中低速磁懸浮列車車下布線方式研究

齊彪　張?chǎng)≮w宇航

摘 要：簡(jiǎn)要介紹了城軌車輛車下主要布線方式。通過(guò)對(duì)磁懸浮列車車下結(jié)構(gòu)地深入分析，總結(jié)出車下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及對(duì)布線的影響。并結(jié)合此特點(diǎn)，提出了車下型腔穿線、支架布線等線纜布線方式。

關(guān)鍵詞：磁懸浮列車；車下結(jié)構(gòu)；型腔穿線；支架布線

1 概述

中低速磁懸浮列車是一種新型的城市軌道交通工具。相對(duì)于地鐵、輕軌等傳統(tǒng)輪軌列車，磁懸浮列車運(yùn)行時(shí)由于不與軌道直接接觸，具有爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、噪聲低、易維護(hù)等特點(diǎn)[1]，近年來(lái)越來(lái)越受到關(guān)注，已經(jīng)成為軌道交通領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

由于運(yùn)行技術(shù)原理較輪軌車輛有較大差別，磁懸浮列車在電氣系統(tǒng)和列車走形部構(gòu)成上更加復(fù)雜。電氣系統(tǒng)一般包括懸浮控制系統(tǒng)、牽引逆變系統(tǒng)、直線電機(jī)系統(tǒng)、受流系統(tǒng)等子系統(tǒng)；列車走形部也由懸浮架和迫導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等機(jī)械構(gòu)架取代了輪軌列車的轉(zhuǎn)向架[2]。為了傳輸信號(hào)、電能，保證各個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同工作，線纜連接是不可或缺的一部分。線纜布線質(zhì)量和裝配可靠性直接影響車輛性能和可靠性。目前，針對(duì)輪軌車輛如地鐵、動(dòng)車等布線技術(shù)的研究與應(yīng)用較多，但對(duì)磁懸浮列車這種結(jié)構(gòu)較特殊的車輛車下布線方式缺乏系統(tǒng)的研究。所以，研究如何規(guī)劃磁懸浮列車線纜敷設(shè)路徑、選擇合理的布線方式具有十分重要的意義。

本文先介紹了城軌車輛電纜的主要布線方式，以中車株機(jī)公司某中低磁懸浮列車項(xiàng)目車輛為研究對(duì)象，對(duì)其電氣系統(tǒng)構(gòu)成及車下設(shè)備布置、機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)地分析。并結(jié)合車下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了控制電纜采用型腔穿線、主輔電纜用支架布線等線纜布線方法，通過(guò)工程實(shí)施驗(yàn)證，證明了布線方式的有效性。

2 城軌車輛主要電纜布線方式

城軌車輛所用電纜根據(jù)電壓等級(jí)及功率分類，可分為H、A、B、C四個(gè)類別。按照國(guó)際布線標(biāo)準(zhǔn)，為防止電磁干擾同時(shí)滿足各個(gè)電氣系統(tǒng)的EMC要求，各類別電纜須單獨(dú)敷設(shè)。目前城軌列車車下大多采用如下兩種布線方式：

2.1 鋁合金懸掛線槽

鋁合金懸掛線槽整體呈長(zhǎng)方形，包括主輔線槽區(qū)和控制線槽區(qū)。其中，主輔線槽區(qū)用來(lái)敷設(shè)H、A類別電壓等級(jí)高的電纜，控制線槽區(qū)主要敷設(shè)B、C類別控制電纜和信號(hào)電纜[3]。線槽制作時(shí)，各

個(gè)線槽分區(qū)用鋁合金隔板隔開(kāi)，每個(gè)分區(qū)電纜單獨(dú)設(shè)置出線口出線，能有效避免電磁干擾。如圖1所示。

采用鋁合金線槽，可以預(yù)先在線槽內(nèi)將電纜敷設(shè)好，然后整體將線槽安裝在車體底架的C型材上。線槽安裝后整體密封性較好，有助于電纜的防水、防塵、防腐蝕?，F(xiàn)行鋁合金車體車輛大多采用線槽布線方式。但由于線槽是長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，安裝需要占用車下較大的空間，同時(shí)要求安裝面為平面，不能與其它車下設(shè)備發(fā)生干涉。因此，此種布線方式僅適用于車體尺寸、車下設(shè)備安裝間隔都較大的輪軌車輛。

