和谐3型内燃机车

**HXN3 型柴油機車**是中國鐵路的柴油機車車型之一，由中國北車集團大連機車車輛有限公司及美國 EMD 公司（EMD）共同研製，該型機車是在 SD70MAC、SD90MAC 型柴油機車基礎上，根據中國鐵路技術規範改進設計而成的 6000 馬力交流傳動幹線貨運柴油機車，機車軸配置 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」微電腦控制系統等技術，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 / 小時。

## 發展歷史

### 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《大功率交流傳動內燃機車採購和技術引進計畫》詢價書正式發包後，在鐵道部的協調下，大連機車車輛公司選定了美國 EMD 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內燃機車採購和技術引進計畫合約簽約儀式於 2005 年 9 月 1 日在北京舉行，大連機車車輛有限公司與 EMD 公司獲得中國鐵道部的 300 台大功率柴油機車訂單，合約總金額 66.42 億元人民幣，雙方權益大致各占合約額的 50%，合約於 2005 年 11 月 18 正式生效。同時，大連機車研究所與 EMD 公司並正式簽署了大功率交流傳動內燃機車交流傳動控制部件和車載微電腦網路控制部件的技術引進合約。

### 研製

按照合約規定，大連機輛公司與 EMD 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；大連機輛公司自合約生效後 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。EMD 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」代表內燃機車、「3」代表大連機車車輛公司的生產廠商代號，通稱為「和諧」3 型內燃機車。HXN3 型機車是在 EMD 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，機車軸配置 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」微電腦控制系統等技術，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、牽引變流器、各種輔助電機、制軔系統、輔助系統、交流傳動系統及微電腦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、EMD 公司在北京進行了機車設計聯絡會；同年 10 月又在美國 EMD 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，EMD 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測試後，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，對機車運轉的安全性、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 台和諧型內燃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，為做好高原適應性內燃機車實驗，總公司決定，過渡期間組織瀋陽局和諧型內燃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青藏鐵路格拉線每日往返 12 對客運列車的牽引任務。

### 神華集團機車

2013 年 9 月，大連機車車輛公司得標神華集團的大功率交流傳動內燃機車採購計畫。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。

## 技術特點

### 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、微電腦顯示螢幕、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。氣軔系統採用克諾爾公司的「CCB II」微電腦控制電氣指令式空氣軔機系統。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、牽引變流器、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，然後經由二台牽引變流器，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，通過傳動齒輪驅動力車輪。

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變流器，每台變流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 型機車的運轉控制系統採用由 EMD 公司開發的「EM2000」微電腦控制系統和「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，具有機車運轉控制、柴油機控制、主副發電機勵磁控制、牽引變流器控制、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 自導式轉向架非常接近，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。一次懸吊為軸箱兩側捲簧，配垂向油壓減振器；二次懸吊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。

## 重大事故

* 2010 年 9 月 7 日晚上 9 時 31 分，通霍鐵路霍林河站至霍林郭勒站區間進行萬噸重載組合列車調車作業，因霍林河站值班員疏忽，盲目指示後續列車前行，導致列車與前方停留列車的尾部相撞。事故導致後續列車本務機車 HXN3 型 0089 號機車、機後一位車輛及前方列車尾部一位車輛脫軌，中斷行車 4 小時 19 分鐘，構成了鐵路交通一般 B 類事故。
* 2011 年 9 月 23 日，瀋陽鐵路局通遼機務段的 HXN3 型 0147 號機車，在霍林郭勒礦區專用線牽引由扎哈多爾站開往至通霍鐵路祝日巴站的 3216 次列車，列車總重 10328 噸。列車於下午 3 時 04 分從扎哈多爾發車，下午 3 時 16 分，列車以時速 56 公里 / 小時運轉至五洞房進站前，因前方路線速限 60 公里 / 小時，司機在機車電阻制軔工況下減壓 80 千帕調速，但發現列車速度沒有下降，又分別追加 30 千帕、40 千帕至最大減壓後，實施緊急緊軔但仍然無效，此時列車速度升至 81 公里 / 小時。下午 3 時 24 分，列車以 95 公里 / 小時通過霍林河站正線。下午 3 時 32 分，列車以 98 公里 / 小時速度通過霍林格勒站進站號誌， 下午 3 時 33 分運轉至進站道岔處時機後第 11 至 31 位車輛脫軌，構成了鐵路交通較大事故，中斷行車 22 小時 25 分鐘。事故原因為機後第 10 位車輛的前折角塞門被關閉，導致列車制軔失效。
* 2015 年 2 月 9 日，配屬瀋陽鐵路局通遼機務段 HXN3 型 0134 號機車，錦州機務段錦州運用車間司機擔當錦州至葉柏壽間 44142 次貨物列車經由錦承鐵路鐵路運轉，列車運轉至小平房至公營子站間時，一輛裝載約 50 噸球團鐵礦的重型汽車（當時已嚴重超載 16 噸）因制軔失靈，違章闖入顯示紅燈的平交道，撞毀已經關閉的道口拉門並撞在通過的 44142 次貨物列車機車中部，事故造成 HXN3 型 0134 號機車和機後 1－11 位車輛顛覆，12 至 13 節罐車脫軌，機後載有硫酸的車輛出現硫酸泄漏。事故中斷錦承鐵路上下行行車約 16 小時，構成鐵路交通重大事故。

## 參見

* SD70 型柴油機車
* SD90MAC 型柴油機車
* 東風 4DJ 型柴油機車
* 東風 8BJ 型柴油機車
* 東風 8CJ 型柴油機車
* 東風 8DJ 型柴油機車
* 和諧 3B 型內燃機車
* HXN5 型柴油機車

## 參考文獻

## 外部連結

* （英文）EMD: JT56ACe for China Ministry of Railways（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* （簡體中文）北京 EMD 技術諮詢有限公司
* （簡體中文）中國北車集團大連機車車輛有限公司：HXN3 型大功率交流傳動內燃機車