2 机车总体
2.1概述
“和谐2”型电力机车（以下简称HXD2机车）是为中国大秦线牵引2万
吨重载货运列车而设计的一种新型重载货运交流传动机车。机车设计贯彻铁道部提出的“先进、成熟、可靠、经济、实用”的指导方针和“模块化、系列化、标准化和信息化”的基本原则，以在欧洲得到成熟运用的PRIMA系列机车为原型，在保持原型机车的技术先进性、结构可靠性的前提下按照中国大秦线重载运输环境需求、中国司机的驾驶操控特性要求和中国铁路信号通讯特点进行适应性设计。
HXD2机车采用交流25KV/50Hz的电压制模式，机车最高试验速度132km/h，最高运行速度120km/h。机车在海拔不超过2500 m，最大相对湿度（该月月平均最低温度不低于25 ℃）90 %，环境温度（遮荫处）在-25℃至+ 40℃可正常运行，采取加温和防寒措施后可在-40℃的环境条件下能够按照机车额定功率正常工作，能承受风、沙、雨、雪、煤尘和偶有的沙尘暴等气候条件，完全满足大秦铁路的气候环境和煤炭装卸地煤尘污染严重的环境要求。同时，机车材料的耐低温设计使机车的适用地域更加广泛。
2.1.1大秦线运输需求
我国能源资源的特点是煤炭资源丰富，油气等资源相对较少，煤炭储量在常规能源资源中占90％以上，是世界上最大的煤炭生产国和消费国，同时也是少数几个以煤炭为主要能源的国家之一。长期以来，煤炭在全国一次能源生产和消费中的比重一直保持在70％以上。
以山西、陕西、内蒙古西部地区为主的“三西”是我国的主要煤炭基地，煤储量占全国总储量84%，生产量约占全国的1/3，净调出量占全国的80％左右。“三西”煤炭外运以铁路为主，大秦线是其中最重要的一条运输通道，也是我国第一条双线重载电气化运煤专线，它承担着全国六大电网、五大发电公司、380多家主要发电厂、十大钢铁公司和6000多家企业生产用煤和民用煤、出口煤的运输任务。
随着我国经济发展步伐的加快，全国煤电油运全面紧张，大幅度提高大秦铁路煤炭运输能力已迫在眉睫。经科学论证，将大秦线列车重量提高到2万吨，可以大幅度提高大秦线运输能力，同时通过长大重载列车的系统集成创新，将使我国重载运输技术跨入世界先进行列。
大秦线西起北同蒲线的韩家岭车站，东至秦皇岛地区的柳村南站，全长653公里，为全线双向自动闭塞，正线和到发线全部电化。大秦线多山区、多隧道、多曲线，共有隧道48个，隧道累计总长65.8公里，最长的军都山隧道长约8.4公里，且重车方向有两段长大下坡道：一段线路长度为47公里，平均坡度达
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-8.2‰；另一段线路长度为50公里，平均坡度-9.1‰，最大坡度达-12‰，是大秦线重载运输的最困难区段。图2.1是大秦线纵断面图。
图2.1 大秦线纵断面图
为满足大秦线重载运输的要求，机车应满足如下要求：
（1） 具有足够的牵引和电制动功率，机车总功率在9600kW以上； （2） 所选用的钩缓装置应有足够的纵向强度与缓冲能力； （3） 机车良好的制动控制能力；
（4） 机车具有多机重联同步控制功能，为适应长达重载列车牵引动
力分散配置的要求，机车应配置远程同步操纵系统。
2.1.2 HXD2机车总体结构
目前，在大秦线担负煤炭重载列车牵引的电力机车主要是上世纪八十年代由欧洲进口的8K型电力机车和由我国自行开发的SS4G型电力机车。两种机车属于交直流传动机车，不能很好地适应国民经济的快速发展和大秦线重载货运形势发展的需要。
HXD2机车以其充足的牵引和制动功率、较高的机械强度和可靠性、机车装用美国GE公司研制的列车牵引和制动的同步控制装置Locotrol 系统和无线电设备等特点，很好地满足了大秦线机车双机牵引2万吨重载组合列车要求，为完成铁道部提出的大秦线煤炭年运量3-3.5亿吨的宏伟目标做出了积极贡献。 HXD2机车采用2（Bo-Bo）轴式，由双节机车联挂组成，每节机车具有单端司机室，后端设置独立的司机生活间，机械间采用中间走廊两边布置设备模块的形式，两节机车采用橡胶风挡及渡板衔接。在机车的标准配置中，机车整备重量为184 t，对应轴重为23 t。加上压车铁轴重可以增加到25t，机车整备重量为200 t，以便发挥更大的粘着牵引力。机车外形总图见图2.2。
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图2.2 机车外型图
机车采用交-直-交电传动系统，与大秦线使用的既有的交-直传动机车相比，具有恒功范围宽、轴功率大、粘着特性好、功率因数高、谐波干扰小、维
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护率和全寿命运营成本低、适用范围广等优点。机车可在大秦线单机牵引1万吨重载列车,双机同步控制牵引2万吨重载组合列车。
