HXN3型内燃机车总体设计
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HXN3型内燃机车总体设计
于克俊
(技术开发部)
摘 要
HXw3型内燃机车是我公司和美国EMD公司合作研制开发的大功率交流传动重载货运内燃机车,采用16V265}1型柴油机、先进的交流传动及控制技术、32位微机控制系统,具有先进的网络通讯控制和故障诊断功能,操纵方便,维护便利,持续牵引力大,低油耗,低排放,低辅助功率消耗,运行速度高,安全性高。
关键词: IGBT交流传动大功率柴油机HX N3型内燃机车美国EMD公司
1引言
HXN3型内燃机车是我公司和美国EMD公
司台作研发制造的大功率交流传动内燃机车。该机车主要以美国EMD公司的SD70MAC、
SD80MAC和SD90MAC系列机车为原型,采用了
大功率电喷柴油机、IGBT交流传动及控制技术、32位EM2000微机网络控制技术和CCBII
电控制动等成熟可靠的技术和装备,并进一步进行优化布置及设计。
该车额定功率为4400kW,最大起动牵引力
为620kN,持续牵引力为598kN,恒功率速度
范围23~120 km/h,能够满足干线双机牵引
5000 t,在平直道上行驶120km/h的要求。
2机车总体布置
机车总体布置如图示。
HXw3型机车为双司机室、内走廊、承载式燃油箱、桁架式侧墙的整体式承载结构。机车底架将机车分为上部和下部,下部包括底架结构、2个3轴转向架、蓄电池箱、主风缸和启
动风缸等;机车上部从前向后分为I端司机室、电气室、电阻制动室、清洁空气室、动力室、冷却室及II端司机室,各室布置如下。2.1司机室
两个基本相同的司机室内部装有单司机操纵台、司机控制器、制动控制器、FIRE微机显示屏、ATP显示屏、电台等操纵仪表、仪器及设备,同时室内还布置了改善司机乘条件
的冰箱、微波炉、饮水机、高级座椅和电加热器等生活设施。司机室的外部装有刮雨器、风喇叭和空调杌组等。
2.2电气室
电气室为全密闭结构,内部主要是电器柜和铝制通风道。电器柜采用分体式模块化屏柜设计结构,各屏框通过铆钉连接到相应的车体钢结构上。这些屏柜包括监控设备及EM2000微机屏柜、冷却风扇及空压机控制屏柜、继电器及整流器控制屏柜、电阻屏柜、辅助电源(APC)控制屏柜,接触器和转换开关布置在
风道内侧。相模块总成模块形成电气柜的顶部。滤清后空气通过铝制风道分配到发热电气元件附近,起冷却作用,保证室内压力稍高于外界大气压力,防止过多灰尘杂质进入室内对精密的电气元件造成损坏。
2.3电阻制动室
电阻制动室顶部为一个圆筒形的电阻制动模块,顶部为径向布置的电阻带,下部为轴流冷却风机。电阻制动室下部布置了I转向架牵引电机通风机,该通风机同时电为交流牵引相模块进行冷却。主发电机通风机及空气制动安装架也位于电阻制动风扇下。
2.4 清洁空气室
清洁空气室内主要设备为侧墙上的离心式旋风筒过滤器和TA20主发电机的后端部,主发电机上座有柴油机空气滤清器及一个电机带动的双轴身风机,其中一个风机可作为旋风过滤器的除尘风机,另一个风机为电气室提供正压风源及冷却。
2.5动力室
动力室安装16V265H型柴油机和TA20/CA9型主辆发电机,它们都是通过螺栓刚性连接在底架上。增压器的顶部透过两个烟囱将废气直接排出车外,增压器的底部布置有引水管,可以将通过烟囱进入的雨水引到车下排出。2.6冷却室
绝大部分机车的冷却、机油、燃油系统部件安装在冷却室内。冷却室的顶部为机车散热器组装模块,包括两片高温散热器和两片低温散热器以及管路和支撑结构。其下部为两组风扇电机组,另外还预留了一组风崩电机组的安装位置以满足未来机车达到EPA Tier2排放标准的要求。散热器的下方布置有机油滤清器、机油热交换器、启动机油泵、启动燃油泵和燃油滤清器等。在靠近II端司机室位置布置有两个螺杆式空压机。
3 机车主要技术特性4 机车主要装备及系统配置