2.2 底架線管穿線

對(duì)于不銹鋼車體結(jié)構(gòu)的列車，由于車下底架有多根橫梁，如果采用線槽布線方式，線槽將無(wú)法安裝。因此，一般采用金屬線管穿線，即將不同電壓等級(jí)的電纜分別從不同的線管中穿過(guò)，線管縱向排列安裝在橫梁的工藝孔上。這種布線方式將線纜化整為零，可在設(shè)備上方通過(guò)，走線靈活，對(duì)線纜維護(hù)較方便[4]。

總的來(lái)說(shuō)，列車車體底架結(jié)構(gòu)與車下設(shè)備布置情況決定采用何種布線方式。所以，應(yīng)當(dāng)根據(jù)列車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)靈活選擇布線方式。

3 磁懸浮列車車下布線方式

3.1 列車車下結(jié)構(gòu)分析

本文所研究的中低速磁浮列車采用MC1-M-MC2三節(jié)車編組形式。MC1、MC2為帶司機(jī)室的端車，M是不帶司機(jī)室的中間車輛，三節(jié)車都為帶牽引的動(dòng)車，如圖2所示。

列車車下主要由懸浮架及其導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、電氣設(shè)備、管道管路等組成。其中，懸浮架是磁懸浮列車的走形機(jī)構(gòu)，相當(dāng)于輪軌車輛的轉(zhuǎn)向架，是列車實(shí)現(xiàn)懸浮、導(dǎo)向、牽引、制動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。懸浮架上安裝有懸浮電磁鐵、直線電機(jī)等電器設(shè)備，同時(shí)它還是一個(gè)菱形的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，列車通過(guò)彎道時(shí)，通過(guò)迫導(dǎo)向機(jī)構(gòu)帶動(dòng)連桿，使菱形機(jī)構(gòu)發(fā)生變形，發(fā)生橫向偏移，使列車轉(zhuǎn)彎。磁懸浮列車懸浮架由5個(gè)單懸浮架模塊組成，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

車體安裝在懸浮架上，兩者在車體支撐臺(tái)處通過(guò)空氣彈簧等部件實(shí)現(xiàn)連接。車體支撐臺(tái)相當(dāng)于輪軌車輛的枕梁面，由于“枕梁面”比底架平面高度尺寸上要低，車下電氣設(shè)備、風(fēng)源設(shè)備等安裝布置時(shí)，需避開(kāi)這些部位安裝，以防干涉。

由于特殊的運(yùn)行原理，磁懸浮列車電氣系統(tǒng)構(gòu)成較其它城軌列車更復(fù)雜，電氣設(shè)備也更多。除牽引逆變系統(tǒng)、受流儲(chǔ)能系統(tǒng)外，還包括懸浮控制系統(tǒng)。因此，車體底架安裝有逆變器、變流器、蓄電池箱、高壓分線箱等高壓設(shè)備，同時(shí)20個(gè)懸浮控制器布置在底架左右兩側(cè)，用來(lái)控制列車的懸浮，如圖4所示。

可以看出，車下設(shè)備密集，無(wú)論是垂向尺寸還是橫向尺寸，空間都較小，無(wú)足夠空間安裝空間量需求較大的布線設(shè)備。另外，懸浮架迫導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及連桿在結(jié)構(gòu)上距車體底架平面較近，敷設(shè)電纜時(shí)需要避開(kāi)，增加了電纜布線的難度。

