摘  要：介绍了内电共平台机车技术的设计思路，分析了电传动系统的拓扑结构，针对各系统的结构和功能性特点，进行了功能性模块划分，最后提出了内电共平台机车的应用模式。

关键词：内电共平台;拓扑结构;功能模块;机车应用模式

0    引言

我国铁路干线幅员辽阔，电气化率已达到60%以上，但在东北、西北、高原等偏远地区仍无法实现电气化，只能维持内燃运输。机车运用部门除了要考虑机车的安全性、可靠性外，在机车购置维修成本、备件存储方面也面临重要选择。基于这种情况，开展内燃机车和电力机车融合设计，满足共用一个机车平台的要求，实现模块化简统设计，不仅有利于制造企业的发展和生产，对于运用部门的使用、检修和维护也极其重要，是未来机车的一个发展方向[1]。

1    内电共平台机车技术的设计思路

内电共平台机车的设计研发理念就是在既有内燃机车和电力机车平台基础上进行设计，实现共用一个机车平台，对机车各系统在兼顾差异性基础上进行融合，实现内燃机车和电力机车相同功能模块的共用互换，不同功能模块考虑如何实现模块的替换安装及空间合理利用。

2    内电共平台机车的电传动系统拓扑结构

2.1    既有内燃机车电传动系统拓扑结构梳理

我国交流传动内燃机车主要有HXN3/HXN5系列机车、3000马力混合动力系列机车，电传动系统的主拓扑结构为：柴油机→主发电机→三相整流模块→机车牵引变流系统+制动电阻→机车牵引电机[2]。

2.2    既有电力机车电传动系统拓扑结构梳理

我国交流传动电力机车主要由HXD1、HXD2、HXD3等系列机车构成，分为两种拓扑结构：（1）采用主辅一体化和TCN网络拓扑结构形式;（2）采用主辅独立绕组供电模式，车内设备采用RS485总线形式，外重联采用以太网形式。主电路拓扑结构为：网侧受流设备→主变压器系统→机车牵引变流系统→机车牵引电机。

2.3    内电共平台机车的电传动系统拓扑结构

2.3.1    拓扑结构

基于我国既有内燃机车和电力机车等机车产品平台特点，进行电传动系统拓扑结构的优化组合设计，形成以下内燃机车电传动系统的拓扑结构：柴油机→主发电机→三相整流模块→机车牵引变流系统+制动电阻→机车牵引电机。

内电共平台下的电力机车电传动系统拓扑结构基于既有电力机车，并兼顾内燃机车，使整车牵引变压器由6个牵引绕组和2个辅助绕组构成，满足牵引变流器和辅助变流器独立绕组供电模式，实现机车轴控运行。变流系统由两个变流柜构成，每个变流柜由3个独立的牵引变流器、一个辅助变流器及一组辅助电源的L/C滤波装置共同集成构成。

2.3.2    牵引变流系统

在电力模式下，如图1所示，电能由接触网提供，经受电弓等高压设备进入主变压器，并通过主变压器牵引绕组进入变流回路，并最终供给牵引电机。辅助直接从中间直流环节取电，进行电源变换后送给辅助负载。

在内燃模式下，如图2所示，电能由柴油机主发机组提供，经过整流模块整流后汇入中间直流环节，一路给三个牵引电机供电，一路送给辅助，与电力模式下一致。

3    机车功能模块划分及牵引性能

经过近几十年的快速发展，铁路机车产品已日趋成熟。为进一步适应行业的发展趋势，缩短供货周期，提高产品的可靠性和设计质量，降低用户的检修维护成本，对内电共平台机车要采用模块化的设计理念进行研发。

内电共平台机车应按照实现最大一致性的总体布置进行设计，并按照相同功能和不同功能进行模块化的划分。

3.1    总体布置

内燃、电力采用统一的总体布置方式，设备采用模块化设计，最大限度实现部件的通用，对不能通用的部件采用相同安装接口，实现在同一车体下的安装，如图3、图4所示。

3.2    内电共平台下的相同功能模块

（1）制动系统：共用相同的制动柜、基礎制动单元、风源系统等。（2）行车安全系统：共用相同的监控系统。（3）转向架系统：共用相同的转向架系统。（4）司机室：兼顾内燃机车和电力机车的控制需求进行兼容设计，满足通用互换性。（5）通风系统：针对牵引电机通风及变流系统通风，实现该部分的通用互换。

3.3    内电共平台下的不同功能模块

根据内燃机车和电力机车各自的电传动系统拓扑结构，分别将电源变换装置以动力包形式进行组合、集成和打包设计：对于电力机车，其专用的能量变换装置集中安装在机车的中部，构成电气动力包;对于内燃机车，由柴油机和主发电机等构成柴油机动力包。辅助系统是电力机车和电传动内燃机车均必须具备的系统，分别构成电气辅助包及柴油机辅助包。内燃机车和电力机车的辅助包机械安装接口一致，可实现互换。

3.3.1    电气动力包

电力机车的电气动力包由牵引变流器、复合冷却装置、高压设备柜、牵引变压器集成组合。所有部件均有良好的可维护性，按区域设置维护通道。

3.3.2    柴油机动力包

柴油机和主发电机刚性相连，并在机车上按传统方式布置。空气滤清器、柴油机和主发电机有效地整合在一个单元内，把这一部分称为柴油机动力包[3]。该动力包与机车车体的机械接口与电气动力包相同。在柴油机动力包下方安装燃油箱（替换电力机车的主变压器）。

3.3.3    辅助传动装置包

辅助传动系统以一贯的方式集成在一个空间内，称之为辅助传动装置包，采用相同的机械接口;对于同样功能的辅助包，也可以采用相同的电气接口[3]。

高度集成的连接装置及一目了然的部件布置，加上控制系统的诊断能力，可保证产品在检验和维修方面达到前所未有的效果[3]。

3.4    通用互换性

基于相同及不同功能模块的设计，汇总整理部件的通用互换性，如表1所示。

3.5    机车牵引性能

内电共平台机车在未来主要的应用环境是快捷货运，针对此应用环境进行了机车模拟牵引能力计算，如表2所示，结果表明，不论电力还是内燃模式，均能满足牵引3 000 t列车以时速160 km运行的要求。

4    平台机车应用模式

平台下产品可实现不同地域、不同编组的宽广域快捷货物运输，可满足3 000 t编组运输需求。

搭建内电共用技术平台，在同一平台下实现内燃、电力两种车型，可以满足未来铁路运输市场对两种机车的需求，同时也可最大程度上实现部件的通用性，实现内燃机车和电力机车生产的快速转换，节约生产、维护成本，提升企业市场竞争力。

[参考文献]

[1] 王勇智，张大勇.交流传动技术的发展及在我国的开发应用[J].内燃机车，2002（10）：1-4.

[2] 王强.大功率交流传动内燃机车产品技术平台的建立[J].铁道机车车辆，2011，31（2）：11-15.

[3] BUSCHER M，KOCK F，韩才元.庞巴迪公司TRAXX机车集成平台[J].国外内燃机车，2007（4）：7-15.

收稿日期：2020-06-10

作者简介：杜静远（1986—），男，河北石家庄人，工程师，研究方向：铁路机车车辆设计。