HXN3B型内燃机车是4400马力交流传动调车内燃机车,是连车公司于2011年,在原铁道部科技研究开发计划课题招标中中标,并根据与原铁道部签订的科技研究开发计划课题《交流传动机车关键技术深化研究——交流传动调车机车技术方案研究)合同(课题编号2011J010-B),以及原铁道部科技司下发的“4400马力交流传动调车内燃机车设计任务书”而研制的机车产品,机车型号为HXN3B,适应中国铁路的路网性和区域性编组站的使用环境,是现代化的交流传动调车内燃机车HXN3B型内燃机车额定功率3250kW(4400马力),轮径为1250mm,轴重25t,轴式Co-C0最高运行速度100km/h,最大启动牵引力560kN,持续牵引力540kN:最大电阻制动力300kN,恒功率速度范围19~120km/h,通过最小曲线半径为100m:该型机车采用12V265柴油机,柴油机最大运用功率3500kW。该型机车在车轮全磨耗状态下,仍能发挥最大牵引力,同时满足过驼峰作业要求。能够安全通过峰顶最小竖曲线半径为300m的驼峰,并保持车钩连挂的可靠性。该机车沿用了HXN3机车主要技术特点和成熟结构,是大功率交流传动内燃机车技术平台的拓展,搭建起新代交流化调车机车技术和产品平台。截至2015年12月底,共计生产交付机车136台,其中,连车公司生产116台,车号为:0001~0116,二七厂生产20台,车号为:6001~6020,分别配属哈尔演、沈阳、呼和浩特、郑州、武汉、济南铁路局所属机务段承担路网大型编组场站的调车任务。

HXN3B型内燃机车采用单司机室、外走廊、整体式油箱、底架承载式结构。底架上部分为7大部分,依次为辅助室、司机室、电器室、通风室、动力室、冷却室、制动室,各部分与底架活连接,同时底架可以进行预布管。机车长端为前进方向端。辅助室钢结构为罩式结构,与司机室整合为一体,内部主要布置有监控柜、6A系统、接触器和断路器柜等部件,设备布置留有足够的检修和维护空间。司机室为悬浮式结构,设置有两个具有同样操作功能的操纵台,分别设在司机室中心对称两侧端。司机室内宽敵明亮,司机能够方便的接近司机室内的每一个部位。主司机位布置于可机室的左前侧电器室为整体式结构,可以进行预组装,组装完成后再与底架螺栓连接。内部布置有牵引逆变器,低压电器部件,高压电器部件、功率元件和通风道、微机主机箱等。通风室主要设备有Ⅱ转向架章引电机通风机、牵引发电机通风机、电器室通风机、除尘机以及柴油机风启动控制模块和放电电阻等动力室主要设备有柴油发电机组、膨胀水箱及相关系统管路等。动力室两侧侧墙靠近主发电机位置设有柴油机进气通风道,内部设有二级空气滤清装置冷却室设有冷却架构、I转向架牵引电机通风机、润滑油泵、燃油泵、润滑油和燃油滤清器及相关的系统管路。大片式散热器为顶置式安装制动室内设有两个螺杆式空压机组、两个干燥器及空气系统相关管路、第一总风缸等机车下部的布置为两个结构相同的三轴转向架,两转向架中间是整体式燃油箱,燃油箱的两端是第二总风缸和柴油机启动风缸,燃油箱可用容积为7500dm³,蓄电池箱嵌入在整体燃油箱两侧并用螺栓连接。

(1)牵引电路HXN3B型内燃机车牵引电传动系统主要由牵引发电机、牵引整流单元、牵引逆变器、牵引七电机、电阻制动装置等组成机车交流牵引传动系统采用转向架控制方式。主发电机的电枢为双绕组,两套绕组发出三相交流电,分别经两组相互独立的、集成在主发电机端部的牵引整流单元转变为高压直流电,高压直流电再通过牵引逆变器逆变为三相交流电为一台转向架上的三台并联的牵引电机供电。机车配置一个圆形、顶置的电阻制动装置,由一台直流电机驱动的冷却风扇进行冷却电阻制动装置可完成3500kW的自负荷试验。

