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1HXD1型电力机车总体介绍22004底2005年初，中国铁路为提高大秦运煤专线的运能，同时也为促进铁路装备技术的现代化，分别同株洲电力机车有限公司－西门子联合体，大同电力机车有限公司－阿尔斯通联合体各签订了180台(360节)采用欧洲技术的8轴大功率交流传动电力机车HXD1型电力机车株洲电力机车有限公司－西门子联合体的HXD1项目，分为两个阶段，第一阶段48台机车为散件国内组装阶段；第二阶段的132台机车为国产化阶段。项目中西门子为技术支持方，所有180台机车均在中国南方机车车辆集团株洲电力机车有限公司进行生产制造。HXD1机车是在西门子的“欧洲短跑手”机车平台上，结合其DJ1在中国大秦线上的运用经验而研制的一款适用于中国干线铁路重载货运的新型机车，其在设计中尤其考虑到了大秦运煤专线的特殊环境。简介31.主要技术要求及性能2.总体布置3.电气部分4.机械部分5.空气制动系统6.通风系统7.机车通讯系统HXD1机车总体介绍4工作环境－－海拔不超过2500m－－环境温度（遮荫处）-40℃～+40℃－－最大相对湿度（该月月平均最低温度不低于25℃）95％－－风、雨、雪和较大的煤尘，偶有砂尘暴HXD1机车-主要技术性能参数5≥0.85机车在额定网压下，在牵引工况下发挥持续额定功率时，机车总效率AC25kV,50Hz电压制式=0.97（网压低于27.5kV）当机车功率大于10%额定功率时，功率因数(λ)5-75km/h最大电制动力速度范围461kN最大电制动力1435mm轨距GB146.1-83车辆限界75-120km/h电制动恒功率速度范围9600kW电制动功率120km/h最大速度70km/h（23t轴重）65km/h（25t轴重）额定速度494kN（23t轴重）/532kN(25t轴重)持续牵引力760kN（25t轴重）最大起动牵引力9600kW额定牵引功率2x92-1+3%t,加压车铁后最大达到2x100-3+1%t一节车整备重量2（BoBo）轴式HXD1机车-主要技术性能参数60100200300400500600700800020406080100120140Speed[km/h]Tractiveeffort[kN]23taxleload25taxleload9600kWregenerativebrakingcontinuoustractiveeffortHXD1机车-牵引/制动特性曲线7%功率发挥网压HXD1机车-功率发挥曲线•网压17.5～31kV8HXD1机车-总体布置1.车顶布置2.机械间3.司机室9HXD1机车-车顶布置10HXD1机车-车顶布置介绍车顶有4块可拆卸的活动顶盖，机车车顶高压电器集中安装在靠近后端的一块活动顶盖和后端墙上固定顶盖上，这些设备为受电弓、主断路器、高压接地开关、高压电压互感器、避雷器、高压隔离开关、高压穿墙套管、高压连接器、及车顶支撑绝缘子。而通讯用的天线设备分别安装在司机室顶和其它几块活动顶盖上。11HXD1机车-机械间设备布置图12HXD1机车-机械间设备布置－A节车13HXD1机车-机械间设备布置－B节车14HXD1机车-机械间及车底布置介绍•机械间内设备从左上起顺时针方向依次是1位牵引电机通风机、压车铁、充电机、低压电器柜、卫生间（A节）、衣帽柜、信号柜、辅助变压器柜及通风机、压车铁、3位牵引电机通风机、主压缩机、空气制动柜、总风缸、2位牵引电机通风机、压车铁、牵引变流器、冷却塔及通风机、压车铁、4位牵引电机通风机、床存放装置（B节）、工具柜（B节其上装有微波炉和冰箱）、复轨器、接地棒等。•机械间内布管和布线采用预布式中央管排和中央线槽方式，中央管排和线槽安装在中央走道下，美观且便于生产和维护。