跨座式單軌低壓箱的設(shè)計(jì)

□ 王海英

通號(hào)軌道車輛有限公司 長沙 410217

1 結(jié)構(gòu)

跨座式單軌低壓箱安裝于車體底部,主要為車輛提供低壓電源,低壓箱接線盒部分還集成了輔助電源的分線功能?？缱絾诬壍蛪合涞慕Y(jié)構(gòu)分為主柜和接線盒兩部分,主柜包含蓄電池模組、熔斷器,接線盒包含隔離開關(guān)、繼電器、端子排、防水接頭等?？缱絾诬壍蛪合渲鞴袢鐖D1所示,接線盒如圖2所示。

▲圖1 跨座式單軌低壓箱主柜

2 設(shè)計(jì)過程

(1) 根據(jù)車輛電量需求,確定蓄電池模組容量及模組組成方式。

(2) 根據(jù)蓄電池模組分配主柜空間,初步確定主柜外形尺寸和結(jié)構(gòu)形式。

▲圖2 跨座式單軌低壓箱接線盒

(3) 根據(jù)電氣接線圖統(tǒng)計(jì)電氣元件數(shù)量,初步完成布置方案及接線盒外形尺寸計(jì)算。

(4) 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真分析。

(5) 內(nèi)部布置細(xì)化及走線布置。

3 技術(shù)要點(diǎn)

3.1 防火等級(jí)要求

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN 45545-1—2013《鐵路應(yīng)用設(shè)施 軌道車輛防火 第1部分:總則》的設(shè)計(jì)類別,跨座式單軌車輛為中低運(yùn)量軌道車輛(N),運(yùn)行類別為城郊高架行駛,原地火警疏散通道撤離(OC2),危害等級(jí)為中低風(fēng)險(xiǎn)(HL2)。因此,按照標(biāo)準(zhǔn)中HL2等級(jí)的相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

跨座式單軌低壓箱外殼為金屬材料,滿足中高風(fēng)險(xiǎn)(HL3)等級(jí)要求,選用電纜符合標(biāo)準(zhǔn)EN 50306—2002《薄壁型鐵道機(jī)車車輛阻燃電纜》要求,端子排滿足標(biāo)準(zhǔn)IEC 60998-2-2—2002《家用和類似用途低壓電路連接器件 第2-2部分:作為單獨(dú)分立件的帶無螺紋型夾緊裝置的連接器件的特殊要求》要求。其它非金屬物料均要求通過測試,滿足標(biāo)準(zhǔn)EN 45545-1—2013中的HL2等級(jí)要求[1-2]。

3.2 防水等級(jí)要求

跨座式單軌低壓箱安裝在車底,在車體外部滿足標(biāo)準(zhǔn)IEC 60529—2001《機(jī)殼提供的防護(hù)等級(jí)(IP代碼)》IP65等級(jí)的防護(hù)要求?？紤]產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和維護(hù)便利性,箱蓋選擇鉸鏈旋轉(zhuǎn)式開閉。箱體采用收縮口,通過密封條壓緊密封,可以有效防水侵入。拉緊鎖采用防水鎖芯,配備防塵蓋[3]?？缱絾诬壍蛪合浞浪O(shè)計(jì)如圖3所示。

▲圖3 跨座式單軌低壓箱防水設(shè)計(jì)

3.3 安全可靠性

跨座式單軌低壓箱主柜主要布置蓄電池模組,屬于低壓電源,電池供應(yīng)商在分組布置時(shí)已考慮最小電氣間隙及散熱問題[4]。

接線盒中有380 V輔助交流電源,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC 62497-1—2013《鐵路應(yīng)用 絕緣配合 第1部分:基本要求 所有電氣和電子設(shè)備的間隙及爬電距離》要求及跨座式主電路電纜與接觸網(wǎng)連接的方式,接線盒過電壓等級(jí)按標(biāo)準(zhǔn)采用2類過電壓(OV2),使用環(huán)境污染等級(jí)為PD3,電路額定絕緣電壓不低于0.72 kV,額定耐受沖擊電壓為5 kV,高壓跨接箱內(nèi)部最小電氣間隙為4 mm[5]。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,380 V交流電源端子排有安全隔板等,與其它電氣元件最小間隙不小于20 mm,滿足最小電氣間隙要求[6]。

4 空間尺寸計(jì)算

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC 60571—2006《鐵路機(jī)車車輛電子裝置》要求,跨座式單軌低壓箱蓄電池模組選用80個(gè)單體1.2 V鎳鎘電池串聯(lián),標(biāo)稱電壓為96 V。單體電池終止放電電壓為1.0 V,總電壓為80 V,最低電壓不低于110 V直流電源的70%,符合110 V直流電源電壓波動(dòng)范圍要求,適合為110 V直流電源電子設(shè)備供電。

單體電池尺寸為122 mm×115 mm×321 mm。低壓箱處于跨座式單軌車輛底部軌道梁一側(cè),限制尺寸為680 mm×1 600 mm×1 200 mm。經(jīng)過多種方案比較,選擇單模組四行五列、共四組的方式布置。單模組電池尺寸為488 mm×575 mm×321 mm,增加隔板后修正尺寸為503 mm×593 mm×321 mm。單模組電池外形尺寸如圖4所示。

▲圖4 單模組電池外形尺寸

考慮最小電氣間隙、散熱及走線等因素,最終主柜設(shè)計(jì)尺寸長為1 470 mm,寬為643 mm，高為1 134 mm。接線盒尺寸按不同電壓等級(jí)元件間距20 mm的要求進(jìn)行布置,最終設(shè)計(jì)尺寸長為550 mm,寬為306 mm，高為446 mm。

5 強(qiáng)度仿真分析

采用Hypermesh軟件進(jìn)行強(qiáng)度分析[7-8],設(shè)定跨座式單軌低壓箱邊界約束,如圖5所示。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61373—2010《鐵路設(shè)施 機(jī)車車輛設(shè)備 沖擊和振動(dòng)試驗(yàn)》要求施加載荷,仿真結(jié)果如圖6所示。由圖6可以看出,跨座式單軌低壓箱最大應(yīng)力為189 MPa,小于箱體材料Q355GNHE耐候鋼板屈服強(qiáng)度(355 MPa);跨座式單軌低壓箱最大變形為2.3 mm,小于變形預(yù)設(shè)量(5 mm)。可見,跨座式單軌低壓箱的強(qiáng)度滿足使用要求。

▲圖5 跨座式單軌低壓箱邊界約束

▲圖6 跨座式單軌低壓箱仿真結(jié)果

6 布線模擬

采用CREO 4.0軟件有纜模塊,用于三維走線模擬。設(shè)置線軸相關(guān)參數(shù),如最小折彎半徑等,然后選擇起止點(diǎn),還可以自行選擇經(jīng)過點(diǎn)對(duì)走線路徑進(jìn)行定義。經(jīng)過多次調(diào)整和優(yōu)化,獲得跨座式單軌低壓箱內(nèi)部布線[9-10],如圖7所示。

▲圖7 跨座式單軌低壓箱內(nèi)部布線

7 結(jié)束語

筆者設(shè)計(jì)了跨座式單軌低壓箱,通過技術(shù)分析和計(jì)算仿真,驗(yàn)證了這一低壓箱滿足跨座式單軌車輛的技術(shù)要求?？缱絾诬壍蛪合湟言囍瞥晒?進(jìn)行樣車測試,目前運(yùn)行良好。