關(guān)于各型電力機車性能優(yōu)劣分析的調(diào)研報告

北京交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)報告標(biāo)題：北京交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)報告標(biāo)題：關(guān)于各型電力機車性能優(yōu)劣分析的調(diào)研報告年級：2012級專業(yè)：鐵道機車車輛（電力機車駕駛）姓名：王星遠(yuǎn)完成日期：2014年11月10日姓名：年級：層次：專業(yè)：題目成績基地指導(dǎo)教師評閱意見：簽名：年月日現(xiàn)場指導(dǎo)教師評閱意見：簽名：年月日總評：簽名：年月日關(guān)于各型電力機車性能優(yōu)劣分析的調(diào)研報告目錄TOC\o"1-3"\h\u一、中文摘要·······································1二、調(diào)研目的············································2三、調(diào)研方法··········································3四、調(diào)研內(nèi)容及過程·······························4五、調(diào)研結(jié)論與建議·····································9參考文獻··········································16中文摘要電力機車因為所需電能由電氣化鐵路供電系統(tǒng)的接觸網(wǎng)或第三軌供運行中的電力機車給，所以是一種非自帶能源的機車。電力機車具有功率大、過載能力強、牽引力大、速度快、整備作業(yè)時間短、維修量少、運營費用低、便于實現(xiàn)多機牽引、能采用再生制動以及節(jié)約能量等優(yōu)點。使用電力機車牽引車列，可以提高列車運行速度和承載重量，從而大幅度地提高鐵路的運輸能力和通過能力。直－直流電力機車采用直流制供電，牽引變電所內(nèi)設(shè)有整流裝置，它將三相交流電變成直流電后，再送到接觸網(wǎng)上。因此，電力機車可直接從接觸網(wǎng)上取得直流電供給直流串勵牽引電動機使用，簡化了機車上的設(shè)備。直流制的缺點是接觸網(wǎng)的電壓低，接觸導(dǎo)線要求很粗，要消耗大量的有色金屬，加大了建設(shè)投資。交—直流電力機車采用交流制供電，由于接觸網(wǎng)電壓比直流制時提高了很多，接觸導(dǎo)線的直徑可以相對減小，減少了有色金屬的消耗和建設(shè)投資。因此，工頻交流制得到了廣泛采用，世界上絕大多數(shù)電力機車也是交—直流電力機車。交—直—交電力機車采用直流串勵電動機的最大優(yōu)點是調(diào)速簡單，只要改變電動機的端電壓，就能很方便地在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)對機車的調(diào)速。但是這種電機由于帶有整流子，使制造和維修很復(fù)雜，體積也較大。無整流子三相異步電動機在制造、性能、功能、體積、重量、成本、及可靠性等方面遠(yuǎn)比整流子電機優(yōu)越得多。但其調(diào)速困難，所以目前不如交—直流電力機車應(yīng)用廣泛。電力機車具有功率大、熱效率高、速度快、過載能力強和運行可靠等主要優(yōu)點，而且不污染環(huán)境，特別適用于運輸繁忙的鐵路干線和隧道多，坡度大的山區(qū)鐵路。中國第一臺電力機車于1958年誕生于湖南株洲，命名為“韶山”，為中國鐵路步入電氣化立下了汗馬功勞。我國在運主要干線電力機車有：和諧系列(HXD)1、HXD2B、HXD3、HXD3C、HXD3B、HXD3D等。調(diào)研目的通過對我國各型電力機車發(fā)展史的學(xué)習(xí)及其現(xiàn)場的調(diào)研，有針對性地對各型電力機車性能優(yōu)劣進行深入的思考和分析，以便更好的掌握電力機車的工作原理、構(gòu)造、性能及交流傳動的基礎(chǔ)理論，具備機車運用、保養(yǎng)的能力，為今后出色的工作奠定良好基礎(chǔ)。調(diào)研方法本次調(diào)研主要通過文案調(diào)研法、詢問調(diào)研法以及現(xiàn)場調(diào)研，對我國主要電力機車進行深入的了解。

