内燃机车电器控制柜总体设计分析

2018-02-21孙湘漪马连凤郑旭阳

现代工业经济和信息化 2018年4期

关键词：柜门线槽柜体

孙湘漪，裴冰，赵娜，马连凤，郑旭阳

（中车永济电机有限公司，陕西西安 710018）

引言

内燃机车电器柜是整个机车的控制中心，司机对机车发出的起动、运行、升降速及停机等指令均通过电器柜内的各种电器来实现，电器柜的设计是否科学、合理，关系到列车运行的可靠性与稳定性。

内燃机车电器柜的设计要求把功能、结构、工艺、材料、人机关系、维修、形态、色彩等因素自然地融合在一起，在首先满足使用功能要求的同时，根据人机工程学的原理，还应考虑电器布置的合理性，安装、检修和操作的方便性，外观造型的美观性。

1 电器柜的柜体设计

内燃机车电器柜安装在机车的电气室内，它的工作环境比较特殊，机车在运行过程中会产生上下、左右、前后等多个方向的振动，因此电器柜柜体的设计必须满足刚度强度的要求，并且在长期振动和有冲击的环境内能够保证柜内电器设备安全可靠工作。

内燃机车电器柜是焊接式机柜，是钢板折弯再组焊而成的柜体；基本骨架由顶框、底框、立柱组成，再配以左、右侧门沿及前后门，装上顶盖、底盖而形成。这种结构工艺性好，且坚固耐用。

1.1 电器柜的外形设计

在高、低压电器分开安装的内燃机车上，高压电器柜的宽度一般为650 mm，低压电器柜宽度为550 mm。这是在内燃机车上有限的空间内，既能保证布置好各种电器、又能保证各种电器断开时游离气体电弧和火花不致危及相邻电器部件的正常工作和人体安全的最小宽度。

电器柜两面设门，可双面进行电器的安装、布线，而且方便检查、调试及维修等。

1.2 电器柜的柜门设计

电器柜的柜门是整个柜体中使用最频繁的部件，也是最能体现人性化设计的部件之一。体现人性化设计的主要是柜门开启的角度和门锁。

由于内燃机车电气室的空间较小，电器柜内的电器需要操作、观察、调节和拆检，所以在保证柜体强度的同时，应尽可能地使柜内电器尽可能展露给操作人员，电器柜的门也尽可能地开启角度大。受机车电气室走廊的宽度及高压电器柜和低压电器柜之间距离所限，机车电器柜柜门的宽度一般不应超过400 mm，柜门的个数由所给定的电器柜的长度而定。

电器柜柜门应使用能开启180°的门铰链，这样电器柜柜门能够充分地敞开，为司乘人员和检修人员的操作、通行提供最大的空间。

门锁的选择与设计，不仅要保证门锁操作灵活、开关自如，而且要坚固耐用。门锁的高度不能超出门面过高，不能带棱角，保证当工作人员，特别是检修、操作和司乘人员从柜体旁边来回走动时，不会勾挂工作人员的衣服。手柄能在门开启后复位为最佳。

1.3 柜体的底部设计

内燃机车电系统主线束由车体地板下的主线槽进入到电器柜底部，再穿过柜体底部的穿线孔连接到柜内的端子上。以往电器柜底部的出线板为焊接结构，机车大修时，电器柜所有的对外连线必须由过线孔退出后，电器柜方可吊出，给拆卸电器柜带来很大麻烦。目前电器柜设计取消了底部封板，采用敞开式结构或把柜底的出线板设计成活板，这样，只要将电器柜的外部接线从端子上拆下，电器柜即可吊出。

在内燃机车制造工艺改进前，机车电器柜底与机车车体直接进行焊接，现新造机车采用先油漆后组装的制造工艺。为了适应机车新工艺的要求，柜体底脚设计时加装一个焊块，焊块与柜体底脚用螺栓联接，机车油漆前先根据电器柜定位尺寸将焊块焊接在车架上，这样可避免因柜体与车体架直接焊接给电器柜外观油漆造成的损坏。

1.4 柜体设计时的特殊处理

内燃机车柴油机启动后机车一直处于振动状态，为避免电器柜柜门振动所产生的不良后果，各个门与门沿、门与门之间均粘贴减振橡胶条，这样的处理使电器柜柜门具有防振和防尘的双重效果。

