HXD1型电力机车、HXN3型内燃机车总体设计毕业论文.doc
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1、兰州交通大学毕 业 论 文HXD1型电力机车、HXN3型内燃机车总体设计傅文强专 业: 机车车辆 主考学院: 兰州交通大学 指导教师姓名职称: 王润国 副教授 2014年 5月20日机车车辆专业本科论文XX专业 HXD1型电力机车、HXN3型内燃机车总体设计The overalldesign of HXD1type electric locomotive,HXN3type diesel locomotive傅文强Fu wen qiang兰州交通大学毕业论文摘 要和谐型大功率交流传动机车既是我国铁路客货运干线上的主要运力车型,也是我国铁路重载的主力车型,因此,对其性能和运营状况进行分析研究就显得
2、尤其重要了。本文重点针对HXD1型电力机车,HXN3型内燃机车由于资料缺乏从而做简单分析,主要对其结构参数、特点、转向架、风源系统应用和车体结构等方面进行了阐述,另外还对其操作、检查和整备等方面进行了较详细的介绍。关键词:HXD1电力、HXN3内燃机车、车体结构、设备布置、HXD1机车操纵论文类型:应用研究AbstractBothof type HX high-power A.C.drive locomotiveof Chinasrailway passenger and freighttransportvehicleis one of the mainline,is also Chinasr
3、ailway and main models,therefore,its performance andoperationstatus analysis study appears especially important.This paperfocuses ontype HXD1electric locomotive HXN3 dieselvehicles,due to the lack of dataandsimpleanalys is,mainlyon the structural parameters,features,bogie,air supply system applicati
4、onand car body structureare described,in additionto its operation,inspection andservicingof other aspects of thedetailed introduction.Keywords: HXD1electric power,HXN3 diesel locomotive,carbody structure,equipment arrangement,HXD1locomotive controlType of thesis:Application Research目 录摘 要IAbstractII
5、I目 录III引 言1第一章HXD1型电力机车概述3第一节HXD1型电力机车先进性设计3 第二节 HXD1型电力机车重载运输适应性设计 4第二章机车总体5第一节 技术参数5第二节机车性能7第三章车体及牵引缓冲装置9第一节概述9第二节底 架10第三节司机室11第四节 车体设备布置及通风、冷却系统12第五节牵引缓冲装置16第四章机车电气系统18第一节牵引电传动系统18第二节辅助电气系统19第三节微机网络控制系统20第四节空气制动系统21第五章转向架22第一节概 述22第二节技术参数22第三节转向架力的传递24第四节牵引悬挂装置24第五节驱动装置、轮对轴箱及其他装置26第六章机车操纵28第一节机车整
6、备28第二节机车操纵29第七章HXN3型内燃机车总体设计30第一节概述30第二节机车总体布置30第三节机车主要技术特性、装备及系统配置33结 论40致 谢41参考文献42引 言自2006年以来和谐型大功率交流传动机车诞生及批量投入运用,标志着我国铁路机车行业成功实现了由直流传动向交流传动的转化,机车技术平台达到世界先进水平,机车装备现代化和机车装备制造业现代化发展迈入了新的历史阶段。和谐型大功率交流传动机车具有牵引性能优越、功率大、粘着利用率高、启动加速性能好、可靠性高、节能减排好等特点,代表了世界先进铁路机车技术发展方向。以和谐型系列大功率交流传动电力机车为亮点的铁路重载货物运输,显著地释放
7、了运输能力,在既有繁忙干线实现了单机牵引5 500至6 000吨重载列车,在大同到秦皇岛煤炭运输专线上实现了单机牵引1万吨、双机牵引2万吨重载列车,有力地促进了国民经济的发展。和谐型大功率交流传动电力机车和内燃机车,其中包括单轴功率1 200千瓦的六轴、八轴货运电力机车和单轴功率1 600千瓦的六轴货运电力机车,还有6 000马力、低排放内燃机车以及最新研制的HXD1D、HXD3D六轴客运准高速机车和HXN5B转调机车。和谐型大功率交流传动电力机车和内燃机车在系统集成技术、交流传动技术、网络控制技术、重载车体与转向架技术、重载制动技术、人机工程技术、节能环保技术以及大功率电喷控制柴油机技术等方
