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HXD1D型电力机车

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发表于 2018-8-10 16:20:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
2008年起,我国高速动车组发展迅速,但在中国铁路的客运形式仍以机辆模式为主,以机车牵引式的旅客列车在全国范围内还将长期存在。
长期以来,我国客运电力机车发展停滞不前,160km/h级别的主要车型仍以2000年前后研制的SS8、SS9、SS9G、SS7E等交直传动机车为主,其牵引功率受到了一定限制,且车型开始老化,需要逐步退役。为了填补机车空缺以及适应客运市场的发展,2011年开始,我国主要机车制造企业开始着手研制新型时速160-200km/h级别的客运交流传动电力机车。新型客运电力机车的要求是运行速度在160 km/h,整车功率7200kW,轴式为Co-Co。
对此,由南车株洲电力机车有限公司根据HXD1C平台研发出HXD1D型准高速交流传动电力机车。由北车集团大连机车车辆有限公司在HXD3、HXD3B的基础上研发出HXD3D型准高速交流传动电力机车。两型机车定为中国第一批准高速代交流传动电力机车。
2011年,南车株洲电力机车有限公司根据市场需求 ,自主创新研发了200km/h的6轴客运交流传动电力机车。设计上借鉴HXD1B、HXD1C型机车的成熟技术及部件,并根据实际运用经验进行优化设计。值得注意的是,机车除了装有LKJ2000监控系统外,还预留CTCS-2设备安装空间和接口。但是可惜机车并没有投入试验与实际运用,一直摆放在在南车株洲电力机车研究所有限公司轨道电力牵引技术中心门口。但可以说是成为了HXD1D型机车的原型车。
随后,根据2011年铁道部科技研究开发计划,南车株洲电力机车有限公司、株洲南车时代电气股份有限公司和南车株洲电机有限公司等单位在和谐型大功率交流传动机车平台上,研发了HXD1D型160km/h交流传动电力机车。


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 楼主| 发表于 2018-8-10 16:21:21 | 显示全部楼层
HXD1D型机车研究项目在2011年8月启动。
2012年3月首台样车下线。2012年3月至6月,机车在株洲厂、北京环形铁道、郑州局内焦新线、太焦线及京广线进行了相关试验,并于同年7月通过铁道部门的实用评审。
2012年8月开始,HXD1D型机车开始进行30万公里运行考核试验。期间牵引X103/4次行包快运、武深特快客车T95/6次以及武昌-上海南的Z25次直达特快列车。
2013年8月17日,HXD1D型电力机车已累计安全运营32万公里,能适应零下40摄氏度至40摄氏度区间的气候条件,以及风、雨、雪、盐雾、粉尘等复杂运行环境。
2013年9月12日,HXD1D0003-0007号机车编入上局沪段,同时0001号车回厂拆解分析,0002临时编入武局南段继续牵引X103/4次。机车采用了新的车头涂装,由原来的“黑脸”变成了“黑红脸”。
2014年7月19日,中国铁道学会科学技术奖评审委员会会议在京召开。“时速160公里HXD1D型交流传动六轴快速客运电力机车”被授予2013年度中国铁道学会科学技术奖特等奖。

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 楼主| 发表于 2018-8-10 16:23:47 | 显示全部楼层
有关该车的一些信息:

从2012年9月份开始,HXD1D0001部署在武汉铁路局进行试验任务,最先用于牵引X103/4次,奔驰在北京广线(京汉铁路);2013年2月开始担当武局南段本务的武深特快T95/6次旅客列车,在南京广线(粤汉铁路)现身;2013年6月中旬,该车开始被运用于牵引武局担当的Z25次武昌--上海南的直达特快列车,现身于华东。自此,被火车迷爱称“大红枣”的HXD1D大功率交流传动高速客运电力机车圆满完成其30万公里运营考核。
2014年11月,HXD1D周恩来号车壳竣工,车号为HXD1D1898。

注意:这种HXD1D的昵称就叫做大红枣。

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 楼主| 发表于 2018-8-10 16:27:06 | 显示全部楼层
2015年5月4日,第四代“周恩来号”机车——HXD1D-1898,于2015年5月4日在上海铁路局上海机务段正式上线运行。这是“周恩来号”机车自1978年1月首次命名以来的第四次换型。前三任机车为DF3-0058、DF4-2106和DF11-1898。

