和谐3型内燃机车

背景

自2003年劉志軍出任中華人民共和國鐵道部部長後，提出並實施鐵路「跨越式發展」，以儘快縮小在鐵路機車車輛裝備上與國際先進水平的差距。2003年11月，中國鐵道部與中國南車、北車集團及其重點企業共同制定了《加快鐵路機車車輛裝備現代化實施綱要》，並選擇了6家機車製造企業作為引進先進技術和自主創新依託的主體。2004年1月，中國國務院常務會議通過了《中長期鐵路網規劃》；2004年4月，國務院常務會議研究通過的鐵路機車車輛裝備現代化實施方案明確指出，「加快我國鐵路運輸裝備現代化，要按照引進先進技術、聯合設計生產、打造中國品牌的總體要求，力爭在較短時間內，使我國機車車輛生產能力達到世界先進水平」。根據國務院確立的上述方針，中國國家發改委與鐵道部於2004年7月聯合下達了《大功率交流傳動電力機車技術引進與國產化實施方案》，正式開始了新型交流傳動大功率機車的採購過程。

引進

2003年，中國北車集團大連機車車輛有限公司被中國鐵道部列為鐵路裝備行業技術引進重點扶持的六強企業之一。2004年10月28日，中國技術進出口總公司《大功率交流傳動柴油機車採購和技術引進項目》詢價書正式發標後，在鐵道部的協調下，大連機車車輛公司選定了美國易安迪公司（EMD）作為合作夥伴，並進行廣泛接觸和交流，在先進技術轉讓、合作生產等方面達成共識。經過為時近一年的商業談判後，6000馬力大功率交流傳動柴油機車採購和技術引進項目合同簽約儀式於2005年9月1日在北京舉行，大連機車車輛有限公司與易安迪公司獲得中國鐵道部的300台大功率柴油機車訂單，合同總金額66.42億元人民幣，雙方權益大致各占合同額的50%，合同於2005年11月18正式生效。同時，大連機車研究所與易安迪公司並正式簽署了大功率交流傳動柴油機車交流傳動控制部件和車載微機網絡控制部件的技術引進合同。

研製

按照合同規定，大連機輛公司與易安迪公司聯合設計、分工製造部件，300台機車全部在大連組裝，第一階段75台機車為散件進口國內組裝，第二階段225台機車為國內製造，並逐步增大國產化比例；大連機輛公司自合同生效後25個月開始向中國鐵道部陸續交付機車，至第49個月（2009年12月）全部交付完畢。易安迪公司對該型機車的代號為JT56ACe，其中「J」代表雙司機室、「T」為渦輪增壓發動機、「5」代表「H」系列柴油機、「6」代表16個氣缸、「ACe」代表交流傳動系統。經中國鐵道部批准，新機車被定型為HXN3型，其中「HX」是「和諧」的漢語拼音首字母縮寫、「N」代表柴油機車、「3」代表大連機車車輛公司的生產廠商代號，通稱為「和諧」3型柴油機車。HXN3型機車是在易安迪公司為北美市場提供的SD70MAC、SD90MAC型柴油機車基礎上，根據中國鐵路技術規範改進設計後的6000馬力交流傳動貨運柴油機車，機車軸式Co-Co，軸重25噸，採用雙司機室內走廊整體承載結構車體、電子噴射柴油機、IGBT牽引變流器、「EM2000」微機控制系統等技術，可在平直路線上單機牽引5,000噸貨運列車，最高運用速度為120公里，大修周期由以往中國國內其他柴油機車的90萬公里延長到180萬公里。 
HXN3型機車的技術轉讓內容包括機車總成及試驗、車體、轉向架、柴油機、主副發電機、牽引逆變器、各種輔助電機、制軔系統、輔助系統、交流傳動系統及微機控制系統等核心技術。大連機輛公司通過對引進技術的消化吸收，300台機車的國產化率由初始階段的17%逐步提高到82%。2006年9月，中國鐵道部、大連機輛公司、易安迪公司在北京進行了機車設計聯絡會；同年10月又在美國易安迪公司進行了第二次設計聯絡會。2007年8月，機車樣車進入試製階段。

