新一代和谐型大功率电力机车是我国自主研制轴重最大的电力机车产品，标志着我国在大轴重货运机车及铁路重载运输方面取得重大突破。

随着我国国民经济的持续、高速发展，对交通运输业和物流业的发展提出了更高的要求。轨道交通运输具有速度快、运量大、能耗低、污染轻、安全性好等诸多优点，一直在世界各国现代化交通运输体系中倍受青睐，在国民经济的发展过程中起着“中流砥柱”的作用。为实现铁路技术装备现代化，在铁路货运方面，大功率机车成为主要干线的主力车型，占机车保有量的60%以上。为加快实现铁路装备现代化，2004年4月国务院召开专题会议，提出“引进先进技术，联合设计生产，打造中国品牌”的总体要求，并针对国内几家机车车辆制造企业进行重点扶持。

实现自主化创新设计

“客运高速、货运重载”是世界铁路的主题，重载运输技术被国际公认为铁路货运的发展方向。为适应铁路重载货运要求，按铁道部的总体部署和中国北车集团（CNR）规划，其下属公司大同电力机车有限责任公司（同车公司），针对大功率重载货运机车技术，引进法国阿尔斯通交通股份公司（ALSTOM）最先进的的PRIMATM系列机车技术，通过近10年的技术消化吸收和自主创新，陆续开发了HXD2型、HXD2B型、HXD2C型等电力机车,不断完善了重载货运电力机车产品。

2014年4月8日，由我国自主研制的新一代和谐型大功率电力机车——HXD2F型，在同车公司试制竣工并成功下线。该型电力机车轴重达到30t，牵引能力比现有同功率和谐型电力机车高出20%，将我国铁路货运机车单节车厢的载重能力由“70~80t时代”跃升至“100t时代”。在其各项指标均达到国际先进水平，堪称中国铁路新生代“超级大力士”。其核心技术和关键设备上完全实现了自主化创新设计和生产制造，是我国第一台具有自主知识产权、达到国际重载标准意义上的大轴重机车。

“轴重”是反映轨道货物车厢载重能力的指标，轴重越大，列车承重和载重能力越高，牵引能力越强。我国现有和谐型电力机车轴重均在25t以下，继续提高机车的牵引能力，必须有效提高机车的轴重。

图1 中国北车集团大同电力机车有限责任公司资产管理部高级工程师张跃峰

2012年，大轴重电力机车由同车公司牵头承担该项目的研制工作。在历时2年的时间里，同车公司充分利用已搭建的大功率电力机车研发平台，对大轴重机车技术进行了深入研究，特别是对机车与线路、桥梁以及货车车辆等配套设施的动力学问题，进行了广泛调研和计算验证，掌握了大量的科学数据，攻克了一系列技术难题。

HXD2F型大功率交流传动电力机车最高速度达100km/h，总功率达9600kw，即可在已有铁路线上采用27t轴重方式运行，也可在专用铁路线上采用30t轴重方式运行。理想情况下，单台机车能够牵引1万t重载货运列车。相比普通25t轴重机车牵引单节重载80t货运车厢，30t轴重机车可牵引100t，即每列货运机车可多牵引15~20节车厢，运输效率更高，能耗成本有效减低，更加节能环保。

HXD2F型电力机车采用目前国际最先进的转向架抱轴驱动系统,即齿轮箱电机一体化驱动系统，为我国铁路重载发展提供了安全、可靠的牵引动力保证。电机齿轮箱一体化驱动系统是一种新型机车转向架齿轮箱电机驱动装置,有别于传统机车的电机齿轮箱驱动系统,结构新颖、合理紧凑。由抱轴箱装配、牵引电机、齿轮箱组装、主动齿轮、从动齿轮、弹性联轴节、传动轴承及密封件组成一个整体化结构，其中弹性联轴节的传动结构为整个驱动系统的核心，牵引电机轴传动端通过弹性联轴节与主动齿轮联接，联轴节为端面齿结构，刚度高，可传输较大的转矩，且能实现各个方向的小位移并传递电机产生的驱动转矩。

