动车组布线模块化设计
来源:用户上传
作者:
摘 要：本文在对动车组布线工程设计总体内容全面分解剖析的基础上，从动车组布线机械结构设计模块化，线束设计模块化，模块化布线设计对布线工艺的作用等方面介绍了布线模块化设计的思路；并从工作实践出发，针对各布线模块的特点论述了动车组布线工程设计中需要考虑的关键要素，为轨道交通车辆及类似行业布线工程化设计提供有用借鉴。
关键词：动车组 布线设计 模块化 线束
中图分类号：U266 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）03（b）-0098-02
随着动车组上各项功能不断完善，乘客需求越来越高，对动车组车辆上线缆布线设计提出了更高的要求。动车组上每节车线缆数量达2000～3000根，以一列8节编组动车组计算，整车线缆数量达到20000多根；而且这20000多根电缆中包含了各类不同电压等级的动力电缆，控制用电缆以及网络信号电缆，光纤等，遍布整车各个位置。对如此数量繁多的电缆，如何保证车上线束敷设的安全可靠，确保车辆功能不受影响，需要有一条清晰明了的思路对整车布线设计进行全局把控。动车组车辆线路看似杂乱无章，但是通过统筹考虑，也可以实现整车布线的模块化设计。本动车组布线模块化设计思路主要通过布线机械结构模块化设计及线束模块化实现。
1 布线机械结构模块化设计
对整车复杂的线路连接，首要的应从车辆机械结构上对各个部分线路敷设进行模块化划分。划分方法如下：
首先，由于整列车的每节车辆从结构上相对独立，因此，可将每节车辆定义为一个独立的模块。便于从机械结构对每节车布线结构进行单独设计。
其次，根据每节车内部布线结构，将每节车布线划分为底架布线模块，客室布线模块，车顶布线模块，车端布线模块，25kV高压布线模块。
下面将对各布线模块的特点及设计思路进行介绍。
（1）底架布线模块。
车辆底架主要安装变压器，变流器，蓄电池箱，制动控制模块，转向架，卫生间水箱，污物箱等设备。从电路结构上看，包括了主电路，辅助电路和控制信号电路，对该模块的设计思路是，设一个贯通整个车辆长度的主辅线槽和一个控制信号线槽，以此作为底架布线模块的主干，线缆主要从该线槽布线。线槽中线缆如需接到设备上，则可在设备旁的线槽位置进行开孔出线。对穿出线缆的布线，可以设置分支小线槽，以及扎线板进行布线。因此，底架布线模块结构简单来说就是两根主干线槽+支路出线，模块结构清晰明了。
底架的主要特点是环境相对恶劣，温度变化范围较大，且容易受到车辆外部雨水、洗车水的侵袭，受到铁路上石块等外物的击打，还有空气中盐雾的腐蚀。因此，整个底架布线模块需要采取特殊的防护措施。如对接线用连接器、接线盒设计的防水防尘等级应做到IP66以上。另外需要注意底架线缆、接线设备不应安装得离轨面过近，应用线槽、线管等进行机械防护。线槽线管应有防腐蚀措施，安装紧固件应用抗腐蚀能力较强的不锈钢材质等。
（2）客室布线模块。
车辆客室主要安装了控制屏柜，车内乘客信息系统设备，车门控制器，座椅插座，照明设等，电路结构主要有辅助电路，控制信号电路。跟底架布线模块类似，也采用贯穿整车主干线槽加支路布线的形式。根据车内空间大小，我们可在客室两侧顶部或者地板下部设置两根主线槽，屏柜进线处以及与车底线缆贯通处设置下线线槽，以这几处线槽作为干线，车内其它各个部位的接线，可以设置分支路径。因此，客室布线模块的结构是，车辆两侧两根主线槽（侧顶或地板下）+屏柜线槽+贯通车顶车底竖线槽+支路出线。
车辆客室内的主要特点是环境较外部要好许多，因此，客室内布线对防水防尘等设计等级要求较低；但是由于该部位离乘客界面很近，要重点考虑触电保护，确保乘客安全性。从乘客安全及美观性考虑，线缆应尽量不外露，如有不可避免地有外露部分，应用专用的线缆防护装置进行防护。
（3）车端布线模块。
车端布线模块主要指两节车辆间的电缆连线，跨接方式可有端墙两侧跨接，底架跨接，顶部跨接，通过综合考虑车体的断面结构的及车辆过弯道运动特点，两车端距离，车辆贯通道的宽度等参数选择合适的跨接方式。
由于两节车之间会发生长期相对运动，因此，需要考虑电缆的柔性以及车辆的相对运动过程中线缆固定点间的位置，必须使各个状态下线缆及保护软管的弯曲半径能满足本身的弯曲半径要求而不至使发生疲劳损坏，且不与车辆其他部位发生摩擦。
（4）25kV高压电缆布线模块。
25kV高压电缆布线模块主要是指电网输入侧的布线。由于该电路电压等级较其他电路高很多，如果与其他线缆一起布线会对其他线路产生很强的电磁干扰，因此，需要对该线路电缆布线进行单独设计。包括高压设备间的连线、车顶受电弓间的连接、两节车之间的高压跳线。
高压设备一般安装于车顶，且导电部位裸露在外，车顶高压设备连线主要用裸露的软铜绞线连接，需要着重考虑电气间隙及爬电距离，高压绝缘配合设计合理。
动车组两受电弓间一般跨过几辆车，且需要连通，因此，一般会有一根高压电缆贯通几辆车车顶。由于客室空调机组一般安装于车顶，且基本占满车顶宽度方向空间，为了不影响空调机组运行且便于检修，高压电缆一般在空调机组两侧绕行，为了不影响车辆整体美观性及车辆的流线性造型，高压电缆在此处应进行隐藏设计，如用空调导流罩板遮盖或将线缆穿入车体内部。另外车顶高压贯通电缆需要考虑防紫外线设计。