試驗

2008年7月2日，首台HXN3型柴油機車在大連正式下線，易安迪公司並派出四位副總裁參加機車的下線儀式。2008年9月底，經過近兩個月的廠內調試後，HXN3型0001號機車被送往中國鐵道科學研究院北京環形鐵道試驗基地，開始進行安全評估試驗和綜合性能試驗。2008年11月中旬，該台機車在鄭州鐵路局管內的京廣鐵路鄭州至安陽間、太焦鐵路新鄉至晉城北間進行機車型式試驗，對機車運行的安全性、舒適性和走行部主要部件的動應力與疲勞壽命進行評估。2008年12月至2009年3月間，0001號機車在哈爾濱鐵路局管內進行了冬季抗寒試驗，在伊圖里河、漠河等地順利完成了最低氣溫達零下攝氏40度的低溫實驗；機車完成抗寒試驗後返回大連。2009年8月，HXN3型0001號機車赴蘭州鐵路局管內蘭新鐵路打柴溝至武威南間進行冷卻能力試驗，並在打柴溝、敦煌站內進行了海拔功率考核。

運用

2009年3月，HXN3型機車開始批量配屬瀋陽鐵路局通遼機務段，擔當通霍鐵路、大鄭鐵路、平齊鐵路等幹線的煤炭重載列車牽引任務，單機牽引10,000噸，一台HXN3型機車足以代替兩台東風4C型機車。2010年9月，北京鐵路局懷柔北機務段開始配屬HXN3型機車，用於牽引京承鐵路、京通鐵路的貨物列車。2012年1月，瀋陽鐵路局調整了貨運機車配屬和機車運用布局，HXN3型機車仍集中配屬通遼機務段，但部分機車改由錦州機務段及蘇家屯機務段支配運用，擔當牽引錦承鐵路、魏塔鐵路、新義鐵路、瀋丹鐵路、溪遼鐵路等線的貨物列車。2014年7月20日13時37分，隨著一聲風笛響起，瀋陽鐵路局6台和諧型柴油機車從瀋陽機務段開車，駛向青藏高原。按照中國鐵路總公司新線開通計劃，拉日鐵路即將開通營運，為做好高原適應性柴油機車實驗，總公司決定，過渡期間組織瀋陽局和諧型柴油機車增援青藏鐵路公司，在青藏鐵路格拉段和拉日鐵路上進行牽引實驗。經過大連廠新造的HXN3型高原型機車開始在拉日鐵路承擔旅客列車牽引任務。2018年6月，HXN3高原型機車正式承擔格拉線每日往返12對客運列車的牽引任務。

神華集團機車

2013年9月，大連機車車輛公司中標神華集團的大功率交流傳動柴油機車採購項目。神華集團朔黃鐵路發展有限責任公司向大連機車車輛公司採購了兩台HXN3型交流傳動柴油機車，用於河北省黃驊港的煤炭列車重載調車編組以及小運轉作業。

總體結構

HXN3型柴油機車採用桁架式整體承載結構車體，設有雙端司機室、用雙側貫通式內走廊；車體底架採用魚腹結構的整體承載式燃油箱，容量達到9300升。機車上部從前向後分為一端司機室、電氣室、電阻制軔室、清潔空氣室、動力室、冷卻室及二端司機室。司機室為整體獨立結構，與車體之間採用懸浮式連接，以減輕司機室振動和噪音，內部裝有單司機操縱台、微機顯示屏、電台等操縱設備，以及冰箱、微波爐、飲水機等司機生活設備。電氣室為全密閉結構，內裝有各種電器設備櫃和鋁制通風道。電阻制軔室內裝有電阻制軔模組及冷卻風機。清潔空氣室內設有柴油機空氣濾清器和風機，側牆上設有離心式旋風筒過濾器。動力室位於車體中部，安裝了一套柴油發電機組。冷卻室內安裝了大部分冷卻、機油、燃油系統部件，並設有兩台螺杆式空氣壓縮機。機車下部兩台轉向架之間吊掛著蓄電池箱、主風缸和啟動風缸。空氣制軔系統採用克諾爾公司的「CCB II」微機控制電空制軔系統。機車並具有最多三台機車重聯運用的功能，可通過27芯重聯電纜和重聯空氣軟管連接。

