模块一
HX D3机车总体认知
任务1.1HXD3型电力机车参数与特性认知
一、概述
以在中国国内的主干线上进行大型货运为目的，设计并制造了HXD3型交流大功率电力机车。此机车采用PWM矢量控制技术等最新技术的同时，尽量考虑对环境保护，减少维修工作量。另外，考虑能够在中国全境范围内运行为前提，在满足环境温度在-40℃～+40℃，海拔高度在2500m以下的条件的同时，最大考虑到4组机车重联控制运行。
二、机车主要特点
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.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。
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。
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。
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。
6.转向架采用滚动抱轴承半悬挂结构，二系采用高圆螺旋弹簧；采用整体轴箱、推挽式低位牵引杆等技术。
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。
8.采用独立通风冷却技术。牵引电机采用由顶盖百叶窗进风的独立通风冷却方式；主变流器水冷和主变压器油冷采用水、油复合式铝板冷却器，由车顶直接进风冷却；辅助变流器也采用车外进风冷却的方式；另外还考虑了司机室的换气和机械间的微正压。
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。
10.采用了新型的模式空气干燥器，有利于压缩空气的干燥，减少制动系统阀件的故障率。
三、机车主要技术参数
1.工作电源
电流制单相交流50Hz
额定电压25kV
在22.5kV～31kV之间时，机车能发挥额定功率，在22.5kV～17.5kV和17.5kV～17.2kV范围内机车功率按不同斜率线性下降，在17.2kV时功率为零；在31kV～31.3kV范围内机车功率线性下降至零，如下图示。
2牵引性能参数
电传动方式交－直－交传动
持续功率7200kW
机车速度
持续制速度70km/h（23t轴重）
65km/h（25t轴重）
最高速度120km/h
起动牵引力520kN（23t轴重）
570kN（25t轴重）
持续牵引力（半磨耗轮）370kN（23t轴重）
400kN（25t轴重）
恒功率速度范围65km/h～120km/h（25t轴重）
70km/h～120km/h（23t轴重）
3动力制动性能参数
电制动方式再生制动
电制动功率7200kW（70km/h～120km/h）（23t轴重）
（25t轴重）
7200kW（65km/h～120km/h）
最大电制动力370kN（15km/h～70km/h）
（23t轴重）
（25t轴重）
400kN（15km/h～65km/h）
4主要结构尺寸
轨距1435mm
轴式C0-C0
机车总重138t（23t轴重）
150t（25t轴重）
轴重23+2t
机车前、后车钩中心距20846mm
车体底架长度19630mm
车体宽度3100mm
车体高度4100mm（新轮）
机车全轴距14700mm
转向架固定轴距2250+2000mm
车轮直径1250mm（新轮）
1200mm（半磨耗）
1150mm（全磨耗）
受电弓落下时，滑板顶面距轨面高度4775±30mm
受电弓滑板距轨面的工作范围5200～6500mm
车钩中心线距轨面高度（新轮）880±10mm
排障器距轨面高度110±10mm
5功率因数
当机车发挥10%及以上额定功率时）≥0.98
6等效干扰电流（JP）
额定功率时，机车在持续制牵引工况下，在距牵引变电所10km处测量≤2.5A
7额定网压下，在牵引工况发挥持续功率时的机车总效率≥0.85
8机车采用微机控制