(2)牵引发电机及辅助发电机机车装有一台Y11A型三相同步发电机。该发电机采用牵引、辅助发电机一体化结构牵引发电机和辅助发电机机械连接在一起,但电气上相互独立。他们安装在同一个发电机机体内部,同轴连接,由机车柴油机拖动。辅助发电机位于靠近柴油机的一端。牵引发电机与整流器集成在一起辅助发电机输出三套交流电源,主输出(1-2-3)为交流辅助传动系统的冷却风扇电机空压机电机、牵引通风机电机供电;辅助输出(4-5-6)为蓄电池充电、照明等辅助用电电源:中间抽头输出(7-8-9)为牵引发电机励磁绕组供电。发电机采用强迫通风冷却结构,冷却空气先冷却集成于发电机端部的牵引整流装置,之后进入主发电机内部,分别对牵引、轴助发电机定子、转子进行通风冷却。

(3)牵引逆变器机车牵引逆变器由牵引整流单元和牵引逆变器组成,其中牵引整流单元安装在牵引发电机的端部,牵引逆变器由单相功率模块、MPU控制板(在EM2000微机内)和接口模块构成。HXN3B型机车装有六个单相模块,每三个单相功率模块组成一台牵引逆变器,因此一台车上装有两台牵引逆变器。六个单相功率模块安装在电气间的顶部,由前牵引通风机提供空气冷却。牵引逆变器的MPU控制板通过接口模块控制安装在相模块上IGBT的驱动板。

(4)牵引电机机车装用三相鼠笼式异步牵引电机,电机最高转速3490r/min;该电机定子全叠片滚抱结构,200级绝缘,嵌线后进行真空压力浸漆,转子为鼠笼式,由铜导条与铜端环焊接形成鼠笼,在端环上有高强度优质合金护环。电机强迫外通风,冷却风从非传动端进入传动端排出;两端轴承采用绝缘结构,非传动端深沟球轴承定位,端盖处不设注油口,运行中不需补充润滑脂,可实现免维护运行,传动端采用圆柱滚子轴承油润滑结构,转子轴锥与小齿轮配合为内锥配合。(5)电阻制动装置机车电阻制动装置采用的是顶置式结构,每台车一个,安装在机车电阻制动间的上部,风向为下进上出,额定电压2700V(DC)、额定电流670A、额定功率2×1800kW。电阻制动装置内部由四个电阻单元分别构成两个彼此独立的电阻带电路,一个是前转向架牵引逆变器的电阻带电路,另一个是后转向架牵引逆变器的电阻带电路,一台风机电机直接安装在电阻单元的底部。

HXN3B型内燃机车YJ11A交流发电机机壳内除牵引发电机外,还包括一台辅助发电机,该助发电机不仅负责牵引发电机励磁,同时还负责为其他轴助设备提供电源,辅助发电机共有两组隔离线,一组线圈(2号定子)通过APC(轴助电源变换器)输出DC74V电源于蓄电池充电和机车控制用电等:另一组线(1号定子)采用了中间抽头的方式,提供两个不同电压等级的输出:一个为机车冷却风扇及各种辅机提供三相交流电源:另一个中间抽头的输出通过牵引发电机励磁斩波器为牵引发电机提供磁电流。辅助风机有直接驱动和变极控制照动两种方式;空压机由辅助逆变器驱动。HXN3B型内燃机车牵引发电机的励磁回路主要由折波器控制模块CCM实现,由辅助发电机4,5,6输出端输出三相交流电供给整流装置,在三相电和整流装置之间连接两个100AGENFLD断路器及两个GFC接触器进行保护,整流输出的直流电压为斩波器提供电压:同时斩波器通过辅助发电机4,5两个输出端检测轴助发电机输出电压的幅值和频率。交流牵引发电机励磁装置由整流装置、斩波器控制模块CCM及折波器组成,整流装置将辅助发电机发出的60~200V交流电整流为90~300V直流电,该直流电经过4400pF电容滤波,斩波器斩波后为交流牵引发电机提供可控的励磁电流控制电源和蓄电池充电绕组输出AC72~220V、27~83,3Hz的三相交流电源,经辅助电源变换器APC整流变压输出DC74V控制电源,为控制系统、蓄电池充电、照明、启动燃油泵、电暖器、司机室风扇、空调逆变器等供电。所有主要用电设备均采用微机控辅助设备供电绕组输出AC136~420V、27~83.3Hz的三相交流电,直接驱动前后牵引通风机电机、一个牵引发电机通风机电机、两个冷却风扇变频电机、经逆变器供电的两个空压机电机、一个电器柜通风机电机等。