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 楼主| 发表于 2018-8-10 16:27:56 | 显示全部楼层

图为正在担当客运任务的HXD1D型0183号车。

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 楼主| 发表于 2018-8-10 16:29:05 | 显示全部楼层
技术特点如下。

(1)机车充分考虑空气动力学等因素。流线型的机车外形具有良好的空气动力学性能,而且简洁、美观。车体采用整体承载结构型式,根据客运机车的特点采用轻量化设计,优化主承载结构、合理进行部件结构重量分配,降低机车轴重。
(2)机车配备了包括微波炉、冷藏箱、热水壶、卫生间等完备的生活设施,乘务员运用条件更加舒适。
(3)采用完全自主创新研制的160km/h速度等级的ZED160-C0型转向架,具有优良的动力学性能,平稳性指标优于客运直流机车同轴式转向架。为了确保高速运行时的稳定,首次采用驱动单元弹性悬挂方式,牵引装置采用低位推挽牵引杆,以提高机车的粘着重量利用率。
架构采用低合金钢板箱型焊接“目”字形结构。
转向架驱动系统采用先进的弹性架悬结构,即电机一端通过单个橡胶关节悬挂于构架横梁,另一端通过两根吊杆悬挂于构架横梁,使驱动系统大部分的横向惯量及摇头惯量与整个架构解耦,从而降低了簧间质量的横向惯量和摇头惯量,使得机车运行时具有良好的动力学性能;牵引电机采用顺置布置方式,可提高机车黏着利用率。驱动系统采用成熟可靠的空心轴六连杆传动装置、单侧圆柱直齿传动、大功率交流牵引电机以及承载式铸造铝合金齿轮箱,大齿轮传动轴承采用国内自主研制的圆柱滚子轴承。轴箱轴承采用进口的整体式免维护的圆柱滚子轴承。
齿轮传动比为103/22
牵引装置采用推挽式低位牵引杆,安装在转向架牵引横梁和车体之间。牵引杆由牵引外筒、牵引杆身和牵引杆端头组成。牵引杆两端通过牵引橡胶筒和牵引内筒与基座相连,带有厚橡胶层的牵引橡胶筒满足车体和转向架之间的相对运动,有效传递牵引力和制动力,同时起到减振降噪作用
采用整体车轮。车轮踏面采用JM3磨耗型踏面。轮对采用单轴箱拉杆定位,结构简单,横向、纵向刚度相对独立。
一系悬挂由钢弹簧、垂向减振器、橡胶垫组成。一、三轴装有垂向减振器。二系悬挂采用高圆螺旋弹簧加橡胶垫结构,装有垂向减振器、横向减振器、抗蛇行减振器。
基础制动采用轮盘制动。
(4)牵引能力强。单机牵引20节客运车辆,运营速度最高160km/h,并保有加速度大于0.05m/s。在切除一个牵引电机的情况下,可以实现千分之20坡道启动。单机牵引20节客车,从0km/h加速到160 km/h所花时间只有4轴直流客运机车的四分之一;6轴直流客运机车的二分之一。
(5)机车主电路采用3.3kV/1200A的IGBT元件,在控制上采用单轴控制技术,粘着利用率高。牵引变流系统采用了主辅一体化设计,应用了基于IGBT的牵引变流器主辅集成技术,实现机车在自动过分相时辅助机组不断电,其中辅助逆变器与牵引变流器共用中间直流环节,压缩了体积。辅机采用无级闭环控制,效率高,节能降噪。
机车设置两台牵引变流器柜,每台牵引变流器向一个转向架的3台牵引电机和辅助设备供电, 每台变流器的主电路采用二电平三重四象限PWM整流器、3个VVVF逆变器以及1个辅助变流器组成供电单元。每重四象限PWM整流器和一个逆变器组成一个独立的供电单元,为一台牵引电机供电。每个主电路单元有独立的充电短接回路、固定放电回路。当其中任意一个主电路单元故障时(四象限PWM整流器或逆变器),断开相应的隔离开关和充电短接开关,将该故障单元切除,其余两个单元正常工作。机车只损失1/6 的动力,从而将故障造成的影响降至最低。
(6)主变压器采用卧式变压器,二次滤波电抗器及列车供电电抗器集成在主变压器中,采用2路油循环对主变压器进行冷却。具有重量轻、体积小、容量和功率大等优势。同时具有完善的保护功能。机车安装了DC600V列车供电系统,供电功率为2×400kW。当一组故障时,另一组可以维持供电。