电器柜采用自然散热方式。因电器在工作使用中均会产生热量，为保证柜内电器及设备的正常工作，在柜体的顶部及柜门的下部均开设百叶窗，以利散热。在设计时把发热温度较高的电器磁场削弱电阻，与其它电器隔离，独立安装在柜内顶部，相应的顶部位置开设百叶窗进行散热，使柜内的环境温度有很大的改善。

2 电器布置

2.1 电器布置的一般原则

电器柜内元器件的布置要符合人机工程学原理，整体布局要综合考虑，一般遵循的原则是：大功率发热元件、不需经常操作和维护的元件装于柜的上部，如磁场弱电阻、电阻组件及二极管组件等；体积大、重量重的元器件布置在柜的下部，如工况和方向转换开关、电空接触器、电磁接触器等；经常操作的元器件布置在柜内的中上方，如万能转换开关、自动开关等。电器的排列既要整齐、美观、易于操作，又要保证各电器的电气间隙。

根据人机工程学原理，自动开关、万能转换开关、闸刀开关一定要布置在电器柜的外走廊侧，以方便司乘人员的操作或应急处理。而且这些电器一般应布置在距离距地面1.3～1.6 m之间，超过这个范围，就会使人在操作、观察等方面感到不便。对于管型电阻的布置，应安排在电器柜上部且不超过1.9 m的位置，且应考虑可调电阻的调节环在行程范围内不被门沿挡住，以便机车做水阻试验时试验人员对电阻的调节。

2.2 电器布置的模块化设计

对于内燃机车电器柜，其中部分电器的布置可采用模块化设计。所谓模块就是将联系紧密的各个电器组装在一起，形成具有相对独立功能的大部件。在东风8B型和东风11型内燃机车上，其蓄电池充电和柴油机启动回路与空压机控制和励磁回路的功能及所选电器的型号、电器之间的连接方式是完全相同的，因此对这两部分电器排列可形成两个模块。在低压电器柜设计时，这部分电路可直接使用，可省去对此电路电器排列、安装形式、铜排连接的重复设计。可形成类似的模块还有机车主回路电器、LKJ-2000监控系统等。对于功能基本或完全相同的一些电气元器件，如电阻、硅整流电源、自动开关和中间继电器等，均以电阻组件、二极管组件、自动开关组和中间继电器组的方式进行模块化设计，根据机车电路的不同作相应的局部修改即可使用。模块化设计不仅可缩短电器柜的设计周期，对同一类型不同控制方式或不同运用方式的机车（如东风8B型内燃机车），可做到柜体内的电器布置基本相同，为主机厂的制造过程、司乘人员的操作提供了极大的方便。

3 电气布线

3.1 电器布线的规范性

电器柜的布线原则是在电性能允许的前提下，使线束横平竖直、整齐美观。机车电器柜的导线一般采用线槽布设，为避免导线损伤，线束出线槽处均采用外包绝缘处理。采用线槽布线有以下优点：

1）选用的线槽材质是阻燃的绝缘材料，与导线配套，能增强线路的绝缘性能及安全可靠性。2）线槽两侧的散热孔，能迅速将导线的热量散发。3）布线方法简单，操作便利，布线可一次性完成。4）选用线槽时，已预留了一定的空间，便于用户的检修和加装改造。

3.2 电器布线的合理性

机车电器柜的布线，还应充分考虑布线方式的合理性。如果电器柜内的导线（简称内部线）布线不合理，会造成内部线与进入电器柜的导线（简称外部线）积聚在一处，给外部线的布设、绑扎和接线造成很大的困难。所以电器柜内部线的走线方式极为重要。一般原则是电器柜内部去端子排的导线布设在端子排的左侧，从端子排上方线槽引下；外部接线布设在端子排的右侧，自线槽下面向上布设。

进入电器柜的导线还有25 mm2及以上的机车电缆，因截面较大布设困难，而且电器柜内的空间有限，电缆不易直接接在电器上。较合理的方式是设计过渡铜排，将电器的接线用过渡铜排引至电器柜的底部。这种设计方式既方便了主机厂的电缆接线，同时柜体内部也显得整齐美观。