轴对置方式；驱动系统采用轮对空心轴驱动、刚性架悬；承载式齿轮箱；牵引装置采用低位推挽牵引杆牵引。2.7采用下悬式安装方式的一体化多绕组（全去耦）变压器，具有高阻抗、重量轻等特点，并采用强迫导向油循环风冷技术。2.8采用顶盖夹层进风，各系统独立通风冷却技术。另外还考虑了司机室的换气和机械间的微正压。2.9采用了集成化气路的空气制动系统，具有空电制动功能。机械制动采用轮盘制动。2.10采用了新型的空气干燥器，有利于压缩空气的干燥，减少制动系统阀件的故障率。

HXD3D机车可以对故障进行自我诊断，确保列车可靠运行。同时，机车还配置了最先进的电子控制制动系统，在进行加、减速动作时缓冲很小，避免了传统旅客列车速度变化时的冲击。和谐3D型电力机车采用再生制动，在下坡和制动时能把多余的动能转化为电能回馈电网。160.avi技术指标技术指标技术指标总体布置集成化、模块化、简约化内饰效果

内饰效果

车体车体采用轻量化整体承载结构和准流线型外形设计，满足纵向2000kN压缩载荷和纵向1500kN拉伸载荷而不发生永久性变形，同时满足客运机车21吨轴重的减重设计要求。,司机室强度分析压缩力2000kN压缩力2000kN主要技术特点司机室外形进行了空气动力学分析和优化，使该车能够在客运专线和既有线路上与其他车交会时具有很好的空气动力学性能。机车头部表面压力分布机车尾部表面压力分布

主要技术特点转向架牵引电机的布置采用二、三轴对置方式，减小了簧间质量的转动惯量，提高机车的横向动力学性能。驱动单元（包括牵引电机、齿轮箱总成和六连杆空心轴等）的悬挂采用半刚性架悬。驱动系统采用轮对空心轴驱动方式，齿轮箱为承载式，轴承采用油润滑，适应160km/h速度等级的要求。低位牵引装置高圆簧结构主要技术特点2.1转向架总体结构构架驱动装置二系悬挂牵引装置基础制动轮对一系悬挂车梯附件轮缘润滑电机悬挂转向架主要特点▲牵引电机的布置采用二、三位对置方式，减小了簧间质量的转动惯量，提高机车的横向动力学性能。▲驱动装置采用轮对空心轴驱动方式，齿轮箱为整体承载式，

取消了空心轴套，简化了结构；小齿轮采用两端轴承支承，

小齿轮与电机轴之间采用柔性薄板联轴器连接，改善齿轮和

电机轴的受力状况。▲齿轮箱轴承采用油润滑，改善了轴承的润滑条件，齿轮箱采用三级动态迷宫密封结构，解决了传统齿轮箱的泄漏和渗漏。▲驱动装置采用半刚性架悬，电机和齿轮箱刚性连接成为一个整体单元，通过非电机端的一个前吊点和电机端的两个后吊点吊挂在构架上，吊挂点采用橡胶关节来衰减高频振动。▲空心轴与连杆盘、从动齿轮齿芯与连杆盘采用十字型端齿连接，受力更加合理，相对向心齿形降低了加工难度，提高了生产效率。转向架主要特点电机悬挂装置半刚性架悬；吊挂点采用橡胶关节衰减高频振动。▲驱动装置采用半刚性架悬，电机和齿轮箱刚性连接成为一个整体单元，通过一个非电机端的前吊点和电机端的两个后吊挂点连接在构架上，吊挂点采用橡胶关节来衰减高频振动。制动系统采用前期国产化的空气制动系统基础制动：轮盘制动控制：微机网络控制增加功能：防滑功能，制动监测功能主要技术特点空气管路与制动系统的控制关系如图：空气管路与制动系统的控制关系空气管路与制动系统的组成如图：空气管路与制动系统的组成空气管路与制动系统的布置空气管路与制动系统的布置如图：制动系统针对客运机车的运用特点进行了适应性设计，增加了平稳操纵、车列电空制动、纯空气后备制动等功能，提高了机车的可用性和列车的舒适性。采用无油活塞式辅助空气压缩机，免维护周期延长至8~10年，进一步提高可靠性。主要技术特点通风冷却系统