车辆与车辆间的高压跳接电缆连接可考虑外绝缘与内绝缘两种型式，与车端跳线类似，需要充分考虑两车辆间的相对运动，保证各个工况下电缆连接的可靠性。
（5）车顶布线模块。
车顶布线模块主要是指车顶低压设备的布线。对于一般非低地板车辆，车顶主要是安装空调机组，只需要考虑空间机组主回路及控制回路线缆的保护固定。对于低地板车辆，很多设备从车下移到了车顶安装，车顶线束较多，需要像车底布线设计一样，设计专门的布线通道，在布線通道上安装线槽或者线缆固定卡。 车顶布线环境与底架布线类似，需要考虑防水防尘，防止空气中盐雾的腐蚀，外露布线用材质应进行防锈设计。与车底布线模块不同的是，车顶布线需要额外考虑线缆、布线部件的抗紫外线性能。
（6）各布线模块间的接口。
由于整车电缆相互贯通，除25kV高压布线模块外，各个布线模块线缆间均不是独立的，有的线束同时属于几个不同的布线模块，因此，各个模块间电缆布线需要留有可靠的连通通道。为实现各布线模块间的贯通，需要在车体合适的位置开穿线孔，如车体底架地板需要开由客室布线模块到底架布线模块的穿线孔，端墙或者底架需要开由客室布线模块到车端布线模块的穿线孔，车体顶盖需要开由车顶布线模块到客室布线模块的穿线孔。
由于动车组运行速度非常高，气流对车辆内部噪声的影响非常大，为了提高乘客的舒适度，对于车体上的穿线孔，需要着重考虑进行有效的封堵措施，保证孔洞的防水防尘及气密性，一般采用密封胶进行封堵。如根据车辆防火要求，该穿线孔洞穿过防火隔断，则仍需考虑密封胶的耐火性能，保证该穿线孔洞不影响该处的防火隔断。
2 线束模块化设计
上述章节从布线机械结构上介绍了布线模块化设计的方式，若仅参照上述方式进行布线设计，仅是形式上的模块化。由于车辆内线缆连接错综复杂，包括不同电压等级、不同信号类型电缆遍布车辆内部。如不对线束进行统一管理，各线缆束仍然杂乱无章。因此有必要进行线束模块化设计。
根据标准EN 50343：《铁路应用机车车辆布线规则》，不同种类的电缆应单独敷设，因此，我们在绘制原理图时就应当按线路电压等级区分不同类型的电缆。如25kV電路定义为H类，主电路定义为A类，辅助电路定义为B类，控制电路定义为C类，网络信号电路定义为D类。在原理图上定义完后，我们就可对该几种类型的电缆进行模块化布线管理，电缆敷设时设置不同的线槽。一般地，受车辆空间限制，我们将H类电缆单独敷设，A类，B类敷设在一个线槽内，C，D类线缆敷设在另外一个线槽，不同的线缆在同一线槽内用隔板分开。
为了能够清晰地从线束设计上区分章节1中不同布线模块的电缆，我们在接线原理图上对车辆上的每个设备进行特殊的位置定义。以符号“+”和3位数字定义设备位置，首位数字代表不同车辆，如1代表头车，2代表第二节车；第二位数字代表车辆上不同的位置，如0代表车顶，1，2，3，4，5，6代表客室内屏柜，顶部，侧墙等位置，7，9代表车辆底架位置和转向架位置，8代表车辆端部；第三位数字代表设备位置的流水号，从一位端到二位端从1到9数字逐渐增大。如+111代表头车司机室位置，+293代表第二节车二位端转向架位置。
由于线缆总是连接相同或不同设备的两个点位，因此，我们可以用两个地址码加线缆类型加流水号的方式给每个线束定义线束号。如线束号111179D003代表头车从司机台到底架靠近二位端某设备的第3束信号电缆。
有了上述清晰的线束号定义，结合章节1中所述布线机械结构模块化设计，就可以很容易将线束归集到某一模块，实现了线束模块化设计。
3 模块化布线设计对布线工艺作用
动车组布线实现了模块化设计，对布线的可靠性及工艺上的可操作性、可维护性作用是非常大的，具体体现在以下几点：
（1）可以实现车下预组装布线方式，由于布线结构划分清晰，可以同时将不同模块的线槽在车下预组装好，在车下将主要所属该模块线缆布入线槽中，再将线槽加线缆一同安装到车上，在车上只需进行少部分电缆固定绑扎及接线。减少车上作业工作量，减轻了作业员工操作强度。
（2）可以针对每个布线模块的特点采取针对性的布线保护措施，保证布线安全可靠。如车下线缆需用软管及密封胶、橡胶密封圈等进行密封保护，同时防止外力作用损伤电缆；车顶高压设备连线额外进行电气间隙核验；不同电压等级电缆分开敷设，等等。
（3）在后续车辆线路检修维护中，可以现场快速的找到线缆布线路径及判断可能的故障点，及时排查故障。
4 结语
动车组布线模块化设计方法对动车组布线无论是在前期设计还是生产制造以及后期车辆的检修维护都具有很强的指导意义。通过对整车线缆敷设合理的模块化划分，可以将线路设计化繁为简，进行全局的把控，保证动车组性能的安全可靠。
参考文献
[1] EN 50343-2014， 铁路应用机车车辆布线规则[S].
[2] 李丰收，薛晓霞.动车组布线轻量化设计及探讨[J].技术与市场，2018（1）：41-42.
[3] 汤恒舟.铁路客车电气模块化设计技术应用研究[J].铁道车辆，2008（11）：13-17.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14923230.htm