調(diào)研內(nèi)容及過程（一）HXD2B型電力機車1.簡介HXD2B型機車采用中間走廊，整體獨立通風(fēng)系統(tǒng)，分布式微機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制與自診斷功能，IGBT功率模塊變流器，異步牽引電動機，牽引電機采用滾動抱軸式懸掛裝置，牽引控制裝置采用獨立軸控方式，單軸功率為1600千瓦，總功率9600千瓦，可牽引8000噸貨運列車，最大運行時速達(dá)120公里/小時。軸式Co-Co。機車采用交—直—交電傳動系統(tǒng)、25kV/50Hz的電壓制式，與既有交—直傳動機車相比，具有恒功范圍寬、軸功率大、黏著特性好、功率因數(shù)高、諧波干擾小、維護率和全壽命運營成本低、運營安全可靠、適用范圍廣等優(yōu)點。機車可實現(xiàn)單機牽引1萬t重載列車，通過遠(yuǎn)程重聯(lián)可實現(xiàn)雙機牽引2萬t重載組合列車的運行模式。機車主要由以下幾個子系統(tǒng)有機構(gòu)成：由受電弓、真空主斷路器、避雷器、高壓隔離開關(guān)、高壓電壓互感器、高壓電流互感器、主變壓器、IGBT四象限整流逆變裝置、交流異步電機等組成的主電路系統(tǒng)；由輔助變流裝置、充電機、輔助電機等構(gòu)成的輔助電路系統(tǒng)；基于WorldFIP網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的微機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；Eurotrol電空制動系統(tǒng)；貫穿在各子系統(tǒng)內(nèi)的獨立通風(fēng)冷卻系統(tǒng)；由機車運行監(jiān)控裝置、信號設(shè)備、Locotrol遠(yuǎn)程重聯(lián)控制裝置和可控列尾裝置、無線電臺等組成的列車安全運行控制和監(jiān)測設(shè)備；高強度車體及附屬裝置；高黏著、低動力作用轉(zhuǎn)向架；機車獨立生活間、工具柜、機車配重等附屬裝置。在機車的標(biāo)準(zhǔn)配置中，機車整備重量為184t，對應(yīng)軸重為23t；加上機車配重軸重可以增加到25t，機車整備重量為200t，以便發(fā)揮更大的黏著牽引力。。2.主要技術(shù)特點1.機車總體采用國際上先進的以功能體系為基礎(chǔ)的模塊化設(shè)計方法，提高了產(chǎn)品形式的可塑性，有利于提高產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、可維護性和可使用性程度。2.機車采用寬700mm的中間走廊，并在側(cè)墻上開設(shè)寬787mm的維修門，增加了所有設(shè)備的易接近性；機車采用整體獨立通風(fēng)系統(tǒng)，防止機械間設(shè)備污染，確保司機室的清潔；基于車體有限元強度計算結(jié)果對車內(nèi)各屏柜安裝螺栓強度進行分析計算，保證了安裝螺栓的可靠性。3.機車的控制采用微機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，具有完善的控制、監(jiān)測和檢修維護功能。列車控制和監(jiān)測系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，具有較高的擴展性，并能支持系統(tǒng)的不斷升級。4.機車采用完全的單軸控制技術(shù)，每臺牽引電機對應(yīng)一套獨立的四象限整流器和逆變器。六根軸的牽引傳動裝置功率和控制在電氣方面完全獨立。每個牽引傳動裝置安裝有一個調(diào)諧濾波器和一個基于斬波-電阻的過壓保護裝置。5.機車變流技術(shù)采用了先進的6500V/600A的IGBT元件和雙面水冷功率模塊，使機車單軸功率達(dá)到1600kW，機車總功率達(dá)到9600kW，是目前世界上單軸功率最大的鐵路牽引動力裝備之一。變流模塊采用易拆卸技術(shù)，不需排放冷卻液，同時帶有定位針，防止不同模塊的錯插。6.兩組相同的輔助變流器為機車提供輔助電源。輔助供電電路由相同的兩組電路組成，每組輔助電源由兩組輔助變流器和一組充電機電路組成，其中輔助變流器一組為定頻輸出，另一組為變頻輸出，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和維護性,能夠滿足機車各種工況的供電要求。