通风冷却系统主要作用是对机车上需要进冷却的电气设备实施强迫通风冷却，以使他们的工作温升不超过允许值，保证电气设备正常、可靠的工作。另外，通风系统还有司机室空调、机械间换气、卫生间通风等装置，以给司乘人员提供一个舒适的工作环境。主要包括：牵引通风系统，复合冷却通风系统，机械间通风系统。概述通风冷却系统主要特点：通风系统设计采用高度集成化、模块化的设计思路。根据机车总体对称布置的被冷却装置的要求，采用独立通风冷却技术，具有结构简单、进风面积大、风阻小，各通风支路风量分配均匀、互不干扰等特点。通过安装在顶盖处的过滤器组对冷却空气进行过滤。如牵引电机通风冷却系统采用离心沉降式过滤器+棕纤维过滤器的二级过滤方式对吸入的空气进行过滤。冷却空气过滤效果好，阻力小，电气部件少积灰尘，提高了工作可靠性。概述通风冷却系统主要特点：主变压器油冷却和牵引变流器水冷却使用油、水复合冷却器。采用这种“复合冷却”技术，使机车主要部件减少，缩减了油、水联接管路，减小流阻，提高冷却性能，减轻重量，使得机车总体设计更加合理。通风系统采用性能较好的轴流通风机组。它们所采用的滚动轴承是进口单列深沟球轴承，密封方式为双面非接触橡胶密封，具有较高密封性，防尘性能好，平时勿需加润滑脂，日常维护方便，运用寿命长。概述系统布置1顶盖进气间2顶盖进气间3顶盖进气间过滤器装配A过滤器装配B牵引通风机牵引电机通风道复合冷却器变压器压力平衡装置储油柜油水管路原理图

1简介：

牵引电机通风系统由两台按机车纵向中心线斜对称布置在机车中间走廊两侧的通风机来完成，每一台通风机分别用来冷却三台牵引电动机，室外的空气经过离心沉降式过滤器，棕纤维过滤器，车顶进气间，通风机，通风道并分成三个通风道，分别通过软管和牵引电动机的入口相连接。冷却空气送入牵引电动机冷却电机的电枢和碳刷，以此降低其绝缘材料的温升，并从牵引电动机排向车外。牵引通风系统

2结构简图：通风走向图：车外大气→离心沉降过滤器→棕纤维过滤器→车顶进气间→通风机→风道→连接软管→牵引电动机→大气牵引通风系统1#牵引电机通风道离心沉降过滤器+棕纤维过滤器2#牵引电机通风道通风机3#牵引电机通风道车顶进气间

4风道CFD仿真模拟：

使用Fluent软件对牵引通风系统风道内流场进行CFD数值仿真，使风道三个出风口的出风量、风压均匀，并满足风道出口的风量、风压值要求。

牵引通风系统风道的速度流线图

风道截面的静压力云图

风道进口出风口1出风口2出风口3压差风量kg/s6.7492.0452.552.154静压Pa3158230023002300858

2结构简图：通风走向图：车外大气→离心沉降过滤器→侧墙板式粗滤器→车顶进气间→通风机→水散热器→油散热器→大气复合冷却通风系统储油柜安装离心沉降过滤器+侧墙板式粗滤器复冷风机油循环回路复合冷却器车顶进气间水循环回路布赫继电器电气系统HXD3D型大功率交流传动电力机车是国际上首台6轴7200kW交流传动客运电力机车，起动牵引力达到420kN。与既有直流客运电力机车相比，机车牵引加速性能优越，0-160km/h加速时间缩短近了50%。

596s307s缩短近50%HXD3DSS7E主要技术特点在牵引20辆客车条件下，动力损失1/6时，仍能保证平直道上160km/h剩余加速度不小于0.02m/s2的要求。机车牵引功率满足要求。

1.平直道上160km/h时的剩余加速度能力分析动力情况牵引辆数剩余加速能力（定员，m/s2）剩余加速能力（超员50%m/s2）100%动力180.0540.047200.0430.0375/6动力180.0330.028200.0240.0192.机车牵引18辆或20辆客车、在定员或超员情况下，在18‰、20‰坡道上的起动能力：

