HXD3型电力机车运用检修工艺设计

兰州交通大学毕业设计（论文）-1-1.绪论1.1课题背景随着近年中国经济持续增长，铁路货运需求随之大幅增加，铁道部有鉴于此，订购能单机牵引5,000吨的大功率机车，以应付货运需求。大连机车于2001年起就开发大功率交流电传动货运电力机车进行研究，2001年6月正式申报开发项目并获铁道部批准，最初定型为SSJ3，总体主管设计师是刘会岩。由于当时中国缺乏制造IGBTVVVF牵引逆变器等技术，因此大连机车选择与日本东芝合作研制新型机车，并于2002年9月成立合资公司，由东芝提供机车牵引逆变器及控制系统。这款机车是C0-C0六轴机车，采用了前后各一个三轴转向架、每轴装有一台1,200kW交流牵引电动机，整车输出功率为7,200kW。首台原型车编号SSJ3-0001，0001，于2003年年底完成，2004年4月26日由大连厂下线，并先后前往同蒲铁路和北京铁道科学研究院环形线进行一系列试验,，试验于7月4日完成。至2005年5月至6月间，SSJ3-0001车前往遂渝铁路参与“遂渝线200km/h提速综合试验”，负责货物列车试验、双层集装箱列车试验和5000吨货物列车制动试验，其中试验时牵引3100吨货车最高速度达到136km/h。及后这辆机车一直待在北京环铁，至2008年送回大连厂。首辆国产化机车于2006年12月8日出厂及交付使用。大连机车开始交付首批编号由30017起始的44台机车为“国产化”车辆，使用国产异步牵引电动机等部件，指其国产化比率达80%以上。首辆机车出厂曾被改称为“神龙1型”（SL1），之后不久铁道部将通过引进技术制造的国产化大功率机车统一改称为“和谐型”，而原来的神龙1型也改称“和谐型”，编号改为HXD3xxxx（HXD之后的第一个数字是生产厂商代号：3代表大连机车）。HXD3型电力机车外观图如图1-1所示图1-1HXD3型电力机车外观图兰州交通大学毕业设计（论文）-2-1.2国内外电力机车运用检修电力机车具有效率高、启动快、速度高、爬坡能力强等特点，运输能力很大，电源来自于水力发电，更为经济。但电力机车在运行过程中由于高速运行收到冲击振动、摩擦及腐蚀，经过一段时间的运行后，各部分构件都会发生磨耗、变形、老化或者损坏。而经常处于运动状态是，运动配合之间的构件或系统都有其出其故障极端、稳定工作阶段和磨耗损失阶段。当机车的零部件出现耗损失效时，便会发生故障，影响机车的正常使用，严重者甚至会影响行车安全。因此，为了保证机车正常工作，延长机车使用期限，对机车进行日常保养和检修是十分必要的。电力机车的日常维护保养是把机车处于萌芽状态的故障现象及时发现并处理，目前，电力机车的维修制度有两种。一种是定期检查，根据机车运行的走行公里或者时间来安排检修周期和修程。这种修程制度有利于检修部门有计划地组织生产，按照事先规定好的检修范围进行检修，便于管理；缺点是检修中盲目性很大，浪费人力、材料、设备较多。另一种是状态修，其主要依据是机车的实际技术状态，根据不同的技术状态确定检修周期和修程，这种检修制度的检修针对性强，能够节约检修成本，但必须有一个准确、及时的质量信息反馈系统，其管理难度也较高。我国电力机车的发展速度较快，但运用检修较为落后。机车发展成熟国家均已采用状态修，而目前在我国铁路各个机务段中主要采用的是定期检修制度，也有少数单位试行状态修制度。不过随着机车故障诊断记录系统的不断成熟以及机车功能模块化的逐步推广，配合更加全面的机车信息管理系统，我国未来逐步采取状态修的检修制度应该是完全可行的，它代表了机车检修管理发展的方向。1.3HXD3型电力机车的运用检修特点HXD3型电力机车是我国铁路普遍缺乏大功率电力机车时应运而生的，其运用检修和以往我国电力机车检修大部相同，但也有略微差异。根据铁道部运输局和谐型大功率机车原型车的检修周期及有关技术资料，结合我国和谐型大功率机车长交路、轮乘制的运用实际，并充分考虑机车主要部件的设计寿命、机车实际日走行公里、机车负荷率情况及橡胶件等部件的可靠性时间等因素，将HXD3型大功率电力机车检修修程分为：一级修、二级修、三级修和全面修四个等级。其中三级和全面修为基地修修程，一级、二级修为段修修程。检修周期：和谐型电力机车检修周应按机车构造特点、运用条件、实际技术状态、走行公里和当时的生产技术水平及经验来确定，和谐型电力机车各部分零件寿命及使用兰州交通大学毕业设计（论文）-3-期限都高于韶山型机车，其修期如下：一级修：4万～8万km；二级修：16万～32万km；三级修：80万～120万km；全面修：320万～360万km。