J5 Series

和谐N3 (HXN3)

交流传动大功率货运机车 (EMD技术)

20086,000 hp120 km/h150 t

HXN3是中国北车集团大连机车车辆有限公司引进美国EMD(Electro-Motive Diesel)技术生产的大功率交流传动内燃机车。技术原型为EMD SD70MAC/SD90MAC——北美铁路最成功的交流传动内燃机车平台。HXN3搭载16V265H型柴油机,这是EMD设计的二冲程中速柴油机:V16、缸径265mm、冲程300mm、额定转速1,000rpm。二冲程柴油机每转一圈完成一个做功循环(四冲程需两圈),因此同等排量下功率密度更高——265H仅265L排量即输出6,000hp(四冲程约需280L排量)。采用IGBT交流变频传动系统(AC-DC-AC),6台交流异步牵引电机通过独立逆变器分别驱动6根动轴。最具特色的是HTSC径向转向架——通过曲线时转向架通过一系定位刚度的柔性设计,使三根车轴自动趋于曲线的径向方向,轮缘磨耗比传统转向架降低50%~70%。2008年起批量配属沈阳铁路局,在东北非电气化干线(如京哈、滨洲、通霍等线)担当重载货运主力。

16V265H——EMD 二冲程柴油机

二冲程柴油机曲轴每转一圈完成一个工作循环:活塞下行(扫气+压缩结束)→喷油燃烧→活塞上行(排气+扫气开始)。相比四冲程,同等排量可多输出约50%功率。但二冲程需扫气泵辅助换气,低负荷时扫气效率下降导致燃烧不稳定和蓝烟(未燃烧机油)。265H采用机械驱动的罗茨扫气泵+涡轮增压器的两级进气系统,额定功率6,000hp时燃油消耗率约205g/kWh。

IGBT 交流变频轴控传动

从交流发电机→整流为DC中间回路→6个独立IGBT逆变器→各驱动1台交流异步牵引电机。轴控方式:某轴空转时,系统在100ms内降低该轴逆变器输出频率来减小转矩,其余轴不受影响。粘着利用率0.36~0.38(直流传动仅0.28~0.30),在同样25t轴重下有效牵引力高约25%。

HTSC 径向转向架——曲线之王

EMD专利的HTSC(High Traction Sensor Controlled)径向转向架:通过曲线时,一系悬挂定位刚度的特殊设计使三根车轴自动趋于曲线的径向(而非平行),整个转向架像蛇一样「顺应」曲线。实测在R=300m曲线上轮缘力降低50%~70%,轮缘磨耗率从1.5mm/万公里降至0.5mm/万公里。在山区多曲线线路上,轮对寿命延长2~3倍。

中国化改进

针对中国铁路运用环境的改进包括:加强空气滤清系统(中国北方沙尘远多于北美)、增加燃油加热装置(冬季-40°C运用)、换装CCB-II制动系统替代EMD原厂制动系统、适配LKJ-2000列车运行监控装置和CIR通信设备。国产化率从初期约30%逐步提升至约75%。

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