表：坡道上的起动能力动力情况牵引辆数定员超员18‰坡道上起动能力（t）20‰坡道上起动能力（t）牵引力使用系数1牵引力使用系数0.9牵引力使用系数1牵引力使用系数0.9100%动力18定员满足满足满足满足超员满足满足满足满足20定员满足满足满足满足超员满足满足满足满足5/6动力18定员满足满足满足满足超员满足满足满足满足20定员满足满足满足1226.0t超员满足满足满足1226.0t在牵引18辆客车条件下，动力损失1/6时，仍能保证18‰坡道上的起动要求。HXD3D交流传动快速客运机车的主、辅回路将6组主牵引回路及2组辅助回路设置为完全独立，确保机车的可靠性、冗余性。并结合客运机车运用特点优化控制软件，提高列车安全性、舒适性。主要技术特点高压接地开关与机车钥匙箱连锁控制，可以实现机车的高压安全互锁。高压接地开关上配有一个蓝色锁芯、一个黄色锁芯和一把黄色钥匙。当升弓气路阀被关闭时，蓝色钥匙（位于空气管路柜内）才能拔出，待其插入到高压接地开关后，高压接地开关才可以打至接地位，此时主断路器主触点QF1的两端及高压隔离开关通过高压接地开关与车体地相连；高压接地开关上的黄色钥匙只有当接地开关打至接地位时才能拔出，插入到机车钥匙箱后，钥匙箱上的其他白色钥匙才能解除连锁，从而确保只有在网侧回路完全接地的情况下才可打开机车的其他电器柜门，实现高压安全互锁。反之亦然，只有当所有柜门关闭上锁，白色钥匙全部插入到机车钥匙箱中，黄色钥匙才可拔出，插入到高压接地开关上，高压接地开关才可打至正常运行位，此时蓝色钥匙才能拔出，插入升弓气路阀后，开启升弓气路，为起机做好准备。

高压连锁1.1网侧电路额定输入电压：1450V/50Hz额定输入电流： 965A额定输入频率： 50Hz中间电压： 2800V额定输出电压： 2150V额定输出电流： 390A最大输出电流： 572A效率 ≥97.5%控制电压： DC110V采用4500V/900A

IGBT元件的水冷牵引变流装置,变流器单元采用完全独立布置主要技术特点3C机车变流器功率模块160机车变流器功率模块HXD3D机车的主变流器控制，采用新PP7EX处理器，在提高性能同时减小控制单元体积。４８３ｍｍＸ２.５

处理能力２.５倍Ｘ６

程序储存容量６倍内部MEMORYSIZE计算速度（PP7比）8kW6kW4kW2kW12kW0

1

2

3提高计算能力PP7PP7EX３７０ｍｍ主要技术特点牵引电机主要技术参数：额定功率1250kW额定电压2150V额定电流390A

额定转矩8940N.m恒功率转速范围1336-2668rpm起动转矩 11380Nm最大起动电流 520A极数 4牵引电机采用单绝缘轴承、薄板式联轴器输出结构形式，此传动方式可有效降低牵引电机轴承所承受的载荷，同时采用绝缘轴承避免轴电流对轴承的电蚀，从而提高轴承的使用寿命。主要技术特点牵引电机通过电磁优化设计，功率重量比高、恒功范围宽。电机安装定子温度传感器，并设置轴承温度传感器接口，对电机定子和轴承温度进行监控，从而提高电机的安全可靠性。

图电机分析网格模型

图

电机纵切面温度分布主要技术特点控制网络系统车载计算机双机热备冗余，实现无间隙切换，在客运模式下对机车加/减载率、空压机控制方式进行优化，保证机车可靠运用。辅计算机主计算机主要技术特点牵引、再生制动控制逻辑控制牵引、辅助变流器控制空电联合制动控制重联控制轴重转移补偿控制轮径自动和手动修正故障诊断与保护功能记录下载转储功能无人警惕控制辅助设备控制空转、滑行保护控制故障信息显示、存储实现对机车的智能化、信息化控制整车性能人机交互辅助控制列车供电控制采用微机网络控制系统，实现了逻辑控制、自诊断功能。微机控制系统

安装车载安全防护系统（6A系统）包括走行部安全监测、防火监控、高压绝缘检测、视频监控、制动安全监控、列车供电监测等安全防护功能的要求，为机车的安全运用提供了保证。主要技术特点变压器在成熟技术基础上进行轻量、小型化设计，降低了部件重量，优化了冷却油道、提升了变压器功率，结构紧凑、合理。车型容量（kVA）重量（t）单位重量容量（kVA/kg）HXD3D机车1016613.10.78HXD3C967713.80.67国内交直流机车728016.80.43国内六轴机车变压器参数对比：单位重量容量0.78kVA/kg变压器采用小型化设计变压器原边绕组额定容量

10166kVA额定电压25kV额定电流406A