?预备的顺序逻辑综合控制
?机车牵引力和制动力控制
?机车空电联合制动控制机车主、辅电路过流、过压、欠压、接地等保护控制机车空转/滑行保护控制
?机车重联控制机车轴重转移补偿控制机车定速控制
其它功能
?停车状态下，微机控制系统自诊断功能
?行驶过程中对被控对象进行实时在线监测诊断功能
?故障信息的记录、保存和显示功能故障记录的转储功能
9机车动力学性能
机车应能以5km/h速度安全通过半径为125m的曲线，并应能在半径250m的曲线上进行正常摘挂作业。
机车动力学其它性能、参数应符合TB/T2360-1993的有关要求。
3.10机车单机以120km/h速度于平直道上施行紧急空气制动时，最大制动距离
≤800m（23t轴重）
≤900m（25t轴重）
图1大功率交流传动电力机车牵引特性控制曲线（23t轴重）
图2大功率交流传动电力机车制动特性控制曲线（23t轴重）
任务1.2HXD3型电力机车设备布置认知
一、设备配置
HXD3型电力机车为6轴货运机车，HXD3型电力机车的外形图如图1-1所示，机车设备配置图如图4（a）-（c）所示，明细表如表1-1所示。
在机车的两端各设有一个司机室，两个司机室的中间是机械室。在机械室内设有600mm 宽的中央通道，在通道左右两侧设有主变换装置、鼓风机、电动空气压缩机等机器。在车体下设有2台3轴的转向架及主变压器，在顶盖上设有特高机器。车内设备布置以平面斜对称布置为主，设备成套安装，有利于机车的重量分配和机车的制造、检修和部件的互换。
图3HX D3型电力机车外形图
机车设备布置具有以下特点：
(1)机车两端设有司机室，机械间采用中央走廊，设备布置在通道两侧，设备屏柜化、成套化，便于设备的安装和维护、检修。
(2)在机械间内，辅助设备按功能在两端分布布置；工端主要布置电气设备，Ⅱ端主要
图3-1机车主要设备布置图
1—前照灯；2—牵引电机通风机组；3—受电弓；4—主断路器；5—高压电压互感器；6—高压隔离开关；7—标志灯；8—操纵台；9—司机
室座椅；10—滤波柜；¨—蓄电池充电器；12—复合冷却器通风机组
13—复合冷却器；14—主变压器；15—变流器；16—牵引电机；17—空
气压缩机；18—空气干燥器；19—总风缸；20—卫生间；21—综合通信柜；22—微机及监控柜；23—控制电器柜
布置空气管路设备，有利于缩短机车电气导线连接和空气管路连接，减少系统故障率，提高了系统的可靠性。
(3)机车电气传动的主要部件1台主变压器和2台牵引变流装置安装在机车的中心
部位。质量较大的主变压器用下悬式安装在车体下中心部位，牵引变流装置安装在机械
室中央走廊的两侧。
(4)机车设置有同时对主变压器和牵引变流装置进行冷却的复合冷却器，冷却器上部设置轴流通风机进行独立通风冷却，2台复合冷却器靠近牵引变流器和主变压器安装，尽量缩短连接配管。
(5)机车以牵引变流装置和复合冷却器为整体单元布置在机车中心部位，有利于机车的重量分配。
(6)机车设置单独的轴流通风机对牵引电机进行冷却，冷却风道进风口设置在顶盖上，通风机安装在机车机械室地板支架上。
(7)牵引通风道内设有惯性滤尘器进行二次除尘，保证电机冷却空气的清洁度。
(8)机车顶盖设有换气口，有利于机车夏季的换气和冬季的保温。
机车主要设备布置如图3-1所示。
图4机车设备布置（ａ）
图4机车设备布置（ｂ）
图4机车设备布置（ｃ）
表1-1机车设备配置明细表
序号名称型式数
量
记事DEVICE符
号
额定值
1PANTOGRAPH DSA2002"AP1,2"25kV-1000A 2PANTOGRAPH电磁阀WMV-1/2ZG2"YV41,42"
3滑动板异常检出装置ZD2"PDU1,2"
4PANTOGRAPH支撑绝缘子FZS-30/8-4006
5导体支撑绝缘子FZM-30/4-4004
6空气绝缘管4
7PANTOGRAPH断路器BT25.042"QS1,2"
8计量器用变压器(GSEFB25F Gr.0)1TV125000V/100V
9真空断路器BVAC N99.215
00V101QF1
