CN207274670U - 一种大功率内燃-电力双动力源干线机车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了大功率内燃‑电力双动力源干线机车，包括A节机车和B节机车，A节机车和B节机车机械连接；A节机车为电力机车，A节机车安装有电力机车设备；B节机车为内燃机车，B节机车安装有内燃机车设备；A节机车与B节机车之间布置有贯通道；A节机车安装有第一受电弓、第二风缸、变压器、第二受电弓、牵引电机、牵引通风机、辅助逆变器柜、空气压缩机组、风源柜、第一冷却塔等设备；B节机车安装有辅助变流柜、冷却装置、第一风缸、柴油机、燃油箱、主发电机、电空制动箱、第一牵引电机通风机等设备。本实用新型实现机车既能在电力干线上运用，亦能在非电力干线上运用；强大的牵引能力，干线“一站式”重载牵引，大大提升运输效率。

Description

一种大功率内燃-电力双动力源干线机车

技术领域

本实用新型属于轨道交通领域，主要运用于干线牵引服务，具体涉及一种大功率内燃-电力双动力源干线机车。

背景技术

国内关于内燃-电力双动力源机车的研究刚刚起步，现有技术仅提供调车或小运转牵引服务，不能满足干线重载牵引的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种满足干线重载牵引要求的大功率内燃-电力双动力源干线机车。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种大功率内燃-电力双动力源干线机车，它包括A节机车和B节机车，A节机车和B节机车机械连接；

其中，A节机车为电力机车，A节机车安装有电力机车设备；B节机车为内燃机车，B节机车安装有内燃机车设备；

A节机车与B节机车之间布置有贯通道，以供司乘人员通过；

A节机车和B节机车通过跨接电缆和电连接器实现电气连接；

A节机车安装有第一受电弓、第二风缸、变压器、第二受电弓、牵引电机、牵引通风机、辅助逆变器柜、空气压缩机组、风源柜、第一冷却塔、第一主变流器柜、第二主变流器柜、第二冷却塔和低压电器柜，第一主变流器柜、第二主变流器柜内均设置有主变流器；

B节机车安装有辅助变流柜、冷却装置、第一风缸、柴油机、燃油箱、主发电机、电空制动箱、第一牵引电机通风机、空气压缩机、牵引电机、第二牵引电机通风机、第一牵引变流器、第二牵引变流器和电阻制动装置。

作为优选方式，机车采用A节机车和B节机车双节固定编组方式设计，轴式CO-CO+CO-CO。

作为优选方式，A节机车和B节机车通过车钩缓冲装置实现机械连接。

作为优选方式，柴油机设置在B节机车的中部，柴油机下方设置燃油箱，柴油机两侧设置有冷却装置和主发电机。

作为优选方式，第一风缸的安装位置靠近燃油箱或者柴油机。

作为优选方式，B节机车端部设置B车头，B节机车靠近B车头的一侧设置有辅助变流柜、电空制动箱、第一牵引电机通风机和空气压缩机。

作为优选方式，B节机车远离B车头的一侧设置有第二牵引电机通风机、第一牵引变流器、第二牵引变流器和电阻制动装置。

作为优选方式，A节机车端部设置有A车头、B节机车端部设置有B车头，A车头和B车头分别位于干线机车的两端。

作为优选方式，第一主变流器柜和第二主变流器柜设置在A节机车的中部，第二风缸和变压器设置在A节机车的底部；

A节机车靠近A车头的一侧设置有第二冷却塔和低压电器柜。

作为优选方式，A节机车远离A车头的一侧设置有辅助逆变器柜、空气压缩机组、风源柜和第一冷却塔。

作为优选方式，A节机车上还设置有干燥器、压车铁、工具轨、控制电源柜、蓄电池柜和卫生间。

一种大功率内燃-电力双动力源干线机车控制方法，控制方法包括电力模式控制和内燃模式控制，其中，电力模式包括主牵引电路和辅助电路；内燃模式包括主牵引电路和辅助电路；

(1)电力模式

主牵引电路：

A节机车受电弓从电网上取高压交流电，通过变压器转换为6组较低电压交流电供给主变流柜，由四象限整流器整流成合适的中间直流电，再通过逆变模块逆变为交流电供给牵引电机牵引使用；