主变压器次边设有6个牵引绕组和2个辅助绕组。6个牵引绕组用于给2台变流器中的6个四象限变流器供电;2个辅助绕组用于给列车供电系统供电。
主变压器中还安装有4个电抗器, 其中2个为谐振电抗器,分别与2台牵引变流器中的二次谐振电容器一起构成二次谐振电路。另外2个为列车供电电抗器,其与列车供电的电容一起,为列车供电输出电流进行滤波和平波,保证列车供电的电源品质。
为保证主变压器安全运行, 变压器上装有压力释放阀保护装置和温度传感器、油流继电器和油位表等监视装置。
(7)牵引电机为交流异步电动机,型号为YQ-1224,功率1200kW。主要由定子、转子、端盖和轴承等部件组成。定子主要由定子铁芯、定子压圈、筋板、定子线圈等部件组成,转子主要由导条、端环、转子压圈、转子铁芯和转轴等部件组成。电机非传动端采用球轴承,传动端采用圆柱滚子轴承,轴承采用绝缘轴承,能有效地防止电流腐蚀,运行可靠。轴承密封采用无接触式迷宫结构。
在定子铁芯齿中安装有温度传感器,用于监控定子绕组温度,保证电机的安全运行。牵引电机的转速测量及转向确定是由装在电机非传动端的双通道速度传感器完成的。
(8)机车高压安全联锁系统由受电弓气路联锁装置、高压接地开关和三级安全联锁钥匙箱及相关门锁及钥匙组成。
受电弓气路联锁装置通过对受电弓升弓气路的开通/关闭对受电弓的升弓和降弓动作进行限制。接地开关能对网侧电路进行接地,当接地开关从“开” 位转到“合” 位进行转换时,能保证受电弓已经降下,受电弓供风中断,并且受电弓供风管路中的风压已经排出; 当接地开关处于“合” 位时, 受电弓供风管路被中断,受电弓不能升起, 主断路器不能闭合。
机车车顶门、安装有高压设备的屏柜入口门及手动高压隔离开关有可靠的安全装置, 并与联锁钥匙箱和接地开关有联锁,只有当接地开关处于“合”位时,才可能打开机车车顶门和安装有高压设备的屏柜入口门,对手动高压隔离开关进行操作。当机车车顶门、安装有高压设备的屏柜入口门打开时, 及操作手动高压隔离开关时,接地开关必须在“合”位,受电弓不能升起,主断路器不能闭合。只有当机车车顶门、安装有高压设备的屏柜入口门都关闭了,才能断开接地开关,升起受电弓。
(9)机车装有两台TSG15B受电弓,受电弓额定速度为200km/h。弓内设置自动降弓保护装置, 当弓网故障时,可自动降弓保护。为提高机车可靠性,机车上设置两台高压电压互感器,安装在机车车顶,高压电压互感器原边绕组并联在高压隔离开关和受电弓之间。
(10)机车采用微机控制系统。控制系统具有控制、诊断、监测、传输、显示和存储功能,控制网络符合IEC61375标准。机车还具有重联控制及显示功能。
(11)采用新型空气制动系统。
机车采用CCB II型制动机。CCB II型制动机由德国克诺尔集团(knorr-bremse)研发,是一种基于网络的电空制动系统。系统由五个主要部件组成,电空控制单元(EPCU)、集成处理模块(X-IPM)、电子制动阀(EBV)、机车司机室显示模块(LCDM)、继电器接口模块(RIM)。
部分采用我国自主研发的DK-2型制动机是一种具有微机模拟控制、网络通讯、故障智能诊断等信息化功能的机车电空制动机。能实现列车自动制动与机车单独制动、空电联合制动、断钩保护、列车充风流量监测、无动力回送、制动重联、列车电空制动、列车速度监控配合等基本功能。系统具备单机自检、故障诊断、数据记录与存储等功能,具备MVB、CAN等网络通讯接口。
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 楼主| 发表于 2018-8-10 16:31:55 | 显示全部楼层
机车走行部为两台完全相同的三轴转向架,采用旁承弹簧承受车体载荷、“目”字形焊接钢结构的无摇枕不等轴距转向架。一系悬挂采用螺旋弹簧配垂向油压减振器、单侧轴箱拉杆;二系悬挂采用高挠螺旋圆弹簧及橡胶垫,配垂向、横向、抗蛇行油压减振器。驱动装置在中国铁路机车首次采用弹性架悬方式,取代了以往韶山8型、韶山9型、韶山7E型准高速电力机车所采用的刚性架悬方式。基础制动装置为轮盘制动;停放制动装置为单元制动器。