10接地SWITCH BTE25.040L1A1B021QS10 11
12SECTION检出装置GFX-31EV33 13SECTION检出用地面检测装置4T1～T4 14
15避雷针RVLQB-38.5LY1F1
16特高CABLE1
17一次变流器1TA1400A/5A
18主变压器FPWR-50Hz-9006kV-N1TM19006kVA/8400k
VA/606kVA
19一次变流器MCT15-501TA215VA400/5A 20
21配线用连接器YH6A-G1002"XSM1,2"(600V-167A) 22
23主变换装置2"UM1,2"
24主电动机连接箱YH3D/FB6
25主电动机6M1～6
26PG SENSOR6BV41～46
27配线用连接器GTC6L/0L6
28接地装置JTGJ-0036EB1～6150A
29
30AC FILTER装置1LC
31
32配线用连接器YH6A-G1001XSA1(600V-167A)
33配线用连接器GTC0L-32-M9PC-01G-F
-J 1XSC3150V-50A
34
35主电动机送风机SL22-476MA11～16 2.35m3/S-2800
Pa
36复合冷却器送风机2"MA17,18"6.5m3/S-1650P
a
37
38复合冷却器2
39
40电动空气压缩机2"MA19,20"25kW48A
41
42司机室COOLER2"EV11,12"4000kcal/h
43分电箱2"EV13,14"
44正面窗2"EH11,12"220V/500W
45热水器JT-4B-D/L2"EH31,32"220V-1.6kW(热
水)0.7kW(波46
47TCMS1AE41
48
49辅助负荷用变压器1AT1380V/220V
50
51MMBM风速检出继电器TJY5A-0.3/1106KP41～46294Pa
52MMBM风速检出继电器TJY5A-0.3/1102"KP47,48"294Pa
53
54调压器1KP51-1750-900kPa
55调压器1KP51-2825-900kPa
56气压SWITCH1KP60350-470kPa
57
58SWITCH1PS-MREP 2.5-3.5bar
59
60JUMPER连接器（两栓）2
序号名称
型号数
量
记事
装置符号额定值
61JUMPER连接器4“CZ1，2，3，4”
62栓箱2
63
64配线用断路器5SU3767-0KW10（1）（Q2）220Vac-2P-10A 65配线用断路器5SX2310-7CC（1）（Q1）380Vac-3P-10A 66配线用断路器5SX5201-7（1）（Q3）110Vdc-2P-1A
67
68充电装置1UC
69蓄电池DM17049GB41DC11V-170Ah 70
71机械室灯KTD028EL45~52DC110V-2×72手提灯OUTLET5UB0106-1CC222“XL12”
73标识灯PZ110-254EL55~5825W-110V
74前灯（副）JFF110-2004EL59~62200W-110V
75前灯（主）JTD297-12EL63，64DC110V-350W 76地板下点检灯NW-12J-II4EL67~70DC110V-60W 77地板下点检用C4-62“XSC1，2”6A
78
79保温加热器（主2“（MA19，20）”500W×2/台80保温加热器（除“Dryer1,2”40W/台
81
82小空气压缩机LP1151MD53860W/8bar
83气压SW1KP57
84气压SW2KP58
85
86撒沙电磁阀WMV-ZEST2“YV240，241
87沙干燥用电磁阀WMV-ZEST1YV96
88沙管加热器8EH33A-H110V-30W
89沙管加热器8EH35A-H110V-100W
90
91停车制动电阀阀1YV5050-100Pa
92气压开关1KP59
93
94汽笛电磁阀2“YV81，82”
95汽笛电磁阀2“YV83，84”
96
