“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。
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。