B节机车牵引变流柜中间直流环节通过两路四根电连接器从A节机车牵引变流柜直流环节取电，B节机车牵引变流柜通过6个变频模块给6个牵引电机供电；

辅助电路：

A节机车变压器把高压交流电转换为中压交流电供给辅助变流柜，然后通过一个辅助变流模块转换为变频变压的电源，提供给6个机车牵引通风机电机、油/水冷却塔风机用电；然后通过另一个辅助变流模块转换为440V/60Hz的交流电，提供给空压机电机、油/水泵、主变流柜风机、空调用电；

B节机车辅助交流系统从中间直流环节取电；通过牵引变流柜DC/AC模块将中间直流电转换为三相交流电，然后通过一个辅助变流模块转换为变频变压电源，提供给机车牵引通风机、冷却风扇电机；通过另外一个辅助变流模块转换为60Hz/440V的三相交流电，直接供给2台空压机电机和空调；

(2)内燃模式

主牵引电路：

B节机车主发电机作为电动机启动柴油机时，由蓄电池供电，通过牵引变流柜内整流器斩波桥臂进行斩波控制励磁电流大小，同时逆变器将蓄电池提供的直流电逆变为交流电向主发电机提供工作电源，从而完成柴油机的启动；柴油机启动完成后，主发电机启动绕组断开，主发电机转变为发电机运行；

当机车是牵引状态时，柴油机带动主发电机发出三相交流电通过两组四象限整流器整流成中间直流电，每个整流器输出的直流电送给三组牵引逆变器逆变为电压和频率可调的交流电，向一个转向架上的三台异步牵引电动机供电；

当机车是电阻制动状态时，DCU通过制动电流反馈信号与基准信号的比较来控制电阻制动力，输出斩波信号给IGBT以实现恒制动电流或固定励磁电流调节电阻制动力；

A节机车牵引变流柜中间直流环节通过两路四个电连接器从B节机车牵引变流柜直流环节取电，A节机车牵引变流柜通过6个变频模块给6个电机供电；

辅助电路：

B节机车辅助交流系统以机车中间直流环节供电；通过牵引变流柜DC/AC模块将中间直流转换为三相交流电，然后通过一个辅助变流模块转换为变频变压电源，提供给机车牵引通风机、冷却风扇电机；通过另外一个辅助变流模块转换为440V/60Hz的三相交流电，直接供给2台空压机电机和空调；

A节机车的辅助电源通过三相电连接器来自B节机车的三相交流电，然后通过一个辅助变流模块转换为变频变压电源，提供给6个机车牵引通风机电机、油/水冷却塔风机用电；然后通过另一个辅助变流模块转换为440V/60Hz的交流电，提供给空压机电机、油/水泵、主变流柜风机、空调用电。

一种大功率内燃-电力双动力源干线机车控制方法，电力工况时：A节车受电弓从电网上取25kV/50Hz的交流电，通过变压器转换为970V/50Hz的交流电供给主变流器，由四象限整流器整流成1800V中间直流电，一部分直流电通过本节机车逆变器模块逆变为1375V的交流电供给牵引电机牵引使用，另一部分直流电通过两路四根电缆向B节机车牵引变流器送电，通过B节机车牵引变流器的逆变模块为6个牵引电机供电；

内燃工况时：B节机车的柴油主发电机发出三相交流电，通过两个整流器整流成1600V中间直流电，一部分直流电通过本节机车逆变模块变为交流电供牵引电机使用，另外一部分直流电通过电缆向A节机车牵引变流器送电，通过A节机车的逆变模块变为交流电供其牵引电机使用。

本实用新型的有益效果是：实现机车既能在电力干线上运用，亦能在非电力干线上运用；强大的牵引能力，干线“一站式”重载牵引，大大提升运输效率。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图之一；

图2为本实用新型结构示意图之二；

图3为本实用新型电路原理图；

图4为图1中的A部结构示意图；

图5为图1中的B部结构示意图；

图6为图1中的C部结构示意图；

图7为图2中的A部结构示意图；

图8为图2中的B部结构示意图；

图9为图2中的C部结构示意图；

图中，1-辅助变流柜；2-冷却装置；3-第一风缸；4-柴油机；5-燃油箱；6-主发电机；7-电空制动箱；8-第一牵引电机通风机；9-空气压缩机；10-第二牵引电机通风机；11-第一牵引变流器；12-第二牵引变流器；13-电阻制动装置；14-第一受电弓；15-第二风缸；16-变压器；17-第二受电弓；18-牵引通风机；19-辅助逆变器柜；20-空气压缩机组；21-风源柜；22-第一冷却塔；23-第一主变流器柜；24-第二主变流器柜；25-第二冷却塔；26-低压电器柜。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1～图9所示，一种大功率内燃-电力双动力源干线机车，它包括A节机车和B节机车，A节机车和B节机车机械连接；