8、面达到了世界先进水平。和谐型大功率交流传动电力机车和内燃机车牵引系统采用大功率交-直-交传动方式,牵引电机为交流异步电机,具有功率大,重量轻、结构简单、可靠性高、维护工作量小等特点;牵引变流器采用世界最先进的大功率IGBT器件,具有开关频率高、控制性能优良、可靠性高的优点;采用先进的车载计算机网络控制系统,数据传输量大、牵引制动控制性能优良、设备状态检测与系统自诊断功能完善;重载车体、转向架、车钩与缓冲器、轮轴驱动系统以及计算机控制的制动系统充分满足牵引重载列车的需要;司机室按照人机工程学理论设计,人机界面和设备实施实现简统化,功能齐全、工作环境舒适;轮轨关系、车网关系、车载通信信号等系统技术
9、与我国铁路基础设施等均具有良好的匹配性;电力机车功率因数大于0.98,谐波含量大幅降低,减少了对电网及周围环境的污染;电力机车传动效率大于0.85,同时采用制动能量反馈电网的再生制动方式,节能效果显著;内燃机车采用4 660千瓦电喷控制柴油机,排放指标达到美国环保署最新执行的EPA Tier标准要求,有效油耗率每千瓦小时仅200克,是世界最大功率等级的经济、环保型机车柴油机。第一章 HXD1型电力机车概述HXD1型电力机车是一种8轴双节重联重载交流传动电力机车。整车最大轮周牵引力电制动功率9 600 kW,最高试验速度132 km/h,运营速度120 km/h。HXD1型电力机车外貌见图1.1
10、。图1 . 1 HXD1型电力机车外貌图 第一节 HXD1型电力机车先进性设计HXD1型电力机车采用系统化、模块化、高可靠性设计理念,成功运用以下先进技术:交流传动技术(水冷IGBT变流器)、微机控制技术(SIBAS微机控制系统)、故障诊断技术、TCN网络技术(满足多台机车重联)、电控制动技术(CCBII及国产DK-2型制动机)、无线重联技术(LOCOTORL远程无线分布式控制系统)。第二节 HXD1型电力机车重载运输适应性设计1、为适应重载货运需要,机车采用双节固定重联形式,轴重加重至25t,以提高机车牵引力。2、为适应重载运输牵引/电制动能力的要求,提高轮周功率到1 200kW,机车总功率
11、9 600kW。3、为适合重载牵引车体采用整体承载结构,并以中央通梁为主要传递牵引力构件。4、重载牵引的转向架,采用低位牵引杆,构架强度高,结构合理,基础制动采用轮盘制动。5、为适合重载列车制动采用先进的CCBII及DK-2电空制动系统。6、为满足20 000t重载列车运输要求,机车装有分布式LOCOTROL远程控制系统。7、为适应重载线路污染严重的环境状况,机车机械间和司机室设计成微正压环境,设备安装屏柜防护等级设计成IP54级,部分关键设备如司机指令用扳键开关触头采用IP67封装,有效消除煤尘对电气部件功能的影响,减少机车故障发生几率。8、为适应重载线路长交路运用要求,HXD1型电力机车增
12、加了床、卫生间、微波炉、冰箱等生活设施,以改善司乘人员操作环境,提高司乘舒适性。第二章 机车总体第一节 HXD1型电力机车技术参数2.1.1 使用环境条件机车在下列使用环境条件下应能按机车额定动率正常工作:海拔不超过 2 500 m环境温度(遮荫处) -25+40(增加防寒措施-40+40)最大相对湿度 90%(该月平均最低温度不低于25)能承受风、沙、雨、雪、煤尘和偶遇沙尘暴。2.1.2 机车主要技术参数用途 货运电流制 单相交流50 Hz工作电压 额定值 25 kV 最高值 17.5 kV轴式 2(B0-B0)机车整备质量 2 x % t 加压车铁后 2 x % t轴重 % t加压车铁后
13、% t电传动方式 交-直-交电传动机车轮周功率(持续制) 9 600 kW机车持续牵引力 23t轴重时 494 kN25t轴重时 532 kN机车启动牵引力23t轴重时 700 kN25t轴重时 760 kN机车持续额定速度23t轴重时 70 km/h25t轴重时 65 km/h机车最高运行速度 120 km/h机车最高速度 132 km/h牵引特性恒功率速度范围23t轴重时 70120 km/h25t轴重时 65120 km/h机车总效率 0.85机车电制动方式 再生制动传动方式 单边斜齿传动轨距 1435 mm车钩中心线距轨面高度(新轮) 880 mm,允差10 mm机车前后车钩中心距 3