驱动系统的动力线则安装在走道两边的设备安装架内，使动力电缆与控制及信号线有机的分离，以保证电系统的可靠性；•主变压器采用卧式悬挂和机车蓄电池柜一起吊装在机车两转向架之间的底架下；15HXD1机车-机械间及车底布置照片16HXD1机车-司机室布置17HXD1机车-司机室布置介绍•司机室的设备布置符合规范化司机室的要求、同时适应于单司机操纵。•两端司机室采用相同布置。•在司机室的左右两侧布置符合UIC标准的司机座椅，右侧为主司机驾驶位。•司机室内布置有调节室内气候条件的空调，空调安装在司机右手侧的台面下，空调的控制面板安装在司机右手侧下的柜门上。•司机室后侧设有两个司机室后墙柜，两套CCU装置及常用保护开关、转换开关和按钮安装在司机侧后墙柜内，副司机侧后墙柜内布置有电热炉等生活设施。•每个司机室侧面设有两个带联动锁的入口门，以及上下启闭的活动侧窗，在前窗还布置有遮阳帘。司机室后墙处设有通往机械室的门。•司机室还配备了供另一个司机休息所用的床，它可以固定在非操作端司机室内。这为司机提供了一个安静、舒适的休息场所。18HXD1机车-司机操纵台19HXD1机车-司机操纵台效果图20HXD1机车-司机操纵台布置介绍司机操纵台仪表分布•所有操控设备均设置在主司机侧、主要的仪表和显示屏也布置在主司机侧。台面从左至右，仪表盘分布为：制动显示屏、监控显示屏、速度表、力矩表、机车微机显示屏、通讯显示屏和压力表等。显示屏自带加热装置，可以在-40℃时加热启动。•在台面司机的正下方布置有司机脚踏，脚踏板的高度可以调节，满足不同身高司机的要求。在主司机侧和副司机侧的柜门上布置有烟灰盒和茶杯托架。主要操作部件•司机台的中央有一个主控制器，上方是一排扳键开关。双节机车的牵引与电制动由这个以位置定级位的司机控制器控制。除了一个能激活司机操作的钥匙开关和一个有“向前”“空档”“向后”三个位置的方向手柄外，主控制器上还有牵引/制动控制手柄和速度调节手柄。•司机操纵台中央的一排扳键开关用于受电弓、主断路器、主压缩机、前窗玻璃加热器和司机室内外的照明等的控制。•司机台的左手边布置有制动系统控制手柄和后备制动阀。21HXD1机车-电气系统1.主传动系统及主要部件2.辅助系统3.控制系统22HXD1机车-主传动系统电路结构23HXD1机车-主传动系统主要部件受电弓带接地开关的真空主断路器高压隔离开关避雷器高压连接器主变压器原边电压互感器原边电流互感器牵引电机车顶穿墙套管主变流器24HXD1机车-主传动系统简介•网侧电路由一台受电弓、一台带高压接地装置的主断路器、一台避雷器、一台高压电压传感器、一台高压电流传感器、一台高压隔离开关及回流装置组成。同台机车的两节机车的主电路通过车顶连接器在网侧相连，这使的同台机车仅使用一个受电弓便可实现整台机车的供电。•每节机车有一套完整的电传动系统，该系统由一台拥有1个原边绕组、4个牵引绕组和两个2次谐振电抗器的主变压器通过2个四象限斩波器(4QC)向两个独立的中间电压直流环节供电。每台转向架上的2个三相感应电动机作为一组负载，由连接在两个中间直流环节中的一个脉宽调制逆变器供电。•因为两路中间直流环节相互独立，所以整台牵引力有75%的冗余，从而提高机车的可利用率。•中间直流电路环节还连接有谐波吸收电路，过压保护电路、接地检测电路。•机车采用再生制动，再生制动时机车能量反馈回电网，达到节能的效果。•四象限斩波器和脉宽调制逆变器采用水冷IGBT模块，模块等级为3.3kV。25HXD1机车-辅助系统结构图26HXD1机车-辅助系统简介•辅助系统的电源为集成在牵引逆变器中的PWM辅助逆变器；•辅助系统提供电压等级为：三相交流3AC440V60Hz三相交流3AC80V～440V/10~60Hz三相交流3AC230V60Hz单相交流1AC230V60Hz•三相交流辅助供电采用冗余设计，当一个辅助逆变器模块出现故障，另一个将承担所有负载。此时所有辅助设备都以恒频恒压方式工作。负载的重新配置重组将自动进行，并通过显示器通知司机。27HXD1机车-基于TCN网络和SIBAS的控制系统结构图28HXD1机车-控制系统简介•CCU中央控制单元＝管理机车控制系统。