其中，A节机车为电力机车，A节机车安装有电力机车设备；B节机车为内燃机车，B节机车安装有内燃机车设备；

A节机车与B节机车之间布置有贯通道，以供司乘人员通过；

A节机车和B节机车通过跨接电缆和电连接器实现电气连接；

A节机车安装有第一受电弓14、第二风缸15、变压器16、第二受电弓17、牵引电机、牵引通风机18、辅助逆变器柜19、空气压缩机组20、风源柜21、第一冷却塔22、第一主变流器柜23、第二主变流器柜24、第二冷却塔25和低压电器柜26，第一主变流器柜23、第二主变流器柜24内均设置有主变流器；

B节机车安装有辅助变流柜1、冷却装置2、第一风缸3、柴油机4、燃油箱5、主发电机6、电空制动箱7、第一牵引电机通风机8、空气压缩机9、牵引电机、第二牵引电机通风机10、第一牵引变流器11、第二牵引变流器12和电阻制动装置13。

优选地，机车采用A节机车和B节机车双节固定编组方式设计，轴式CO-CO+CO-CO。

优选地，A节机车和B节机车通过车钩缓冲装置实现机械连接。

优选地，柴油机4设置在B节机车的中部，柴油机4下方设置燃油箱5，柴油机4两侧设置有冷却装置2和主发电机6。

优选地，第一风缸3的安装位置靠近燃油箱5或者柴油机4。

优选地，B节机车端部设置B车头，B节机车靠近B车头的一侧设置有辅助变流柜1、电空制动箱7、第一牵引电机通风机8和空气压缩机9。

优选地，B节机车远离B车头的一侧设置有第二牵引电机通风机10、第一牵引变流器11、第二牵引变流器12和电阻制动装置13。

优选地，A节机车端部设置有A车头、B节机车端部设置有B车头，A车头和B车头分别位于干线机车的两端。

优选地，第一主变流器柜23和第二主变流器柜24设置在A节机车的中部，第二风缸15和变压器16设置在A节机车的底部；

A节机车靠近A车头的一侧设置有第二冷却塔25和低压电器柜26。

优选地，A节机车远离A车头的一侧设置有辅助逆变器柜19、空气压缩机组20、风源柜21和第一冷却塔22。

优选地，A节机车上还设置有干燥器、压车铁、工具轨、控制电源柜、蓄电池柜和卫生间。

一种大功率内燃-电力双动力源干线机车控制方法，控制方法包括电力模式控制和内燃模式控制，其中，电力模式包括主牵引电路和辅助电路；内燃模式包括主牵引电路和辅助电路；

(1)电力模式(主要部件，包括变压器16、两组受电弓、牵引变流器和空气制动系统等)

主牵引电路：

A节机车受电弓从电网上取高压交流电，通过变压器16转换为6组较低电压交流电供给主变流柜，由四象限整流器整流成合适的中间直流电，再通过逆变模块逆变为交流电供给牵引电机牵引使用；

B节机车牵引变流柜中间直流环节通过两路四根电连接器从A节机车牵引变流柜直流环节取电，B节机车牵引变流柜通过6个变频模块给6个牵引电机供电；

辅助电路：

A节机车变压器16把高压交流电转换为中压交流电供给辅助变流柜1，然后通过一个辅助变流模块转换为变频变压的电源，提供给6个机车牵引通风机18电机、油/水冷却塔风机用电；然后通过另一个辅助变流模块转换为440V/60Hz的交流电，提供给空压机电机、油/水泵、主变流柜风机、空调用电；

B节机车辅助交流系统从中间直流环节取电；通过牵引变流柜DC/AC模块将中间直流电转换为三相交流电，然后通过一个辅助变流模块转换为变频变压电源，提供给机车牵引通风机18、冷却风扇电机；通过另外一个辅助变流模块转换为60Hz/440V的三相交流电，直接供给2台空压机电机和空调；

(2)内燃模式(主要部件，包括柴油发电机组及其辅助装置、电阻制动装置13、牵引变流器、空气制动系统等)

