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SD38-2型柴油机车是干线货运用的六轴柴油机车，采用单司机室、底架承载结构、双侧外走廊的罩式车体，车体上部自前向后由电气室、司机室、动力室、冷却室四部分组成，其中电气室一端称为短罩端，动力室和冷却室一端称为长罩端。机车走行部为两台易安迪HT-C转向架，取代了以往SD系列机车使用的"Flexicoil"三轴转向架，主要特点包括具有较大刚度的橡胶摇枕[[弹簧]]二系悬挂装置、牵引电动机顺置布置、大[[直径]]心盘及低位牵引装置等，具有充分利用最大的粘着重量、降低轴重转移、提高牵引能力的优点。动力装置为一台2000马力的16-645E型柴油机，这是一款16气缸、[[二冲程]]、水冷式、[[机械增压]]的V型柴油机，气缸直径为9-1/16英寸（230.2毫米），活塞行程为10英寸（254毫米），额定最高转速为每分钟900转。传动系统采用交-[[直流电]]传动，柴油机输出轴通过联轴器驱动一台AR10型交流发电机，发出的交流电通过大功率硅整流装置转换为直流电，然后供给六台D77型直流牵引[[电动机]]。牵引电动机采用轴悬式驱动方式，牵引[[齿轮]]传动比为4.13（62：15）。机车设有恒功率励磁调节系统和[[模块化]]电子控制系统。