主电路由IGBT模块组成的四象限整流器和逆变器对牵引、再生制动、防空转/防滑控制和安全保护控制，实行连续的单轴控制，实现了机车的每一轮对都能发挥最佳状态，并根据单轴的运行状态信息调节该轴的转速，保证轮轨的粘着利用；当机车的一轴发生故障时，牵引力损失最小，一台车只损失1/8的功率。将不同电压等级的线分开布置，有效减少了信号传输中的电磁干扰；机车具有再生制动功能，对于大秦线从西往东重载下行的特点而言，大约可节约总电能的1/3以上，完全符合当前我们国家大力提倡的节能降耗、环保的理念。 机车采用微机网络控制系统，控制网络基于AGATE?产品系列，体现机车设计信息化特点。AGATE? 是一种先进的列车控制、监视和维修用车载计算机网络部件，系统是完全可升级的、模块化的产品。由基本硬件和软件模块组成：MPU(主处理)、CRT（牵引传动控制模块）、 CRA（辅助控制模块）、RIOMS（远程输入输出模块）、DDU（司机室显示器）等。两台DDU都采用相同的应用程序软件，当其中一台发生故障时，另一台会显示所有必要的信息。
机车辅助电源为三相交流380 V/50 Hz，采用由IGBT元件组成的辅助逆变机组，机车控制电源为直流110V；辅助电路的输入直流1800V由主电路的中间电路提供；机车主电路、辅电路、控制电路在各种工况下均有完善而可靠的短路、过载、接地、过电压、欠压、过热、空转、滑行以及通风、油流和水流系统的故障保护装置，并在司机室的微机显示屏上采用图形化人机界面显示故障内容及有关故障处理提示。
带有微机控制的电空制动柜，接受司机操纵台上制动控制器的控制指令，使列车管的压力控制更加精确，同时缩短制动与缓解时间，提高制动系统的可靠性和安全性；制动机具备状态监测和故障判断功能、具备WorldFIP网络接口，制动机状态及故障信息可以通过车辆总线进行传递。
机车主变压器为模块化的卧式结构，包括1个原边绕组，4个牵引绕组，4个二次滤波电抗器，2个辅助滤波电抗器，强迫油循环风冷却系统以及内置的多种保护电器。其设计、制造技术基于瑞士ABB变压器产品在国际铁路上成熟、可靠的应用，执行IEC、EN、DIN标准，在安全可靠的漏磁屏蔽技术、高强度的油箱结构技术、E级绝缘材料的选用配套技术、变压器整体的全寿命周期、轻量化和环保性等方面具有独特优势。
机车采用BoBo转向架，采用细晶粒高强度钢板焊接而成的“口”字形构架，中间横梁用螺栓与构架联结；异步交流电机鼻式悬挂，封闭式球铁滚动抱轴箱体、承载式球铁齿轮箱改善了部件的应力分布，提高了部件的抗振性能；采用整体辗钢车轮；低位牵引杆保证了高的粘着利用；一系悬挂装置和二系悬挂装置确保安全和运行舒适性；通过一系、二系轴重调整垫实现25t/23t轴重变化；构架、齿轮箱、轴箱、抱轴箱等主要部件都具有符合EN标准要求的-40℃抗低温冲击性能。
整体承载式焊接车体结构，无横梁框架式波纹板侧墙，有中梁并与台架合成统一的底架，具有良好的工艺实现能力；可以承受纵向压缩3600kN和拉伸2500kN的高强度；车体原材料在-40℃低温下具有良好冲击韧性值。
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司机室采用框架式结构，整体前窗采用多层导电膜电加热玻璃；两侧分别设玻璃侧窗和后视镜；两入口门厚重结实、密封性好，上部设上下推拉式玻璃窗与外界沟通；后墙中间为走廊门通向机械间，两侧设添乘座椅；司机室内装修为多孔铝板；整个司机室宽大舒适、气密性高、噪声隔离好。
司机操纵台环绕司机座椅布置，台面上的主要设备分为显示区、牵引控制区、制动控制区、照明控制区和气候控制区等几个区域，下部还设有风笛、无人警惕和撒砂的脚踏开关等。功能集中、明确，操控方便，满足单司机值乘要求。
为体现“以人为本”的设计理念，满足长交路、单司机值乘的需要，在机车的中部增设了两个专门的生活区，分别安装了冰箱、微波炉、热水器、独立卫生间、卧铺床、衣帽柜、座椅、照明灯等生活设施。生活间侧面有上下推拉式玻璃窗与外界沟通，前后设门与车内走廊和机车风挡渡板相通。生活间内部按包厢式结构装修，顶置式空调和电暖风机可保证在-40℃的环境条件下室内温度保持在+20℃左右。
HXD2机车涉及的国际和国外标准面广量大，主要包括：ISO、IEC、UIC、EN、NF、DIN及ASTM标准等，基本涵盖了机车设计、制造的全部领域，基本形成了完备的先进标准体系平台。
机车结构设计的最大特点是采用国际上先进的模块化设计方法，以维修要求为导向、以功能体系为基础，将机车产品按照功能划分为多个层次的子功能，然后将各子功能用形式关系加以表达，其关键在于采取系统的方法根据用户的需求和大秦线的技术特点定义出机车产品的有效的功能模块或功能分块，从而建立对应的产品体系结构。机车总体结构的模块化设计提高了产品形式的可塑性，拓展了产品种类并加快了新产品的更新速度，有利于提高产品的标准化、系列化、可维护性和可使用性程度，完全符合铁道部对机车车辆现代化提出的指导方针和基本原则。HXD2机车模块化设计流程与结构见图2.3和图2.4。
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