14、5 222 mm机车车体宽度 3 094 mm机车车体宽度(扶手杆处) 3 320 mm机车车顶距轨面高度 4 020 mm机车转向架中心距(单节车) 9 000 mm受电弓滑板距轨面工作高度 5 2006 500 mm机车转向架固定轴距 2 800 mm车轮直径 1 250 mm(新轮),1 150 mm(全磨耗)第二节 HXD1型电力机车机车性能图2.1和2.2给出了23t/25t轴重下,机车可用的牵引力和制动力与机车速度的特性曲线。持续牵引力图2. 1 HXD1型电力机车牵引特性图图2. 2 HXD1型电力机车制动特性图在23t轴重下机车牵引力和电制动力计算公式如表2.1:表2.1 23
15、t轴重机车牵引力和电制动力计算公式表公式机车速度范围F= 700 kN05 km/hF= 700(5)X 206/65570 km/hF= 9 600 X 3.6/70120 km/hB= 461 X /505 km/hB= 461575 km/hB=9 600 X 3.6/75120 km/h在25t轴重下机车牵引力和电制动力计算公式如表2.2:表2.2 25t轴重机车牵引力和电制动力计算公式表公式机车速度范围F= 760 kN05 km/hF= 700(5)X 228/60565 km/hF= 9 600 X 3.6/65120 km/hB= 461 X /505 km/hB= 46157
16、5 km/hB=9 600 X 3.6/75120 km/h第三章 HXD1型电力机车车体及牵引缓冲装置第一节 概述电力机车车体是机车主要承载部件之一,在机车运行中,承受着垂直载荷、水平冲击载荷和侧向力的作用,并向车钩传递牵引力和制动力,所以车体结构必须具有足够的强度和刚度,以保证机车运行的安全性和稳定性并适应2万吨重载牵引的要求;不仅如此,车体还为车内设备提供足够的安装空间,以保证机车正常运转,还为司机操纵提供了良好的工作环境。 和谐D1型电力机车车体各部件主要由钢板和钢板压型件组成,其中司机室、底架、侧构、隔墙及后端墙等主要钢结构部件组焊成一个箱形壳体结构,顶盖设计成可拆卸式的形式,以便于
17、车内设备吊装。车体外形设计成粗犷有力的大棱角并有适度的圆角过渡,并设置有车钩缓冲装置、排障器、车体各室门和司机室侧窗等附属部件。和谐D1型机车单节车的主要结构如图3.1。图3. 1 HXD1型电力机车单节车主要结构图3.1.1 HXD1机车车体结构特点作为整体承载车型,和谐D1型机车车体依照EN12663、ERRI B12/RP17等相关静强度、疲劳强度设计及评判标准,将整体骨架设计为适当的箱形网状结构,使应力通过车体整体骨架均匀、有效地分布和传递。司机室充分考虑人机工程学;侧窗外皮采用细晶粒高强度结构钢以应对侧窗窗角的应力集中;底架采用了贯通式中央纵梁的框架结构;侧构设计成上倾斜式的网架式结
18、构;顶盖采用平板小顶盖结构;机械室采用中央走廊方式;钩缓系统选用了小间隙的13A型E级钢车钩和大容量的QKX100型弹性胶泥缓冲器,缓冲器后面设置了过载保护的变形吸能装置。1、司机室采用准流线型外形,将尖点下移,前端两侧均设计成斜板箱体结构,从底部逐渐过渡到车顶,提高了整个车体的美观性。2、贯通式中央纵梁整体承载式全钢箱形壳体结构,从整体上提高了机车的刚度和强度。3、小顶盖,中央走廊。3.1.2车体主要参数车体总宽度 3 100 mm车体端面长度 17 138 mm车钩中心距 17 596 mm顶盖距轨面高度 4 003 mm底架地板上平面距轨面高度 1 498 mm车体底架长度 16 835
19、 mm车体总重(组焊结构) 约23 300 kg第二节 底 架HXD1型机车车体底架采用贯通式中央纵梁的框架结构,主要由前端牵引梁、后端牵引梁、侧梁、枕梁、变压器梁、中央纵梁、底架盖板、底架上焊部件等组成。各主要承载梁均采用钢板或钢板压形件组焊成箱形或类似结构,从整体上提高了车体的刚度和强度。各横向梁与侧梁联接均采用插入式焊接联接,且插入处均采用圆弧过渡,有效避免了联接部位截面变化引起刚度突变以至于应力集中。具体结构见图3.2。图3. 2 HXD1型电力机车单节车底架结构图第三节 司机室HXD1型机车司机室采用准流线型外形,增强了整体外观视觉效果。司机室前部设有前窗,采用胶粘方式将复合的电加热
20、玻璃两块分别与司机室钢结构粘结联结。司机是两侧设有可上下开启的活动侧窗以及入口门。司机室后墙设有走廊门,通向机械间中央走廊。其结构图见图3.3。图3. 3 HXD1型电力机车司机室外形结构图司机室结构采用了骨架与蒙皮一起形成整体承载的钢结构形式,且采用左右侧墙、前墙及顶棚组成的模块化结构,蒙皮及骨架梁均由6 mm低温容器板拼装或压型而成。司机室前端两侧均设计成斜箱板箱体结构,从底部逐渐过渡到顶部,然后通过司机室侧墙上部梁自然过渡到侧构的上弦梁,这样就保证了车体拉伸、压缩工况下的力矩有效地通过司机室传递到侧构上弦梁,然后再通过侧构上弦梁传递到车体后端,同时也保证了车体整体一致的外观效果。第四节
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