01 第一章 概述

第1章概述第1节项目背景改革开放以来,特别是进入新世纪以来，中国国民经济持续快速增长，经济总量已上升至世界第四位,对交通运输基础设施建设发展提出了更高要求。

但与国民经济发展形势以及其他交通方式相比，我国铁路建设和发展严重滞后，运输生产力不适应经济社会发展的矛盾非常尖锐，铁路运输能力的严重不足已成为制约中国经济发展的“瓶颈”。

为尽快解决当前问题，加快提升铁路技术装备水平是必然选择。

纵观世界各国的发展历程，重载铁路有着非常高的效率和效益。

世界上幅员辽阔、矿产资源丰富的国家，如：美国、加拿大、澳大利亚、南非、巴西等都已采用重载技术，特别是通过提高重载铁路的技术装备水平来实现更高的运输效率和经济效益。

近20年来，我国铁路技术装备水平得到了前所未有的改变，但由于历史的原因，整体上只相当于发达国家上个世纪70年代的水平，差距很大。

铁路技术装备的现代化已经成为需要迫切解决的问题之一。

根据国务院提出的“引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌”的总体方针，铁道部确定了实施我国铁路技术装备现代化的具体方案。

这就是：充分发挥我国铁路巨大的市场优势，以国内优势企业为主体，瞄准世界铁路装备技术制高点，锁定当今国际上最先进、最成熟、最可靠的技术，进行引进消化吸收再创新。

用较短的时间和较小的代价，实现中国铁路技术装备现代化。

作为中国铁路电力机车主要的研发单位和主要供应商之一，中国北车集团大同电力机车有限责任公司（以下简称“同车公司”）经过与国际知名的机车车辆企业的深入接触和比选，在多次产品技术交流和实地技术考察的基础之上，选定法国阿尔斯通交通股份公司作为合作伙伴。

铁道部于2004年6月18日发出了《大功率交流传动电力机车采购和技术引进项目》的招标邀请，同车公司和阿尔斯通公司全面分析了中国铁路现状，决定采用阿尔斯通公司最先进的的PRIMA TM技术平台，即以PRIMA 3U15机车作为大功率交流传动机车的原型车联合投标。

2005年2月25日双方与铁道部共同签订了“大功率交流传动电力机车采购和技术引进项目”合同。

进口机车采购合同项下12台机车由阿尔斯通生产；散件进口国内组装机车采购合同项下36台机车，从国外进口大部件，由同车公司组装；国内制造机车采购合同项下132台机车，绝大部分部件在国内生产和组装；技术转让合同规定了转让内容为机车组装、车体、转向架、主变流柜、牵引电机、主变压器、系统柜、辅变流柜、通用柜、开关装置等技术。

PRIMA TM系列机车是阿尔斯通集百年研发和制造机车经验推出的技术最先进车型，也代表了目前国际交流传动技术的最高水平。

PRIMA系列机车其成熟性、可靠性经过了验证，得到法国国铁的大量订单。

大功率交流传动电力机车是基于阿尔斯通PRIMA 3U15（BoBo437000）机车结合中国线路具体情况改进设计的8轴双节大功率交流传动干线货运电力机车，优化了结构和配置，延续了模块化、系列化的设计理念，牵引变流系统采用轴控模式，加装美国GE公司LOCOTROL 分布式无线重联装置，是目前中国铁路功率最大的机车（10MW）。

大功率交流传动电力机车的设计主要依据作为合同重要组成部分的总技术规范。

合同总技术规范是在铁道部的统一领导下由中国铁路的技术专家组编制完成的。

同车公司的技术专家应邀参加了合同总技术规范的编制并就大功率交流传动电力机车与中国国情、大秦线线路特点以及司机操控习惯的适应性改造等提出了许多建设性意见。

同车公司技术人员通过三次设计联络、多次技术交流等形式，与阿尔斯通公司共同完成了机车的总体设计和分系统设计，2006年底同车公司派专人赴法国阿尔斯通公司贝尔福工厂就机车的控制系统等子系统的设计进行了联合设计。

同车公司为12台原装进口机车设计并制造了顶盖、生活间、信号柜、蓄电池柜、工具柜、排障器、风挡等部件出口到法国并对部件进行了强度与刚度有限元分析及型式试验。

大功率交流传动电力机车项目的实施，还使同车公司引进了世界一流企业的先进技术，具备了消化吸收再创新的良好技术平台。

为实现本土化生产、真正打造中国品牌的最终目标，通过双方成功的合作，充分利用难得的机遇，同车公司2型机车的国产化工作取得了巨大成致力于全面掌握引进技术的核心和本质，HXD果。

在确保不降低技术标准的前提下，不仅完成了合同规定技术转让部分部件技术消化吸收和国内制造任务，而且成功地实现了大部分进口关键采购部件的国产化。

鉴于中方在大功率交流传动电力机车项目方面做了大量卓有成效的工作，并且中方已经通过技术受让的方式获得了大功率交流传动电力机车的关键技术而拥有了自主知识产权，同时为更好贯彻中国铁路快速发展，建设“和谐”铁路的根本宗旨，2006年年底铁道部将在本次通过技术引进招标采购的大功率交流传动机车统一命名为“和谐”型机车，同车公司-阿尔斯通设计制造的机车顺序命名为“和谐电2”（HX2）型电力机车。