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 楼主| 发表于 2018-8-10 16:33:33 | 显示全部楼层
我们再来看一下该车的细节图。

因为正面明显是黑色的大脸,所以就应该称之为大红枣。这是HXD1D的首车。

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 楼主| 发表于 2018-8-10 16:36:16 | 显示全部楼层
目前此车具体的配属如下。

机车编号                                配属                                                   配属台数 备注
HXD1D-0001~HXD1D-0015        武局南段(武汉铁路局武昌南机务段)        15台        0003~0007由上海机务段转配
HXD1D-0016~HXD1D-0035        南局南段(南昌铁路局南昌机务段)        20台        0018 0025 0028转配至鹰潭机务段
HXD1D-0036~HXD1D-0050        兰局兰段(兰州铁路局兰州西机务段)        15台       
HXD1D-0051~HXD1D-0075        乌局乌段(乌鲁木齐铁路局乌鲁木齐机务段)        25台       
HXD1D-0076~HXD1D-0105        兰局兰段(兰州铁路局兰州西机务段)        30台       
HXD1D-0106~HXD1D-0137        上局沪段(上海铁路局上海机务段)        32台       
HXD1D-0138~HXD1D-0140        上局杭段(上海铁路局杭州机务段)        3台       
HXD1D-0141~HXD1D-0150        上局杭段(上海铁路局杭州机务段)        10台       
HXD1D-0151~HXD1D-0160        上局杭段(上海铁路局杭州机务段)        10台       
HXD1D-0161~HXD1D-0168        上局杭段(上海铁路局杭州机务段)        8台       
HXD1D-0169~HXD1D-0175        上局沪段(上海铁路局上海机务段)        7台       
HXD1D-0176~HXD1D-0185        武局南段(武汉铁路局武昌南机务段)        10台       
HXD1D-0186~HXD1D-0237        南局南段(南昌铁路局南昌机务段)        52台        0186 0187 0189 0190 0233转配至鹰潭机务段
HXD1D-0238~HXD1D-0257        广铁广段(广州铁路集团广州机务段)        20台       
HXD1D-0258~HXD1D-0270        武局南段(武汉铁路局武昌南机务段)        13台       
HXD1D-0271~HXD1D-0275        乌局乌段(乌鲁木齐铁路局乌鲁木齐机务段)        5台       
HXD1D-0276~HXD1D-0279        上局沪段(上海铁路局上海机务段)        4台       
HXD1D-0280~HXD1D-0289        上局徐段(上海铁路局徐州机务段)        10台       
HXD1D-0290~HXD1D-0295        南局南段(南昌铁路局南昌机务段)        6台        0292 0293转配至鹰潭机务段
HXD1D-0296~HXD1D-0300        广铁广段(广州铁路集团广州机务段)        5台       
HXD1D-0301~HXD1D-0310        武局南段(武汉铁路局武昌南机务段)        10台       
HXD1D-0311~HXD1D-0320        乌局乌段(乌鲁木齐铁路局乌鲁木齐机务段)        10台       
HXD1D-0321~HXD1D-0340        青藏宁段(青藏铁路公司西宁机务段)        20台       
HXD1D-0341~HXD1D-0362        乌局乌段(乌鲁木齐铁路局乌鲁木齐机务段)        22台       
HXD1D-0363~HXD1D-0382        广铁广段(广州铁路集团广州机务段)       
20台
HXD1D-0383~HXD1D-0392        南局南段(南昌铁路局南昌机务段)        10台       
HXD1D-0393~HXD1D-0405        上局沪段(上海铁路局上海机务段)        13台       
HXD1D-0406~HXD1D-0415        兰局兰段(兰州铁路局兰州西机务段)        10台       