在大轴重机车设计中，同车公司还结合我国特有的铁路环境，采用了机车底架和设备台架一体化设计方式，增强了机车的承载能力，提高了机车对各种线路的适应能力。针对雾霾天气给铁路运行带来的影响，HXD2F型电力机车采取了顶盖夹层高压设备防护措施，避免车顶高压设备频繁发生放电的现象。车顶采用玻璃钢防护罩将高压设备进行防护。防护罩与机械间相通，利用机械间内的微正压使机械间内的空气与防护罩内的空气进行流通，使防护罩内空气状态包括湿度、温度、清洁度等与机械间相同。布置在顶盖上的防护罩与布置在机械间内的网侧柜，对防雾闪具有相同的效果。另外，还采取了用局部绝缘顶盖、采用带增爬裙和下法兰安装面防护的支持绝缘子等措施。

图2 同车公司自主研发的HXD2F型大功率电力机车。摄影：张晓滨

人性化设计

随着机车品质的提高，对机车的人性化设计也提出了愈加严格的要求。目前机车车载卫生间主要配置为压力水冲式集便器，存在对水的依赖性强，对环境造成污染等缺点，无法顺应新时代下绿色环保的潮流。HXD2F型电力机车车载卫生间采用全新的设计理念，配置一种干式洁具环保产品，使其具有免冲洗抗污染功能。干式便器通过基本的机械运动原理，在PLC智能系统的协调和管理下，把每次排泄物与添加剂迅速混合，通过复合专用处理添加剂进行消毒、杀菌、除臭和熟化处理，达到废弃资源再利用的目的。

电力机车的通风系统是一个非常重要的系统，主要作用是冷却工作电流和电压都较大的电气部件，如牵引变压器、牵引变流器、辅助变流器、牵引电机等，从而保证机车正常可靠的运行；另外，还设有司机室空调通风系统，以给司乘人员提供一个舒适的工作环境。HXD2F型电力机车通风系统采用机械独立通风方式，依靠风机造成的压力使空气流动，是在HXD2成熟机车平台的基础上结合整车设计方案及设计任务建议书进行优化。主要由过滤系统、牵引电机通风系统、机械间通风系统（含压力平衡装置）、冷却塔通风系统、压缩机通风系统、辅助变流柜通风系统和空调通风系统等组成，除压缩机通风系统为车内吸风、车内排风外，其余各部分均为独立从车外进风，经过风道，最后排出车外。

强大的研发制造实力

经过近60年的发展和对阿尔斯通的技术引进再创新，同车公司形成了强大的研发制造实力，是我国铁路电力机车研发制造的核心产业基地之一，拥有国家级企业技术中心，成功搭建机车整车技术标准及技术平台，实现了机车整车及关键部件技术条件及试验验证规范的研究、机车图形化MMI人机界面优化技术及系统的研发、机车的可靠性设计平台的研发、机车电路、电空制动系统动态仿真设计平台的研发、高强度重载机车车体设计平台的研发、重载机车转向架设计平台的研发。建立了数字化板材备料、单元化车体制造、专业化转向架制造、模块化电气屏柜制造等7条专业化电力机车生产线，搭建起了平面布局合理、工艺流程顺畅、装备水平先进的世界一流的大功率交流传动电力机车研发制造平台。应用系统集成技术、企业资源计划（ERP-PDM）系统、工业化执行计划（IMP）进行机车的研发和生产，制造技术和制造装备全面达到国际先进水平。目前，已为我国铁路干线提供了超过千台的和谐型大功率电力机车，并率先实现了大功率电力机车向欧洲高端市场的出口。

同车公司国产大轴重电力机车的研制成功，标志着中国北车已成功开启铁路高端重载机车科技之门，继高速铁路技术登顶行业之巅后，我国重载铁路技术也成功跨入行业领跑阵营。