城軌地鐵車輛司機(jī)室電氣柜模塊化設(shè)計(jì)

洪欣

摘要：近年來，我國經(jīng)濟(jì)水平有了很大提高，城市化進(jìn)程也在加快，許多鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民開始前往城市工作及生活，這大幅提高了城市居民數(shù)量，給城市交通系統(tǒng)帶來了一定壓力。城軌地鐵車輛作為城市交通的主要工具之一，在交通系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，不僅具有較高的運(yùn)輸效率，而且乘坐十分方便。司機(jī)室電氣柜作為地鐵車輛的重要組成部分，其電氣柜設(shè)計(jì)的合理性直接影響到車輛的運(yùn)行性能。

關(guān)鍵詞：城軌地鐵;司機(jī)室電氣柜;模塊化設(shè)計(jì)

司機(jī)室電氣柜模塊化是強(qiáng)化城軌地鐵車輛設(shè)計(jì)理念的重要環(huán)節(jié)。本文通過對司機(jī)室電氣柜的框架設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)和布線設(shè)計(jì)的闡述，進(jìn)一步介紹了模塊化設(shè)計(jì)理念，并將其應(yīng)用于實(shí)例中，取得了良好的效果。模塊化在城軌地鐵車輛設(shè)計(jì)中占有重要地位，能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省工作時(shí)間，提高效率，是精益生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢。

一、城軌車輛類型

地鐵車輛是城市軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分，也是技術(shù)含量較高的機(jī)電設(shè)備。地鐵車輛應(yīng)具有先進(jìn)性、可靠性、實(shí)用性，應(yīng)滿足容量大、安全、快速、美觀、節(jié)能要求。

目前國內(nèi)城軌車輛根椐車體尺寸一般分為三種：A型、B型、C型。A型車長2m，寬3m;B型車長19m，寬2.8m;C型車長度根椐軸式不同而長度不同，寬度2.6m。B型車根椐受電方式不同又分為B1型和B2型，B1型為第三軌下部受流，B2型為上部受電弓受流。

目前采用A型車的城市有：上海、南京（全部為A型車）、深圳、廣州部分線路采用A型車輛。北京、天津等其它城市均采用B型車輛。而C型車只有上海6號(hào)線采用。

A型車過去主要是歐洲廠商提供，目前國內(nèi)廠商也能制造，其特點(diǎn)是寬敞、舒適，但造價(jià)相對B型車較高，對線路條件、限界及站臺(tái)、車輛段等要求較高。

B型車是目前國內(nèi)多數(shù)城市選用的車型，其制造技術(shù)成熟，相對A型車造價(jià)較低，維修方便，地鐵限界及車站、車輛段尺寸較小，因此可節(jié)省整個(gè)項(xiàng)目的造價(jià)成本。

二、模塊化設(shè)計(jì)簡介

模塊化設(shè)計(jì)簡單地說就是程序的編寫不是開始就逐條錄入計(jì)算機(jī)語句和指令，而是先用主程序、子程序、子過程等框架把軟件的主要結(jié)構(gòu)和流程描述出來，并定義和調(diào)試好各個(gè)框架之間的輸入、輸出鏈接關(guān)系。逐步求精的結(jié)果是得到一系列以功能塊為單位的算法描述。以功能塊為單位進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)其求解算法的方法稱為模塊化。模塊化的目的是為了降低程序復(fù)雜度，使程序設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)等操作簡單化。模塊化設(shè)計(jì)能省去現(xiàn)場操作中繁瑣的工序;簡化司機(jī)室電氣柜與車輛各個(gè)系統(tǒng)間的電氣和機(jī)械接口;降低車輛在運(yùn)行中的故障率;提高生產(chǎn)效率。模塊化是在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的設(shè)計(jì)思想，已被廣泛應(yīng)用于機(jī)床、電子產(chǎn)品、航天、航空等設(shè)計(jì)領(lǐng)域，但至今模塊化術(shù)語尚未給出公認(rèn)的權(quán)威性定義。

此外，模塊化設(shè)計(jì)原則為：①具有寬松的機(jī)械和電氣接口，便于快速生產(chǎn)及裝配;②具有靈活性，可選擇性組合、替換和升級(jí)、維護(hù)、更換;③符合EMC電磁兼容性設(shè)計(jì)原則;④具有相對獨(dú)立性、完整性;⑤具有相對通用性和互換性。

三、司機(jī)室電氣柜模塊化設(shè)計(jì)概述

電氣柜是由鋼材質(zhì)加工而成用來保護(hù)元器件正常工作的柜子。司機(jī)室電氣柜位于司機(jī)室內(nèi)，柜內(nèi)布置網(wǎng)絡(luò)、牽引、PIS、火警等設(shè)備，以及電氣柜原理圖所包含的微型斷路器和繼電器、接觸器、連接電纜等，負(fù)責(zé)列車司機(jī)室控制系統(tǒng)。司機(jī)室電氣柜是城軌地鐵車輛必不可少的組成部分，它囊括了80%的司機(jī)室電氣設(shè)備和控制邏輯單元。司機(jī)室電氣柜設(shè)計(jì)是否合理，關(guān)系到車輛運(yùn)行性能好壞、司機(jī)室空間利用是否合理等。

司機(jī)室電氣柜模塊化設(shè)計(jì)能簡化電氣柜內(nèi)部電氣排布;固化司機(jī)室電氣柜和車輛之間的機(jī)械和電氣接口;節(jié)省工時(shí)，提高效率，促進(jìn)精益生產(chǎn)，滿足人機(jī)工程學(xué)要求。