车辆控制系统中更高级的控制与监控功能由直接执行•TCU牵引控制单元负责电力牵引设备的开环－闭环控制，同时集成了对PWM辅助逆变器的控制。•I/O离散式输入输出系统减少了车辆配线的数量，从而提高了机车控制与诊断系统的性能。对于不直接与MVB连接的设备和部件，它们发出的信号可以被离散地检测和控制。•MMI列车司机的人机界面由一个显示器组成。该显示器是SIBAS控制与铁道车辆诊断设备的人机界面。为司机提供功能检测信息或机车故障信息，并提供可能的解决措施。29HXD1机车-控制系统功能简介•具有恒力矩、恒速和定速控制功能•机车重联控制•主断路器自动闭合功能，现两节机车控制系统互相转换功能•空转、滑行保护,粘着利用控制；轴重转移补偿控制•牵引电机在牵引和制动条件下的最大电流限制控制•机车运行参数显示和记忆功能•机车故障检测、故障诊断、故障处理提示的显示和记忆功能；微机转储功能•自动过电分相30HXD1机车-机械系统1.车体2.转向架31HXD1机车-车体32HXD1机车-车体•HXD1车体由两节重联车体组成，单节车体为单端司机室的框架结构，主要由底架、司机室、左右侧墙、司机室隔墙、车体后端墙、车体顶盖、顶盖连接横梁、车内焊接件、牵引缓冲装置及车体附属部件组成；•车体内机械室设有中央直通式走廊，每个司机室侧面设有两个带重联锁的入口门，以及上下启闭的活动侧窗。司机室后墙处设有通往机械室的门。两节机车连接处还设有带自动闭门器的门；•车体牵引缓冲装置•主要由车钩、缓冲器、变形吸能单元、钩提杆及车钩摆杆组成，考虑车钩的连接及互换性，车钩采用13A型E级钢下作用自复位车钩，缓冲器采用大容量弹性胶泥缓冲器，其基本参数如下：车钩型号13AE级钢下作用式车钩（牵引能力≥2800kN）缓冲器型号QKX-100（缓冲器容量≥100kJ；阻抗力≤2500kN）33HXD1机车-转向架34HXD1机车-转向架•轴距2800mm•轮径（新轮）1250mm•电机悬挂采用抱轴方式•采用低牵引杆技术，确保车体转向架传动；•一系和二系簧采用钢制卷簧；•每节机车有4个基础制动装置，其中两个有停车制动机•装有轮缘润滑装置•4轴上装有撒砂装置(每个运行方向2轴)；35HXD1机车-通风系统1.独立通风系统2.设备冷却系统36HXD1机车-独立通风系统37HXD1机车-独立通风系统简介HXD1机车通风系统为独立式通风系统，机车运行时机械间保持微正压工况，整车的通风可分为4个相互独立，互不影响的部分：•牵引电机通风系统每个牵引电动机有专门的通风机进行强迫通风冷却，冷风由侧墙上部斜面进风口吸入。经过风道后进入牵引电动机，然后排向大气。进风口装有空气进口过滤器，能分离灰尘、雨、雪，以防止灰尘等进入牵引电机内。•变压器、变流器冷却用油水冷却塔通风系统；冷却塔通过各自的回路分别与主变流器和变压器连接，主变流回路中，使用水/防冻剂的混合物作为传热介质。变压器回路中，传热介质为矿物油。整体的散热器由两个隔开的流体回路组成，一个空气隔离区贯穿整个散热器，这样可防止泄漏时两种冷却剂的接触。主变压器的热量通过油循环回路进入冷却塔散热器下层，主变流器的热量通过水循环回路进入冷却塔散热器上层。在冷却风机的作用下，冷却空气通过车顶进口处的进风栅格进入，从冷却系统的顶部流向底部，外界空气进入冷却塔后，先吸收水回路的热量，再吸收油回路的热量，然后排向车底大气从而达到冷却变流器和主变压器的目的。38HXD1机车-独立通风系统简介•辅助变压器柜及车内通风系统辅助变压器柜内的风机将室外空气从侧墙上部进风口处的百页窗经风道吸入，进入辅助变压器柜后，先冷却辅助变压器。随后进入旋风除尘器过滤，绝大部分清洁空气从通风口送入机械室，用于冷却机械室，小部分空气带着灰尘经过地板处的排灰口排到车外。送入车内的空气，吸收车内设备的热量后，大部分从侧墙斜面上的排风过滤器处排出到车外大气，少部分在空气压缩机开启时被吸入到空气制动系统内和通过压缩机的散热器排风直接排向车底。•司机室空调通风系统司机室的空调作为一个小型的紧凑装置被安装在操纵台的下方。空调系统具有