7.機車帶有微機控制的電空制動柜，接受司機操縱臺上制動控制器的控制指令，使列車管的壓力控制更加精確，同時縮短制動與緩解時間，提高制動系統(tǒng)的可靠性和安全性；制動機具備狀態(tài)監(jiān)測和故障判斷功能、具備WorldFIP網(wǎng)絡(luò)接口，制動機狀態(tài)及故障信息可以通過車輛總線進行傳遞。HXD2B型電力機車為單緩功能的操作方式，增加EPM模塊。8.機車配備了世界上最大容量的牽引變壓器(12600kVA)，采用下懸掛臥式安裝；芯式結(jié)構(gòu)，多分裂繞組以保證高的解耦性；鋼制油箱；三套油冷卻系統(tǒng)；儲油箱與變壓器通過金屬軟管相連；主變壓器和諧波電抗器共油箱。9.轉(zhuǎn)向架采用C0軸式，采用目字型構(gòu)架，抱軸懸掛驅(qū)動結(jié)構(gòu)，一系懸掛為彈簧懸掛，二系懸掛采用橡膠堆連接，采用整體碾鋼車輪，采用中間推挽式短牽引桿結(jié)構(gòu)，保證了牽引力和制動力的有效傳輸。10.整體承載式焊接車體結(jié)構(gòu)，無橫梁框架式波紋板側(cè)墻，與臺架有機結(jié)合的底架結(jié)構(gòu)，可以承受縱向3000kN壓縮和2500kN拉伸的高強度。11.機車使用在－40℃低溫下具有良好沖擊韌性值的特殊原材料，使機車的使用范圍更廣泛。12.變壓器采用三油泵進行冷卻，使變壓器的體積更小。13.機車設(shè)有微波爐、冰箱、熱水壺、水沖式整體衛(wèi)生間等生活實施。（二）HXD3型電力機車1.簡介在2006年“和諧型”系列交流電力機車投產(chǎn)以前，中國鐵路普遍缺乏大功率電力機車，當(dāng)時只有韶山4型電力機車能達(dá)到總功率6400千瓦（2×3200千瓦）。隨著近年中國經(jīng)濟持續(xù)增長，鐵路貨運需求也隨之增加，鐵道部有見及此，便需要訂購能單機牽引5,000-5500噸貨物的大功率機車，以應(yīng)付貨運需求。大連機車于2001年起就開發(fā)大功率交流傳動貨運電力機車進行研究，由于當(dāng)時中國缺乏制造IGBTVVVF牽引逆變器等技術(shù)，因此大連機車選擇與日本東芝合作研制新型機車，并于2002年9月成立合資公司，東芝提供機車的牽引逆變器及控制系統(tǒng)。這款機車使用了Co-Co六軸，即前后各一三軸轉(zhuǎn)向架、每軸裝有一臺1,200kW交流牽引電動機，整車輸出功率為7,200kW。首臺原型車編號SSJ3-0001，后改名為DJ3，于2003年年底完成，2004年4月26日由大連廠房駛出，前往北京鐵道科學(xué)研究院環(huán)形線進行試驗，試驗于7月4日完成。2.主要技術(shù)特點受電弓:HXD3型電力機車所使用的DSA200受電弓改善了國產(chǎn)自行研發(fā)的受電弓對電網(wǎng)有磨壞的問題，令受電弓在機車高速運行的情況下運作良好。制動系統(tǒng):HXD3型機車采用CCB-Ⅱ制動機，是參考國外機車仿制的一款空氣制動機。產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到全面國產(chǎn)化，現(xiàn)在為“和諧”系列電力，內(nèi)燃機車廣泛采用的一款制動機。主變壓器特點:高壓引線采用法國NEXANS公司的端子。在低壓套管出線裝置中采用了新型合成樹脂的出線裝置，具有安裝拆卸方便，可靠及使用壽命長的特點?？紤]到了機車的使用環(huán)境，提高了變壓器的抗振性能，所以該變壓器具有抗震、耐久的特點。溫度計等需要經(jīng)常檢測及保養(yǎng)的部件裝配在油箱側(cè)面，以便于進行維護保養(yǎng)、檢查。將通過強大電流的低壓出線裝置分別安裝在主變流器最近處，使其間連線最短。變流裝置:每臺機車裝有兩臺變流裝置，每臺變流裝置內(nèi)含有三組牽引變流器和一組輔助變流器，使其結(jié)構(gòu)緊湊，便于設(shè)備安裝。牽引變流器采用強制循環(huán)水冷方式。這種方式具有冷卻效果好、無污染、重量輕、結(jié)構(gòu)上維修方便等特點。冷卻液采用亞乙基二醇純水溶液，確保在－40℃時不凍結(jié)。另外，牽引變流器的冷卻液和主變壓器（Mtr）的冷卻油經(jīng)過復(fù)合冷卻器循環(huán)，依靠復(fù)合冷卻器風(fēng)機進行強制風(fēng)冷。每組牽引變流器由一個四象限整流器和一個逆變器組成。