各修程关系如下：全面修三级修三级修三级修全面修三级修二级修二级修二级修三级修二级修一级修一级修一级修二级修图1-2HXD3机车修程关系1.4研究课题的内容及意义随着我国铁路的不断发展，高速重载列车已经成为发展的一个趋势，而HXD3型电力机车作为大功率电机牵引机车的产生则迎合了这个趋势，其运用检修则成为一个新的课题出现在我们视线。通过此次对HXD3型电力机车运用检修的设计，简单编制出HXD3型电力机车的检修手册和运用保养说明书，从而较为深入的了解机车车辆的故障理论及我国机车检修体制的优缺点，熟悉电力机车的检修规程，为以后走上工作岗位打下基础。2.HXD3型电力机车简介2.1HXD3型电力机车主要特点HXD3型电力机车是用于干线牵引的货用电力机车，其最高速度为120km/h。其主要特点如下：1.轴式为C0-C0，电传动系统为直流传动采用IGBT水冷变流机组，1250kW大转矩异步电动机，具有启动（持续）牵引力大、持续速度高、黏着性能好、功率因数高等特点。2.每组变流柜内集成一台由中间直流回路供电的辅助变流器。整车提供2组VVVF和1组CVCF三相辅助电源，对辅助机组进行分类供电。该系统冗余性强，一组辅助变流器故障后可以由另一组辅助变流器对全部辅助机组供电。兰州交通大学毕业设计（论文）-4-3.采用分布式微机网络控制系统，具备了完整的故障保护、故障记忆及显示功能，并具有一定程度上的故障自排除、自动切换和故障处理指导功能，实现了机车的网络重联功能。4.总体设计采用高度集成化、模块化的设计思路，极大降低了雾、雪、粉尘等条件下的高压设备的故障率，提高机车的可靠性。5.车体采用整体承载的框架式焊接结构，有利于提高车体的强度和高度。6.转向架采用滚动抱轴承半悬挂结构，二系采用高圆螺旋弹簧，推挽式低位斜牵引技术，整体轴箱，小齿轮双端支撑驱动装置。7.采用下悬式一体化多绕组牵引主变压器，除牵引绕组外，还集成3台谐振电抗器，冷却方式为强迫导向油循环风冷。8.机车采用独立通风冷却技术，机车顶盖设有密闭风腔。每个转向架的3台牵引电机由1台通风机冷却；主变流器水冷和主变压器油冷采用水、油复合式冷却塔；另外还设置了车体通风机来保证机械间的微正压通风，以减少尘埃进入机械间。9.采用了集成化气路的空气制动系统，具有空电制动功能。机械制动采用轮盘制动。10.采用预布线、预布管技术，车内中间走廊的下层排列制动管路，中间层和上层排列动力电缆，控制导线及光缆排布在侧墙的线槽内。动力电缆和控制导线的分别布设可降低电磁干扰，提高控制系统可靠性。11.采用了新型的模式空气干燥器，有利于压缩空气的干燥，减少制动系统阀件的故障率。2.2机车主要技术参数2.2.1工作电源电流制˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙单相交流50HZ额定电压˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙25kV在22.5kV～31kV之间时，机车能发挥出额定功率，在22.5kV～17.5kV和17.5kV～17.2kV范围内机车功率按不同斜率线性下降，在17.2kV时功率为0；在31kV～31.3kV范围内机车功率线性下降至0。其功率输出曲线如图2-1。2.2.2功率因数当机车发挥10%及以上功率时功率因数≥0.98。2]sin24[11PPPFHOMHOMHOM兰州交通大学毕业设计（论文）-5-μHOM—额定工况的调制度。PHOMΨHOM—额定工况的功率和角度。额定网压下，在牵引工况发挥持续功率时的机车总效率≥0.85。图2-1HXD3型机车功率特性曲线2.2.3牵引性能参数电传动方式˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙交—直—交传动持续功率˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙7200kW机车速度：持续制速度˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙70km/h(23t轴重)˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙65km/h(25t轴重)最高速度˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙120km/h启动牵引力˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙520kN（23t轴重）˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙570kN（23t轴重）持续牵引力（半磨耗轮）˙˙˙˙˙˙˙˙370kN(23t轴重)˙˙˙˙˙˙