97除湿装置LTZ3.2H2“Dryer1,2”电磁阀14W 98
99制动单元1
100防空转防滑行用6Bv51-56
101防滑行电磁阀6YV101-106
102踏板年清扫电磁1YV95
103气压开关1KP6150-100kPa 104
105ATP装置LKJ20001PS1
106
107充电器JY·J4L91~94
108充电器用配线用J·HJ-44
109信号控制装置JT1Z-A1PS2
110接续箱JHJY1-K251PS7
111
112压力传感器TQG14E11SP110Bar
113压力传感器TQG14E21SP110Bar
114压力传感器TQG14E31SP110Bar
115
116速度表发电机切CS·JH-S91EV31
117速度发电机DF16s4conf2“BV47，48”
118速发用配线用连CS·JH-92
121列号地面检测装XCTF-2or1
122
123综合通信装置LCIR1
124
125TOILET1AC220V-4kW
126
127中继端子台
128中继CONNECETOR
二、司机室设备布置
1.司机室整体布置
机车司机室如图5所示。在司机室内设有操纵台、八灯显示器、司机座椅、端子柜、热水器、紧急放风阀、灭火器等设备。司机室顶部设有空调装置(冷热)、风扇、头灯、司机室照明等设备。司机室前窗采用电加热玻璃，窗外设有电动刮雨器，窗内设有电动遮阳帘；侧窗外设有机车后视镜。在操纵台上设有TCMS显示器、ATP显示器、压力组合模块、司机控制器、制动控制器、扳键开关组、制动装置显示器、冰箱、暖风机、脚炉和膝炉
图5机车司机室
1—壁炉；2—八灯显示器；3—脚炉；4—主台膝炉；5—副台脚炉；6—刮雨器水箱；
7—遮阳帘；8—操纵台；9—刮雨器；10—后视镜；11—司机室座椅
图5-1机车司机室
司机室内设有操纵台、八灯显示器、司机座椅、端子柜、饮水机、紧急放风阀、灭火器、暖风机等设备。司机室顶部设有空调装置(冷热)、风扇、头灯、司机室照明等设备。司机室前窗采用电加热玻璃，窗外设有电动刮雨器，窗内设有电动遮阳帘，侧窗外设有机车后视镜。司机室设备布置见图3．3。
在司机室后墙上设置有司机生活必要设备，这些设备在机车的运行中一般不参与机
车的运行控制，只是更好地为司机提供服务。在后墙上设置有饮水机、暖风机、空调控制箱、灭火器等，此外，后墙上装有一个紧急制动阀。
2.操纵台
操纵台是机车人机交换设备，司机通过操纵台上各装置发出控制机车指令，完成机车牵引、制动等各项工作，通过操纵台上各个仪表、显示器等观测机车运用状态。操纵台设备布置如图3．5所示，在操纵台上设有TCMS显示器、ATP显示器、压力组合模块、司机控制器、制动控制器、冰箱设备。
图5-2压力仪表、语音箱组合模块
图5-3复位按钮
图5-4司机控制器
图5-5电空制动控制器
图5-6万能转换开关
三、机械室设备布置
机械室设备配置如图6所示。
1.端设备室紧邻1端司机室，内部布置有主电动机通风机、更衣箱、卫生间、蓄电池充电装置、蓄电池柜、滤波装置、微机及监控柜（TCMS&ATP柜）、控制电器柜、综合通信柜。
2.端机械室紧邻2端司机室，内部布置有主电动机通风机、空压机、主风缸、辅助风缸、干燥器、制动屏柜。
在I端设备室和II端设备室之间设有中央机械室内，室内布置有主变流装置、复合冷却器及复合冷却器通风机组。
图6机械室设备配置
3.车顶设备
车顶设备配置如图7所示。顶盖由3个顶盖组成，1端顶盖、2端顶盖配置有受电弓，中央顶盖上配置有高压隔离开关、高压电压互感器、真空断路器、避雷器、接地开关等高压电器。
在中央顶盖上设有检修升降口，由此上车顶进行检修和维修作业。(为确保安全，天窗设置钥匙联锁装置。)
图7车顶设备布置
4.车下设备
车下设备如图1-6所示。悬挂在机车中部的主变压器，以变压器为中心对称布置的2台转向架。在转向架上配置有主电机等设备。另外还配置了动车插座、辅助／控制电路外接电源插座、行灯插座、机车电子标签、速度传感器和轴温传感器等设备。
图8车下设备布置
四、机车设计理念