整流器單元使用了模塊化IGBT元件，采用脈寬調(diào)制（PWM）方式、兩點式電壓型，通過高次諧波整流和錯開各組控制載波的相位，從而降低高次諧波和提高功率因數(shù)。逆變器單元同整流器單元一樣使用模塊化IGBT元件、實現(xiàn)單元的標(biāo)準(zhǔn)化。通過采用IGBT元件和32bit高速演算控制裝置的配合，采用矢量控制方式，來實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)矩的控制，達(dá)到快速響應(yīng)，提高粘著利用率和實現(xiàn)空轉(zhuǎn)滑行保護控制。輔助變流器APU是輔助電動機供電電路的核心。APU向牽引通風(fēng)機電機和壓縮機電機等輔助機器供給三相交流電，具有變壓變頻（VVVF）控制和恒壓恒頻（CVCF）兩種控制方式。兩臺復(fù)合冷卻器風(fēng)機和六臺牽引通風(fēng)機電機為了確保適應(yīng)機車狀況的冷卻風(fēng)量和降低運轉(zhuǎn)聲音，按照VVVF控制模式進行設(shè)定。APU通過使用IGBT的PWM整流器單元把從主變壓器三次線圈供電的交流電轉(zhuǎn)換為恒定電壓的直流電，再供給由IGBT構(gòu)成的逆變器單元，通過逆變器轉(zhuǎn)換為三相交流。輔助變流器（APU）單獨采用強制風(fēng)冷方式。機車共設(shè)有兩套輔助變流器UA11、UA12。在正常情況下輔助變流器UA11、UA12全部工作，基本上以50%的額定容量工作，輔助變流器UA11工作在VVVF方式，輔助變流器UA12工作在CVCF方式，分別為機車輔助電動機供電。當(dāng)某一套輔助變流器發(fā)生故障時，不需要切除任何輔助電動機，另一套輔助變流器可以承擔(dān)機車全部的輔助電動機負(fù)載。此時，該輔助變流器按照CVCF方式工作，從而確保機車輔助電動機供電系統(tǒng)的可靠性。復(fù)合冷卻器:復(fù)合冷卻器的型號為FL220，復(fù)合型全鋁合金板翅式高效冷卻結(jié)構(gòu)，上部為水散熱器，用于冷卻變流器，下部為油散熱器，用于冷卻主變壓器。全鋁合金板翅式結(jié)構(gòu)的油冷卻器，具有每單位容積的傳熱面積大，性能優(yōu)良，體積小，重量輕的優(yōu)點?？諝饫鋮s復(fù)合冷卻器時，會在冷卻器芯子的波紋形散熱片上積留灰塵，灰塵過厚將影響散熱效果，因此，在每一次中修時，均需要清洗冷卻器芯子。在堵塞嚴(yán)重時應(yīng)進行水洗或用水蒸氣進行清洗牽引電動機:HXD3型機車使用六臺YJ85A型交流電牽引電動機，該型電機由東芝負(fù)責(zé)設(shè)計，永濟電機引進相關(guān)技術(shù)進行生產(chǎn)，每臺輸出功率1,200kW。首批永濟廠批量生產(chǎn)的YJ85A電動機為數(shù)312臺，于2006年12月完成交付。至2007年12月20日，永濟廠在2007年全年共生產(chǎn)了1158臺YJ85A型牽引電動機供193輛HXD3機車使用。（三）HXD3B型電力機車1.簡介由中國北車集團大連機車車輛有限公司自主設(shè)計研制的這款中國品牌機車，是目前世界上單機功率最大、技術(shù)水平最高、性能指標(biāo)最先進的中國品牌機車。這輛機車的功率為9600KW（千瓦），可單機牽引5500至6500噸貨物列車，最高運行速度每小時120公里，具有更大的加速能力和牽引通過能力，將成為中國鐵路貨運重載的主型機車。該車集成了眾多現(xiàn)代高新技術(shù)，多項關(guān)鍵技術(shù)將引領(lǐng)中國和世界的機車技術(shù)發(fā)展。2.主要技術(shù)特點這款機車以我為主進行自主設(shè)計、研發(fā)、制造、采購和集成，擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，具有四個特點：一是功率更大，牽引性能更好；二是節(jié)能、環(huán)保優(yōu)秀品質(zhì)更加突出，機車再生制動功率的提高，將有更多的電能反饋回接觸網(wǎng)；三是自動化程度更高，功能更強，可靠性更好，簡化了乘務(wù)人員操作，提高了機車的安全性；四是改變機車傳統(tǒng)設(shè)計，除受電弓及支持絕緣子之外，全部高壓設(shè)備由車頂移至車內(nèi)。這一項目由鐵道部統(tǒng)一組織策劃，和諧型六軸9600KW大功率交流傳動電力機車技術(shù)創(chuàng)新項目組建立統(tǒng)一的技術(shù)平臺，實行總設(shè)計師負(fù)責(zé)制，下設(shè)11個子系統(tǒng)專業(yè)組。