HXN3B型内燃机车EM2000微机系统由各个功能模块组成。EM2000微机系统设有DIO(数字量输入输出)、ADA(模数转换)、ASC(模拟信号调节)等外设模块,检测机车各个模拟量和数字量输入。上位机CPM模块根据机车不同的工况控制外设模块输出数字量和模拟量,控制机车各个子系统功能。同时给下位机MPU发出给定指今,控制机车牵引主传动性能。FIRE显示屏为整个微机网络系统提供显示终端,并提供人机交互平台机车采用CAN总线结构作为机车主网络,车载微机通过CAN总线与冷却风扇进变器空压机逆变器、电喷系统、FIRE显示屏进行通信。两个操纵台上的FIRE.显示屏通过以太网路由器连接,采用以太网通信方式。FIRE显示屏可根据具体需要,配置串口通信和LONWORKS通信,与相关子系统或设备交互。

HXN3B型内燃机车车体采用底架承载外走廊单司机室结构。司机室采用悬浮式整体独立结构,司机室与车间底架之间通过设置减振元件隔离来自柴油机等车内设备所产生的振动和噪声。机车周边布置走台板及登车和安全扶手。辅助室和司机室为一体结构,电器室、冷却室、制动室为整体结构,通风室、动力室顶盖为可拆卸结构,侧墙也采用可拆式结构。机车燃油箱采用与底架一体的整体式结构,燃油箱总容量可以达到7500dm³底架结构满足3000kN纵向压缩载荷和2500kN纵向拉伸载荷而不发生水久性变形的强度要求;车体焊接执行EN15085焊接标准。底架侧梁上设有四个吊车销孔,并在前后端牵引梁上设有四个救援用的吊车座;牵引拉杆座底部设有四个架车支承座和供检修用的四个支承点:车体与转向架之间设有备用的连接装置,以便在需要时将车体同转向架一并吊起;车体两端前下部安装排障器,车体前端结构保证在不拆除排障器的情况下能方便地更换车钩及缓冲器采用102型车钩和NC390型缓冲器,同时装有上作用式两侧手提杆,连接轮廓符合TB/T2950标准要求,车钩结构形式与TB/T3044、TB/T3046标准规定的车钩兼容。

HXN3B型内燃机车Co-Co转向架主要组成包括构架、轮对电动机悬挂装配、轮缘润滑扫石器装配、二系悬挂(支承)装配、基础制动装置、牵引装置、一系悬挂(轴箱)装配、转向架配管等。一系悬挂系统为圆钢弹簧加橡胶减振垫及油压减振器,二系悬挂系统为四点橡胶堆旁承,辅以横向减振器和抗蛇行减振器;轴箱定位采用单轴箱拉杆及轴箱弹簧定位。牵引装置是一个四杆机构,使转向架与车体连接在一起,传递牵引力和制动力。牵引电机采用轴悬式悬挂电机一端通过轴瓦悬挂在车轴上,另一端通过弹性吊杆悬挂在转向架构架上车轮采用1250mm轮径,提升了机车的底部通过高度。

HXN3B型内燃机车采用CCBII型微机控制空气制动系统。风源系统采用螺杆式压缩机和双塔式干燥器。制动管路采用不锈钢管,卡套式管接头。制动功能包括自动空气制动、单独制动、紧急制动、采用弹簧储能的停放制动和电阻制动。具有电阻制动与空气制动联镜功能基础制动装置采用单侧的踏面单元制动器,每轮一套单侧单闸瓦制动装置,带有瓦间原自动调整器,具有弹簧停放功能辅助控制部分由柴油机空气启动系统、柴油机油气分离器、停放制动控制、轮缘润滑控制、喇叭控制、撒砂控制等组成,柴油机空气启动系统为柴油机启动提供动力源,在启动时可减少对电气部件的冲击。