柴油機

機車裝用一台16V265H型大功率低排放柴油機，為16氣缸、四行程、廢氣渦輪增壓的V型中速柴油機；氣缸直徑為10.4英寸（265毫米），活塞行程11.8英寸（300毫米），氣缸夾角為45°，額定轉速為每分鐘1000轉，裝車功率為4660千瓦（6250馬力）。柴油機採用整體鑄鋼機體、全纖維鍛造鋼曲軸、氣動馬達啟動、高增壓比廢氣渦輪增壓器、電子控制直接燃油噴射系統等先進技術，排放指標能夠符合美國環保局二級（EPA Tier 2）排放標準。

傳動系統

HXN3型機車的主傳動系統主要由主發電機、牽引整流單元、牽引逆變器、牽引馬達、電阻制軔裝置等組成。牽引狀態時，柴油機直接驅動同步牽引發電機發出三相交流電，分別供給二個整流裝置轉換成中間直流環節，然後經由二台牽引逆變器，再將直流電轉換成頻率、電壓可調節的三相交流電，分別向二台轉向架上的六台三相異步牽引馬達，通過傳動齒輪驅動車輪。
HXN3型機車採用TA20JBF-TA9C型主輔發電機，主、副三相交流同步發電機為一體化同軸雙轉子整合結構，主、副發電機額定容量分別為4403、347千伏安。整流裝置為二極體整流器，額定輸出直流電壓為2650伏。每台機車上裝有兩台牽引逆變器，每台逆變器驅動三台並聯的牽引馬達，採用IGBT為功率控制器件，採取脈寬調製（PWM）控制策略，冷卻方式為強迫風冷。牽引馬達型號為A2938-5型鼠籠式三相異步牽引馬達，該型馬達是在SD70MAC型柴油機車所使用的西門子1TB2630型牽引馬達基礎上改進而成，額定功率為690千瓦，採用軸向強迫通風冷卻，控制方式為矢量控制。

控制系統

HXN3型機車的運行控制系統採用由易安迪公司開發的「EM2000」微機控制系統和「FIRE」（Functionality Integrated Railroad Electronics）顯示系統。「EM2000」系統負責整台機車的電氣系統控制、診斷和維護功能，具有機車運行控制、柴油機控制、主副發電機勵磁控制、牽引逆變器控制、電阻制軔特性控制、粘著控制、自負荷試驗控制、機車重聯控制、制軔控制、機車狀態診斷及故障記憶、處理和提示等功能。

轉向架

機車走行部為兩台「HTSC China」三軸轉向架，該型轉向架的結構與SD70MAC型機車所使用的HTSC徑向轉向架非常接近，但取消了徑向功能。轉向架採用鋼板焊接構架，輪對採用軸箱拉杆定位，車輪為整體式碾鋼車輪。一系懸掛為軸箱兩側螺旋彈簧，配垂向油壓減振器；二系懸掛為構架和車體之間的橡膠鋼板複合旁承，配橫向油壓減振器、抗蛇行減振器。牽引力和制軔力通過低位側拉杆傳遞。牽引馬達採用滾動軸承抱軸半懸掛安裝方式，採用單側斜齒輪傳動方式驅動輪軸，牽引齒輪傳動比為85:16。基礎制軔裝置採用踏面單元制軔裝置，帶有閘瓦間隙調整器。