主牵引电路：

B节机车主发电机6作为电动机启动柴油机4时，由蓄电池供电，通过牵引变流柜内整流器斩波桥臂进行斩波控制励磁电流大小，同时逆变器将蓄电池提供的直流电逆变为交流电向主发电机6提供工作电源，从而完成柴油机4的启动；柴油机4启动完成后，主发电机6启动绕组断开，主发电机6转变为发电机运行；

当机车是牵引状态时，柴油机4带动主发电机6发出三相交流电通过两组四象限整流器整流成中间直流电，每个整流器输出的直流电送给三组牵引逆变器逆变为电压和频率可调的交流电，向一个转向架上的三台异步牵引电动机供电；

当机车是电阻制动状态时，DCU通过制动电流反馈信号与基准信号的比较来控制电阻制动力，输出斩波信号给IGBT以实现恒制动电流或固定励磁电流调节电阻制动力；

A节机车牵引变流柜中间直流环节通过两路四个电连接器从B节机车牵引变流柜直流环节取电，A节机车牵引变流柜通过6个变频模块给6个电机供电；

辅助电路：

B节机车辅助交流系统以机车中间直流环节供电；通过牵引变流柜DC/AC模块将中间直流转换为三相交流电，然后通过一个辅助变流模块转换为变频变压电源，提供给机车牵引通风机18、冷却风扇电机；通过另外一个辅助变流模块转换为440V/60Hz的三相交流电，直接供给2台空压机电机和空调；

A节机车的辅助电源通过三相电连接器来自B节机车的三相交流电，然后通过一个辅助变流模块转换为变频变压电源，提供给6个机车牵引通风机18电机、油/水冷却塔风机用电；然后通过另一个辅助变流模块转换为440V/60Hz的交流电，提供给空压机电机、油/水泵、主变流柜风机、空调用电。

一种大功率内燃-电力双动力源干线机车控制方法，电力工况时：A节车受电弓从电网上取25kV/50Hz的交流电，通过变压器16转换为970V/50Hz的交流电供给主变流器，由四象限整流器整流成1800V中间直流电，一部分直流电通过本节机车逆变器模块逆变为1375V的交流电供给牵引电机牵引使用，另一部分直流电通过两路四根电缆向B节机车牵引变流器送电，通过B节机车牵引变流器的逆变模块为6个牵引电机供电；

内燃工况时：B节机车的柴油主发电机6发出三相交流电，通过两个整流器整流成1600V中间直流电，一部分直流电通过本节机车逆变模块变为交流电供牵引电机使用，另外一部分直流电通过电缆向A节机车牵引变流器送电，通过A节机车的逆变模块变为交流电供其牵引电机使用。

为了便于理解相关技术，现将各部分的功能作以下说明：

B节机车

辅助变流柜1：柜内安装有辅助变流器及其配套设施，为机车辅助设备(如冷却风扇、电阻制动电机、通风机、空压机等)提供中压交流电源，为照明设备、蓄电池充电等提供低压直流电源。