4.1柴油机
该机车动力装置是目前世界上最先进的大功率低排放四冲程柴油机,该柴油机采用动力组工作单元、整体铸造式机体、悬挂式全纤维锻造钢曲轴、单根驱动镶嵌式凸轮轴、高压比废气涡轮增压器、电子喷油泵、多孔式喷油器和集成UPS喷射系统等多项先进结构和技术。具有低油耗、低排放、功率大、故障率低和可靠性高等特点。
该柴油机采用铸造机体和焊接构架油底壳,16个气缸按每列各8个气缸排列,两列之间V型夹角为45°,气缸的左右分列是由后端(输出端)看向柴油机来决定的。
柴油机的前端布置有高低温泵、燃油喷射控制装置和齿轮驱动的机油一燃油泵组等;机体的后端铸有支架来支撑两个增压器,一个增压器供应柴油机的一列气缸。柔性的连接盘将柴油机与主发发电机连在一起。
动力组模块是可完全互换的,包括连杆、活塞销、活塞装配、气缸套和气缸盖。每一个动力组装配都自成体系,带有各自的气阀驱动机构和摇臂箱盖。每一个装配都有其独立的进、排气道和出水支管。
4.2 机车车体
HX N3型机车车体为内走廊、侧墙承载的轻量化焊接结构车体。
车体结构主要包括底架、侧墙、隔墙、大盖和顶盖等。为满足机车重量的要求,底架采用鱼膣结构,整个底架近似于等强度设计。鱼腹部分同时也是燃油箱,可装燃油9300L。车体倒墙为整体焊接的桁架结构,侧墙蒙皮为提高车体承载强度设计成瓦楞板结构,活动顶盖拆装方便。车体从前向后被隔墙分为几个独立室,根据室内主要部件的功能分为电气室、电阻制动室、清洁空气室、动力室及冷却室。该车体结构简单可靠,承载能力强。
机车最大高度(mm) 4705 机车最大宽度( mm) 3370 两端车钩中心距(mm) 22250 机车总长(两端面间,mm) 20980 4.3司机室独立模块
HX N3型机车司机室设计是典型的模块化设计,室内布置了仪表显示、电气控制、机车操纵等设备以及司乘人员的生活设施。该司机室为独立的模块化结构,通过橡胶支撑、弹簧和减震器形成阻尼结构,使其与车体钢结构完全隔离。这种布置隔离了来自于线路和柴油机两方面产生的噪声和振动,为司机提供了一个舒适的工作环境,并且非常有利于批量化生产及模块化组装。
4 4机车电气系统 机车电气系统技术平台分为主传动系统、辅助传动系统和微机控制系统等三大部分。4.4.1机车电气主传动系统
机车主传动系统主要由主发电机、牵引整流单元、牵引逆变器、牵引电机和电阻制动装置等组成。主发电机发出的三相交流电通过集成在主发电机端部的牵gl整流单元转变为高压直流电,高压直流电通过牵引逆变器逆变并输出给牵引电动机。机车的交流驱动采用架控方式。主发电机的电抠为双绕组,两套绕组分别经两组单独的牵引整流模块为前后转向架的牵引逆变嚣供电。牵引逆变器由六个相模块组成,安装在电器室顶部,由前牵引通风机提供空气冷却。牵引逆变器的两块控制板在车载微机EM2000的机箱内,通过接口模块进行光电转换来控制安装在相模块附近的驱动板。机车配置一个电阻制动模块,由一组冷却风扇进行冷却,采取顶置式布置。电阻制动模块可完成3700kW的自负荷试验。
4.4.2机车电气辅助传动系统平台
HXN3型机车采用交流辅助传动系统,由与主发电机同轴的辅助发电机供电。辅助发电机电枢有两套三相交流电抠绕组,其中一套为控制电源和蓄电池充电绕组,另一套绕组由中间抽头分成两组独立的电压输出,一组为辅助设备供电绕组,另一组为励磁供电绕组。
控制电源和蓄电池充电绕组输出72~220VAC、27~83.3Hz的三相交流电,经辅助电源变换器APC整流变压输出74VDC控制电,为控制系统、蓄电池充电、照明、启动燃油泵、电暖器、司机室风扇和空调逆变器等供电。所有的主要用电设备均由微机控制,以便匹配各种情况下的用电负荷。
辅助设备供电绕组输出136~420VAC、27~83.3Hz的三相交流电,直接驱动前后牵引通风机电机、一个主发避风机电机、两个冷却风扇变极电机(Tier2机车改为经逆变器供电的三个电机)、经逆变器供电的两个空压机电