˙˙400kN（25t轴重）恒功率范围˙˙˙˙˙˙˙˙˙70km/h～120km/h(23t轴重)˙˙˙˙˙˙˙˙˙65km/h～120km/h(25t轴重)动力制动性能参数：电制动方式˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙再生制动17.2kV17.5kV22.5kV31.0kV31.3kV网压100%功率输出(%)77.8%兰州交通大学毕业设计（论文）-6-电制动功率˙˙˙˙˙7200kW（70km/h～120km/h）(23t轴重)˙˙˙˙˙7200kW(65km/h～120km/h)(25t轴重)最大电制动力˙˙˙˙˙370kN(15km/h～70km/h)(23t轴重)˙˙˙˙˙400kN(15km/h～65km/h)(25t轴重)机车牵引特性为准恒速、恒牵引力控制（见图2-2）机车制动特性为恒制动力、准恒速特性控制（见图2-3）图2-2牵引控制特性曲线（25t轴重）图2-3制动特性控制曲线（25t轴重）01002003004005006000204060801001201N2N3N4N5N6N7N8N9N10N11N12N13N01002003004005006000204060801001201N2N3N4N5N6N7N8N9N10N11N12N兰州交通大学毕业设计（论文）-7-2.2.4主要结构尺寸轨距˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙1435mm轴式˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙C0-C0机车总重˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙138t(23t轴重)˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙150t(25t轴重)轴重˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙23+2t机车前、后车钩中心距˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙20846mm车体底架长度˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙19630mm车体宽度˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙3100mm车体高度˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙4100mm（新轮）机车全轴距˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙14700mm转向架固定轴距˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙2250+2000mm车轮直径˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙1250mm（新轮）˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙1200mm（半磨耗）˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙1150mm（全磨耗）受电弓落下时，滑板顶面距轨面高度˙˙˙˙4775±30mm受电弓滑板距轨面的工作范围˙˙˙˙˙˙5200～6500mm车钩中心线距轨面高度（新轮）˙˙˙˙˙˙880±10mm排障器距轨面高度˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙110±10mmHXD3型电力机车主要技术参数见下表：表1HXD3型电力机车主要参数HXD3型电力机车动力种类电力车辆建造大连机车、东芝、北京二七轨道交通装备型号HXD3UIC轴式C0-C0轨距1,435mm轴重23/25t总重量138/150t兰州交通大学毕业设计（论文）-8-电力系统交流25kV；50Hz牵引电动机东芝/永济VJ85Ax6传动交—直—交最高速度132km/h（试验）120km/h（营运）输出功率7,200Kw牵引力520/570kN370/400kN3HXD3型电力机车运用的常见故障及处理方法3.1受电弓故障现象：升不起弓或自动降弓。处理方法：1．检查升弓气路风压是否低于600Kpa。如