冷却装置2：包括散热器、冷却风扇、冷却液循环系统等，对柴油发电机进行冷却。

第一风缸3：存储一定量带压力的空气，为气体驱动设备提供稳定的风源。

柴油机4：通过燃烧将柴油的化学能转换为机械能和热能，进一步转换为电能，为整个机车提供动力源。

燃油箱5：存储柴油。

主发电机6：将柴油机4的机械能转换为电能。

电空制动箱7：箱内安装有电空制动机及其配套设施，通过电控制气，气再控制气的方式对机车的制动和缓解进行有效控制。

第一牵引电机通风机8和第二牵引电机通风机10：通过电机产生流动的空气对牵引电机进行冷却。

空气压缩机9：对空气进行压缩，为气体驱动设备制造带压力的空气。

第一牵引变流器11和第二牵引变流器12：将主发电机6发的交流电整流为中间直流电，然后通过牵引逆变器转换为电压和频率可调的交流电，供给牵引电机。

电阻制动装置13：在制动工况时，将牵引电动机发出的电流通过电阻带，将电能转换为热能，通过风扇消散于大气。

A节机车

第一受电弓14和第二受电弓17：从接触网取得电能，是机车电力驱动模式下的能量连接机构。

第二风缸15：存储一定量带压力的空气，为气体驱动设备提供稳定的风源。

变压器16：将接触网的高压电转换为较低电压的交流电。

牵引通风机18：通过电机产生流动的空气对牵引电机进行冷却。

辅助逆变器柜19：柜内安装有辅助变流器及其配套设施，将中间直流电逆变为中压交流电，为机车辅助设备(如冷却塔、通风机、空压机等)提供电源。

空气压缩机组20：对空气进行压缩，为气体驱动设备制造带压力的空气。

风源柜21：柜内装有空气存储罐(风缸)，存储一定量带压力的空气，为气体驱动设备提供稳定的风源。

第一冷却塔22和第二冷却塔25：对变压器16和主变流器进行冷却作用。

第一主变流器柜23和第二主变流器柜24：柜内安装有主变流器，将经过变压器16的交流电整流为中间直流电，然后将直流电逆变为牵引电机可用的交流电。

低压电器柜26：柜内有继电器、接触器、低压电控开关、端子排等设备，对机车的低压电路连接和断开起控制作用。

本内燃-电力双动力源机车电力功率为7200kW，内燃功率为3700kW，运行能力突出。从速度角度出发，牵引5000t在平直道上能达到的最大速度，电力模式超过120km/h，内燃模式可达95km/h，且两种模式均能牵引5000t通过20‰的坡道。从通过限制坡道最大牵引吨位角度出发，本双动力源机车可以在12‰坡道线路上实现牵引8400t，其牵引能力相当于两台HXN5型机车重联，大于两台HXD1C机车重联。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，应当指出的是，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大功率内燃-电力双动力源干线机车，其特征在于：它包括A节机车和B节机车，A节机车和B节机车机械连接；

其中，A节机车为电力机车，A节机车安装有电力机车设备；B节机车为内燃机车，B节机车安装有内燃机车设备；

A节机车与B节机车之间布置有贯通道，以供司乘人员通过；

A节机车和B节机车通过跨接电缆和电连接器实现电气连接；

A节机车安装有第一受电弓、第二风缸、变压器、第二受电弓、牵引电机、牵引通风机、辅助逆变器柜、空气压缩机组、风源柜、第一冷却塔、第一主变流器柜、第二主变流器柜、第二冷却塔和低压电器柜，第一主变流器柜、第二主变流器柜内均设置有主变流器；

B节机车安装有辅助变流柜、冷却装置、第一风缸、柴油机、燃油箱、主发电机、电空制动箱、第一牵引电机通风机、空气压缩机、牵引电机、第二牵引电机通风机、第一牵引变流器、第二牵引变流器和电阻制动装置。

2.根据权利要求1所述的一种大功率内燃-电力双动力源干线机车，其特征在于：A节机车和B节机车通过车钩缓冲装置实现机械连接。

3.根据权利要求1所述的一种大功率内燃-电力双动力源干线机车，其特征在于：柴油机设置在B节机车的中部，柴油机下方设置燃油箱，柴油机两侧设置有冷却装置和主发电机。

4.根据权利要求3所述的一种大功率内燃-电力双动力源干线机车，其特征在于：第一风缸的安装位置靠近燃油箱或者柴油机。

5.根据权利要求3或4所述的一种大功率内燃-电力双动力源干线机车，其特征在于：B节机车端部设置B车头，B节机车靠近B车头的一侧设置有辅助变流柜、电空制动箱、第一牵引电机通风机和空气压缩机。

6.根据权利要求5所述的一种大功率内燃-电力双动力源干线机车，其特征在于：B节机车远离B车头的一侧设置有第二牵引电机通风机、第一牵引变流器、第二牵引变流器和电阻制动装置。

7.根据权利要求1或2所述的一种大功率内燃-电力双动力源干线机车，其特征在于：A节机车端部设置有A车头、B节机车端部设置有B车头，A车头和B车头分别位于干线机车的两端。

8.根据权利要求7所述的一种大功率内燃-电力双动力源干线机车，其特征在于：第一主变流器柜和第二主变流器柜设置在A节机车的中部，第二风缸和变压器设置在A节机车的底部；

A节机车靠近A车头的一侧设置有第二冷却塔和低压电器柜。

9.根据权利要求8所述的一种大功率内燃-电力双动力源干线机车，其特征在于：A节机车远离A车头的一侧设置有辅助逆变器柜、空气压缩机组、风源柜和第一冷却塔。

10.根据权利要求1所述的一种大功率内燃-电力双动力源干线机车，其特征在于：A节机车上还设置有干燥器、压车铁、工具轨、控制电源柜、蓄电池柜和卫生间。