3.2 車下布線方式

據(jù)上文對(duì)磁懸浮列車車下結(jié)構(gòu)的分析，由于空間受限，底架無(wú)法安裝類似線槽等需要較大空間的布線設(shè)備。因此，無(wú)法采用懸掛線槽的布線方式。另外，車輛車體不是不銹鋼材質(zhì)的車體，無(wú)底架橫梁及安裝工藝孔，也不適宜采用線管穿線的布線方式。

考慮到鋁合金材質(zhì)車體由具有空腔結(jié)構(gòu)的型材組焊而成，在車體制造階段可利用型材空腔，使其具有敷設(shè)電纜的可能性。由于型材空腔貫穿于車體底架，電纜敷設(shè)在其中，將不受支撐臺(tái)結(jié)構(gòu)、車下設(shè)備安裝情況的限制，對(duì)于車下空間小的磁懸浮列車來(lái)說(shuō)，是較理想的布線解決方案。此外，城軌車輛上常用于輔助電纜固定的U型支架占用空間小，安裝靈活，適用于磁懸浮列車車下對(duì)密封性要求不高的高壓、大線徑線纜的布線。

鑒于此，本文采用型腔布線和支架布線相結(jié)合的布線方法進(jìn)行車下布線。即控制線纜、信號(hào)線纜等低電壓等級(jí)線纜走底架鋁合金型腔，主輔線纜直接敷設(shè)在支架上。

3.2.1 型腔穿線

磁浮列車車輛采用鋁合金材質(zhì)，其底架由鋁型材組焊而成。鋁型材的空腔截面積大，形狀、位置相對(duì)固定，可制成貫穿整個(gè)底架的型腔，用來(lái)穿線[4]。如圖5所示。

型腔布線通道貫穿底架中央，為盡可能多地覆蓋到需要進(jìn)線的設(shè)備，根據(jù)就近原則，每個(gè)懸浮架模塊都設(shè)置分線盒出線。如圖6所示。

由于型腔布置的都是電壓等級(jí)低的線纜，線纜直徑較小，線纜在分線盒出線端和設(shè)備進(jìn)線端都采用軟管接頭，中間段套波紋管進(jìn)行保護(hù)，波紋管固定在走線用支架上。

3.2.2 支架布線

U型支架是一種鋁合金材質(zhì)的金屬折彎件。進(jìn)行線纜布線時(shí)，將其底座通過(guò)緊固件固定在車體底架C型槽上，電纜通過(guò)橡膠扎帶固定在支架底部。結(jié)構(gòu)如圖7所示。

由于可以將其制作成多種尺寸，使用時(shí)受空間約束較小，安裝位置選擇的靈活度較高。因此，利用車輛底架橫向尺寸上，兩側(cè)懸浮控制箱與中央牽引設(shè)備之間的間隙，布置安裝支架，線纜路徑不會(huì)其它設(shè)備發(fā)生干涉。按此方法安裝支架后，整車支架基本保持在同一直線上，敷設(shè)過(guò)程中線纜不用彎折，滿足了電纜彎曲弧度要求。布線示意圖如圖8。

實(shí)際工程應(yīng)用中，先對(duì)每個(gè)布線支架進(jìn)行編號(hào)。布線路徑規(guī)劃時(shí)，只需要確定線纜所經(jīng)過(guò)支架的編號(hào)，然后找到對(duì)應(yīng)的支架進(jìn)行電纜敷設(shè)即可。此方法簡(jiǎn)便、快捷，有效地提高了作業(yè)效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章介紹了城軌車輛車下主要的幾種布線方式。通過(guò)對(duì)磁懸浮列車車下結(jié)構(gòu)的詳細(xì)分析，總結(jié)出車下設(shè)備密集，尺寸空間小的結(jié)構(gòu)特征。基于這些特征，提出了底架型腔敷設(shè)低壓控制電纜、信號(hào)電纜和支架敷設(shè)主輔電纜的布線方式。采用此方法，不僅能很好地解決目前中低速磁懸浮列車車下布線的難題，同時(shí)也提供了一種針對(duì)非常規(guī)結(jié)構(gòu)城軌列車布線方式的研究方法。

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