HXN3B型内燃机车采用12V265柴油机,其设计以16V265H油机为技术平台,关键的动力组装配和16V265H完全相同12V265油机的主要部件包括机体装配、曲轴装配、动力组装配、凸轮轴装配、传动机构、配气机构、泵支承箱装配油底壳装配、增压系统、润滑油系统、水系统、燃油系统、控制系统、启动系统等机车润滑油系统(或称柴油机外部润滑油系统)与柴油机内部润滑油系统连接为一体,共同构成完整的润滑油循环系统,对柴油机运动部件发挥润滑、冷却、清洗、密封及防锈等作用系统主要由启动润滑油泵电机组、主润滑油泵、润滑油粗租滤器、润滑油精滤器、增压器滤清器、润滑油热交换器、辅助润滑油热交换器、流量控制阀、逆止阀、截止阀及管路管件组成。润滑系统分为柴油机预润滑、主润滑、后润滑三部分预润滑系统是在柴油机启动之前,通过启动润滑油泵从油底壳吸取润滑油,再将这些润滑油注人到柴油润滑的主润滑油系统中,使润滑油充满管路,对柴油机的所有部件进行预润滑主润滑系统:主润滑油泵将润滑油从油底壳内抽出来,在泵口安装了一个安全阀,在冷机启动时以及在滤器等发生堵塞时安全阀可以限制系统内的最大压力,润滑油被输送到润滑油热交换器和辅助润滑油热交换器,两个热交换器为并联关系,其中润滑油热交换器放在高温水系统中,辅助热交换器放在低温水系统中。润滑油热交换器是可以满足较高的系统压力和流量。柴油机冷却水流过润滑油热交换器可以降低流入柴油机的润滑油温度。流向柴油机的润滑油和从散热器流回的水在润滑油热交换器中进行热交换。后润滑系统:在柴油机停机后,EM2000微机控制启动润滑油泵以顺时针方向旋转(电机以逆时针方向旋转),经过逆止阀A从柴油机的油底壳抽取润滑油,然后将润滑油输送到增压器滤清器。滤清后的润滑油进入两侧增压器的两条管路中,对增压器进行润滑15min燃油系统配有两个燃油输送泵:一个为电机驱动的启动燃油泵,是用于柴油机启动前为柴油机注满燃油而使柴油机能正常启动;另一个为机械驱动的主燃油泵,为柴油机正常工作时提供燃油。在冬季或寒冷地区由于燃油的温度过低而造成无法启动柴油机,因此在柴油机的高温水系统里放置了燃油预热器。当燃油温度低于24℃时,燃油经过燃油预热器被加热后进入柴油机。当燃油温度高于24℃时,燃油不经过燃油预热器而直接进入柴油机,燃油是否经过燃油预热器是由温控阀来控制的。根据柴油机所需冷却的零部件、润滑油及増压空气的不同要求,冷却水系统分为两个部分,即冷却柴油机气缸套、气缸盖及润滑油的为高温冷却水系统,或称柴油机冷却水系统;冷却增压空气的为低温冷却水系统,或称中冷水系统。在冷却水系统中安装有膨胀水箱。膨胀水箱上安装有水表可以检查冷却水的液位。随着系统温度的升高,系统中冷却水膨胀,同时压力增大。由于冷却系统压力的増加导致冷却水的沸点增高,在膨胀水箱上安装了138kPa(20psi)压力阀冷却系统中的主要部件都安装在冷却间内。冷却间的侧面为气动百叶窗,散热器安装于顶部的冷却室钢结构中,冷却风扇安装于散热器的底部,膨胀水箱安装于动力室与冷却室的隔墙上。冷却水系统最低位置设有自动排水阀,当系统水温过低时,自动排水阀开启将系统中冷却水排出,防止设备及管路冻裂。机车空气滤清系统由三级滤清元件组成。第一级为多孔板压成的V形波浪网,第二级为两个惯性滤清器,分别安装在空气滤清间车体的侧墙上。第三级为柴油机空气滤清器,安装在主发电机上。当柴油机运行时,空气滤清间的各个门都是关闭的,空气只能从惯性滤清器进入,然后在通过柴油机空气滤清器,最后进入柴油机。