四、司機(jī)室電氣柜框架設(shè)計(jì)

某地區(qū)地鐵司機(jī)室電氣柜外形尺寸為：465mm*700mm*1850mm;柜體主體結(jié)構(gòu)選用厚4mm、寬40mm、材質(zhì)為5754-H111的鋁合金折彎型材，采用不銹鋼鉚釘鉚接組成的框架結(jié)構(gòu)，尺寸公差滿足ISO 2768-mk，表面處理方式采用靜電噴塑，顏色與美工方案保持一致。司機(jī)室電氣柜實(shí)際上是一個(gè)可承重200kg電氣件的鋁合金框架。相對于普通碳鋼焊接結(jié)構(gòu)具有重量輕、耐腐蝕、韌性好、美觀大方等特點(diǎn)。

司機(jī)室電氣柜面板采用鋁合金板體，四周翻邊，左側(cè)采用不銹鋼鉸鏈與柜體鏈接，右側(cè)采用7mm四方壓緊鎖實(shí)現(xiàn)打開與閉合的固定，右側(cè)采用空心膠條保證鎖閉時(shí)嚴(yán)實(shí)合縫，防止因車輛震動(dòng)噪音的產(chǎn)生。面板表面處理工藝為：表面打砂、氧化，面板上的標(biāo)識(shí)采用腐蝕刻字形式，經(jīng)久耐用。

司機(jī)室電氣柜體底部4個(gè)安裝孔與車體防轉(zhuǎn)槽通過M10緊固件固定，左側(cè)的2個(gè)固定孔通過支架與車體側(cè)墻C型槽固定，并采用M8緊固件緊固，柜體與車體之間通過接地線接地保護(hù)。防轉(zhuǎn)槽的優(yōu)點(diǎn)在于：可將六角螺母直接塞進(jìn)防轉(zhuǎn)槽內(nèi)，底座保持水平，司機(jī)室電氣柜可在防轉(zhuǎn)槽面上隨意挪動(dòng)，有助于電氣柜安裝時(shí)調(diào)節(jié)安裝位置，降低操作者勞動(dòng)強(qiáng)度。

五、司機(jī)室電氣柜電氣設(shè)計(jì)

為了最大限度地利用柜內(nèi)空間，司機(jī)室電氣柜分為三層，即面板、司機(jī)室側(cè)安裝板、客室側(cè)安裝板。司機(jī)室電氣柜面板的電氣元件主要是不經(jīng)常操作的按鈕、旋鈕，較為重要的斷路器及網(wǎng)壓表、110V電壓表，面板上的設(shè)備可通過檢查門上的明窗直接觀察車輛運(yùn)行情況。司機(jī)室側(cè)安裝板上的設(shè)備依次為：端子排、斷路器、繼電器、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、PIS主機(jī)?？褪覀?cè)電氣柜安裝板上的設(shè)備依次為端子排、繼電器。端子排、斷路器、繼電器、接觸器全部采用滑軌式安裝，易于更換。根據(jù)供電方式、功能組不同，將斷路器、繼電器、接觸器分門別類放置。

六、司機(jī)室電氣柜布線

司機(jī)室電氣柜布線在司機(jī)室電氣柜模塊化中有著舉足輕重的作用。司機(jī)室電氣柜布線除了要考慮最短路徑和美觀外，還要考慮電磁兼容問題。為了方便布線，在司機(jī)室電氣柜周圍鋪設(shè)線槽，根據(jù)線槽內(nèi)線纜不能超過線槽橫截面積70%的原則，選擇寬度為40mm、深度為80mm的線槽。

為了避免電磁干擾，線槽內(nèi)不同類型的線纜分開放置或應(yīng)用屏蔽網(wǎng)管隔離。司機(jī)室電氣柜布線遵循EN 50343標(biāo)準(zhǔn)，電纜可分為三類，A類包括高壓電纜、發(fā)動(dòng)機(jī)電纜、制動(dòng)電阻電纜、濾波器電纜（在交流器內(nèi)部）、輔助變流器電纜等;B類包括蓄電池電纜、控制電纜等;C類包括數(shù)據(jù)通訊總線電纜（MVB和WTB）、ATC天線電纜、揚(yáng)聲器電纜、視頻電纜等。

不同種類的電纜應(yīng)單獨(dú)鋪設(shè)，最小距離為：A與B類隔離距離為0.1m;A與C類隔離距離為0.2m;B與C類隔離距離為0.1m.

七、電氣柜內(nèi)電磁兼容設(shè)計(jì)

司機(jī)室電氣柜內(nèi)主要布置器件包括：開關(guān)、按鈕、繼電器、接觸器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、PIDS系統(tǒng)主機(jī)等設(shè)備。受空間及人機(jī)界面要求的限制，電氣柜不可能僅依靠空間去解決自身的電磁兼容問題。電氣柜內(nèi)各個(gè)電氣件自身的性能對整體性能有著直接的影響，所以在電氣柜內(nèi)各個(gè)電氣件造型期間，必須要求每個(gè)器件均能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。在此前提下，合理的器件布置是對整體性能提升的必要手段。同時(shí)，柜內(nèi)過多的不同等級(jí)的電纜對電氣柜自身的電磁兼容性能也有著重要影響。

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