HXD1D-0416~HXD1D-0430        广铁长段(广州铁路集团长沙机务段)        15台        广州机务段支配运用,配属标广铁广段
HXD1D-0431~HXD1D-0445        南局南段(南昌铁路局南昌机务段)        15台       
HXD1D-0446~HXD1D-0450        乌局乌段(乌鲁木齐铁路局乌鲁木齐机务段)       
6台
HXD1D-0451~HXD1D-0460        武局南段(武汉铁路局武昌南机务段)        10台       
HXD1D-0461~HXD1D-0470        广铁广段(广州铁路集团广州机务段)        10台       
HXD1D-0471~HXD1D-0478        兰局兰段(兰州铁路局兰州西机务段)        8台       
HXD1D-0479~HXD1D-0483        上局沪段(上海铁路局上海机务段)        5台       
HXD1D-0484~HXD1D-0488        上局杭段(上海铁路局杭州机务段)        5台       
HXD1D-0489~HXD1D-0490        上局徐段(上海铁路局徐州机务段)        2台       
HXD1D-0491~HXD1D-0510        郑局郑段(郑州铁路局郑州机务段)        20台       
HXD1D-0511~HXD1D-0512        上局徐段(上海铁路局徐州机务段)       
2台
HXD1D-0513~HXD1D-0515        上局沪段(上海铁路局上海机务段)        3台       
HXD1D-0516~HXD1D-0520        南局南段(南昌铁路局南昌机务段)        6台       
HXD1D-0521~HXD1D-0534        广铁广段(广州铁路集团广州机务段)        14台       
HXD1D-0535~HXD1D-0544        南局南段(南昌铁路局南昌机务段)        6台       
HXD1D-0545~HXD1D-0551        上局沪段(上海铁路局上海机务段)        7台       
HXD1D-0552~HXD1D-0554        上局杭段(上海铁路局杭州机务段)        3台       
HXD1D-0555~HXD1D-0559        郑局郑段(郑州铁路局郑州机务段)        5台       
HXD1D-0560~HXD1D-0564        乌局乌段(乌鲁木齐铁路局乌鲁木齐机务段)        5台       
HXD1D-0565~HXD1D-0570        广铁广段(广州铁路集团广州机务段)        6台       
HXD1D-0571~HXD1D-0585        南局南段(南昌铁路局南昌机务段)        15台       
HXD1D-0586~HXD1D-0595        上局杭段(上海铁路局杭州机务段)        10台       
HXD1D-0596~HXD1D-0613        兰局兰段(兰州铁路局兰州西机务段)        18台       
HXD1D-0614~HXD1D-0623        广铁广段(广州铁路集团广州机务段)        10台       
HXD1D-0624~HXD1D-0633        上局徐段(上海铁路局徐州机务段)        10台       
HXD1D-0634~HXD1D-0636        乌局乌段(乌鲁木齐铁路局乌鲁木齐机务段)        3台       
HXD1D-0637~HXD1D-0644        郑局郑段(郑州铁路局郑州机务段)        8台       
HXD1D-0645~HXD1D-0660        郑局郑段(中国铁路郑州局集团有限公司郑州机务段)        16台       
HXD1D-0661~HXD1D-0668        武局南段(中国铁路武汉局集团有限公司武昌南机务段)        8台       
HXD1D-0669~HXD1D-0673        乌局乌段(中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司乌鲁木齐机务段)        5台       
HXD1D-0674~HXD1D-0678        郑局郑段(中国铁路郑州局集团有限公司郑州机务段)        5台       
HXD1D-0679~HXD1D-0683        上局沪段(中国铁路上海局集团有限公司上海机务段)        5台

备注:由于中国铁路总公司的下属的18个铁路局已于2017年11月15日完成公司制改革,故表中于上述日期以后配属交付的机车配属局段全称全部由“XX铁路局XX机务段”改称为“中国铁路XX局集团有限公司XX机务段”。
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