攻關(guān)的重點，是以科技創(chuàng)新突破重載牽引關(guān)鍵技術(shù)，采用大功率IGBT元件組成的變流器、大功率交流牽引電動機和輪盤制動等先進技術(shù)，運用成熟的驅(qū)動裝置和微機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，并在整車集成技術(shù)、重載牽引車體和轉(zhuǎn)向架、牽引變壓器等方面進行全面創(chuàng)新。（四）HXD3C1.簡介HXD3C型是在HXD3型和HXD3B型電力機車基礎(chǔ)上研制的交流傳動六軸7200kW干線客貨電力機車，該機車通過更換增加供電繞組的主變壓器，增加列車供電柜、供電插座、客貨轉(zhuǎn)換開關(guān)、雙管供風(fēng)裝置等，使機車具有牽引旅客列車的功能，并可以向旅客列車提供風(fēng)源及穩(wěn)定的DC600V電源，與25G型客車良好匹配。機車采用PWM矢量控制技術(shù)等最新技術(shù)的同時，盡量考慮對環(huán)境的保護，減少維修工作量。另外，以能夠在中國全境范圍內(nèi)運行為前提，在滿足環(huán)境溫度在-40℃～+40℃，海拔高度在2500m以下的條件的同時，最大考慮到3組機車重聯(lián)控制運行。2.主要技術(shù)特點軸式為C0-C0，電傳動系統(tǒng)為交直交傳動，采用IGBT水冷變流機組，1250kW大轉(zhuǎn)矩異步牽引電動機，具有起動（持續(xù)）牽引力大、恒功率速度范圍寬、粘著性能好、功率因數(shù)高、能源消耗低等特點。輔助電氣系統(tǒng)采用2組輔助變流器，能分別提供VVVF和CVCF三相輔助電源，對輔助機組進行分類供電。該系統(tǒng)冗余性強，一組輔助變流器故障后可以由另一組輔助變流器對全部輔助機組供電。采用微機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了機車特性控制、邏輯控制、自診斷功能，實現(xiàn)了機車的網(wǎng)絡(luò)重聯(lián)功能，并具有信息儲存和轉(zhuǎn)儲功能?？傮w設(shè)計采用高度集成化、模塊化的設(shè)計思路，電氣屏柜和各種輔助機組分功能斜對稱布置在中間走廊的兩側(cè)，有利于平衡機車自重；采用了規(guī)范化司機室，有利于機車的安全運行。采用帶有中梁的、整體承載的框架式車體結(jié)構(gòu)，有利于提高車體的強度和剛度。轉(zhuǎn)向架采用滾動抱軸承半懸掛結(jié)構(gòu)，二系采用高圓螺旋彈簧；采用整體軸箱、推挽式低位牽引桿等技術(shù)。采用下懸式安裝方式的一體化多繞組（全去耦）變壓器，具有高阻抗、重量輕等特點，并采用強迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)冷技術(shù)。采用頂蓋夾層進風(fēng)，各系統(tǒng)獨立通風(fēng)冷卻技術(shù)。另外還考慮了司機室的換氣和機械間的微正壓。采用了克諾爾集成化氣路的空氣制動系統(tǒng)，具有空電制動功能。機械制動采用輪盤制動。采用了新型的模式空氣干燥器，有利于壓縮空氣的干燥，減少制動系統(tǒng)閥件的故障率（五）HXD3D型電力機車1.簡介HXD3D型機車是交流電傳動六軸干線客運電力機車，正在由中國北車集團公司大連機車車輛有限公司研發(fā)及生產(chǎn)，預(yù)計在2011年底前研究出樣車，2012年批量生產(chǎn)。車型代號HXD3D（數(shù)字是生產(chǎn)廠商代號：3代表大連機車），一般稱為“和諧”3D型電力機車（車輛編號HXD3Dxxxx）。最大運營速度約200km/h。HXD3D型機車可緩解全路準(zhǔn)高速機車運用的緊張狀況，使得既有提速鐵路線大量增開特快列車，填補中國內(nèi)地交流傳動大功率機車在準(zhǔn)高速范圍內(nèi)實際運用的空白，這款機車的外形沿用了大連機車廠于2003年生產(chǎn)制造的高速電力機車DJ3“天梭號”，具有牽引200KM的高速車輛，也可用于牽引160的準(zhǔn)高速車輛，是一款能夠覆蓋高速，普速的多功能通用機車。2.主要技術(shù)特點和諧3D型客運電力機車最高時速160公里，憑借7200千瓦的功率，可輕松牽引20節(jié)的旅客列車，一次最多可輸送3000名旅客。由于不限于在鐵路客運專線上行駛，和諧