D2机车于2006年底在法国阿尔斯通公司贝尔福工厂下线，并于2007首台HXD年1月21日运抵中国北京，开始在中国的型式试验。

2007年9月15日HXD2型0001号机车以及0003号机车作为陪试机车在北京铁道科学研究院环行道试验基地完成了试验大纲所规定的全部试验项目。

2007年5月18日首台国内组装HX20013号机车在同车公司下线，同车公司、阿尔斯通公司将按照合同进度向用D户交付质量合格的机车。

第2节原型车介绍1总体介绍PRIMA TM系列机车是在上世纪90年代，欧洲铁路对机车的通用性提出了更高的要求后，阿尔斯通公司为满足客、货运机车长线跨境运输而推出的机车综合平台，该平台可以覆盖200km/h速度以下的各型客货运电力、内燃机车，对于电力机车还适用于多种电压制式(PRIMA 3U15为三流制机车，包括3种电压制式DC 1.5kV，AC 15kV 16.7kV，25kV 50Hz；PRIMA 6000为四流制机车还增加了DC 3kV电压制式)。

PRIMA TM机车系列在设计时就考虑了通用化、模块化的设计理念，该系列机车上使用的大部分部件不但在电力机车上使用过，还在内燃机车上使用，特别是机车的车体结构和牵引传动系统都已经广泛使用，并通过长期充分的验证。

机车的设计充分考虑了舒适性，符合人机工程学的要求：首先人机交互界面采用图形化显示，使司乘人员更容易掌握机车的操作；其次，司机室的设计充分考虑了减少司乘人员在操作过程中的疲劳，尽量减少冲击和振动对司乘人员的影响。

PRIMA 3U15电力机车是HX D2机车的原型车，采用BoBo结构、三种电压(25 kV，50 Hz；15 kV 16Hz 2/3；1500 V DC), 额定功率为4200kW。

机车两端设有两个司机室，最高运营速度为140 km/h, 启动力为320 kN。

该机车已获得正式批准，可以在法国和德国铁路网上运营，为了能够在其它欧洲铁路上运营，还安装了相应的信号设备。

PRIMA 3U15属于阿尔斯通PRIMA TM机车系列，配备标准化、模块化部件，其中大部分部件已由SNCF（法国国铁）应用于PRIMA BoBo427000机车。

PRIMA 3U15机车用于法国和德国之间的货运运输，机车在SNCF编号为BoBo437000。

PRIMA TM机车系列的牵引驱动单元基于水冷IGBT变流模块。

PRIMA 3U15机车采用了IGBT 3.3 kV模块。

机车的传动系统在设计时就充分考虑了局部故障对机车运行造成的影响，并通过轴控和设备冗余等方式降低故障造成的影响。

两个司机室通过700 mm宽的中央走廊连接在一起，所有的设备组件均安装在走廊的两侧，增加了设备的易接近性。

安装在侧墙上的维修门可使日常维修人员进入中央走廊，并迅速拆除功率模块等大部分设备。

只有少数的维修操作需要吊起机车顶盖，从而减少了机车寿命周期成本。

车载计算机系统可诊断故障及进行维修作业提示，明确界定需维修的零部件。

机车车体设计具有碰撞吸收功能，从而增加司机的安全性并可大大减少由维修作业导致的停运时间。

PRIMA 3U15机车主要技术参数：轴式BoBo网压DC1.5kV，AC15kV 16.7Hz，AC25kV 50Hz 轮周功率4200kW再生制动功率/电阻制动功率4200kW/2600kW起动牵引力/持续牵引力320 kN /252 kN最大速度/持续速度140km/h /57km/h最大制动力130kN变流模块IGBT辅变流电压400 50Hz蓄电池电压110V限界UIC 505-1总长度19 520 mm转向架中心间距10 060 mm最大宽度 2 850 mm降弓高度4310mm轨距1435mm轴距2600 mm轴重22.5t轮径新轮1150mm/到限轮1070mm牵引/制动特性曲线如下：-150-100-5005010015020025030035020406080100120140Speed (Km/h)E f f o r t a t w h e e l r i m (K N )图 1-1 牵引/制动特性曲线2 外部接口2.1 轨面条件PRIMA 3U15机车轴式为BoBo ，适用于标准轨距线路。

机车轴重为22.5 t ；实际轴重可根据客户的要求调整。

转向架轴距为2.6 m ，具有较好的稳定性及曲线通过能力。

2.2 机械限界PRIMA 3U15机车限界符合UIC 505的要求。

2.3 与接触网的接口2.3.1 电气接口PRIMA 3U15 机车可设计在UIC 600 和EN50163规定的接触网电压范围内运行，额定电压如下：- 25 kV 50 Hz- 15 kV 16.7 Hz-1500 V DC2.3.2机械接口在标准设计中，接触网最大高度为6 500 mm，最小高度为4 600 mm。

在重联运行情况下，升起的受电弓之间的距离满足UIC 606-2有关无电区的要求。

2.4天气条件PRIMA 3U15 机车的设计可实现在外部环境温度-25 °C 至+ 40 °C的条件下运行。

符合标准EN 50 125 –1, IEC 1376 § 7, NF F 01 510的要求。

2.5电磁干扰PRIMA 3U 15机车的设计尽量减少对固定信号设备及通信系统的干扰，可实现电磁辐射的最小化。

此外，可使该设备免受外部设备正常电磁干扰，符合NF EN 50 121-1、NF EN 50 121-2 和NF EN 50 121-3-1 标准。

2.6与列车的兼容性以下设备可装配在机车上对列车进行联挂作业：-气动连接，符合UIC 648。

-一个车钩和缓冲器系统，符合UIC规则。

3性能3.1功率因数在额定电压下，实际功率一旦大于最大功率的25%，则功率因数就大于0.9；实际功率一旦大于最大功率的50%，则功率因数就大于0.97。