铁路客车LED灯具统型研究

孙利苹,范恩明,李富强

(中车唐山机车车辆有限公司，河北 唐山 063035)

引言

与荧光灯相比，LED光源具有更优的物理性能、照明及电气性能，也已逐渐成为轨道交通运输行业中的首选光源，日益受到用户的认可和青睐[1-5]。但是，其在铁道客车上的应用也存在一定制约：花样繁多的LED灯具给检修维护、配件更换等带来诸多不便。为了将LED灯具在铁路客车上推广应用，LED灯具的统型工作势在必行。

1 LED灯具统型的技术方案

现有铁道客车上广泛使用的为经过统型的荧光灯，包括2×20 W双管顶灯、2×15 W双管顶灯、1×20 W壁灯、1×15 W壁灯、3×15 W壁灯以及座车、餐车客室安装的灯带。灯具本身以及机械、电气接口均已统一。考虑现有车辆改造装用LED灯具的可行性，LED灯具统型须考虑以下技术问题：①灯具类型参考统型荧光灯具类型执行；②统型LED灯具的安装机械接口和电气接口(包括：功率、接线)与统型的荧光灯具接口保持一致；③单个LED灯具的照度与荧光灯具照度保持一致，保证灯具改装后车辆照度和原有照度保持一致，车内照明均匀性保持一致。

1.1 技术方案

LED灯具本身包含灯体、灯角、LED发光源以及端子、接地标贴等辅助装置。为保持LED灯具与荧光灯具机械接口的一致性，外形尺寸与荧光灯具保持一致。除LED发光源和驱动器外，其余辅助装置形式均按统型荧光灯具执行。

统型LED灯具包含两种方案：①LED灯管形式；②平面光源形式。

1)LED灯管形式灯具。图1为LED灯管形式的2×15 W双管顶灯，其外观(包括外形尺寸、进线、接线等)形式与2×15 W荧光灯具双管顶灯完全相同。与2×15 W荧光灯具双管顶灯相比，荧光灯管改为LED灯管，镇流器(或逆变器)改为了驱动器。

图1 2×15 W双管顶灯——LED灯管形式Fig.1 2×15 W double tube dome light with the form of LED tube

LED灯管外观结构与传统日光灯管相同，而灯管内部不同，发光角度也不同。LED灯管的发光角度不同于荧光灯管(发光角度为360°)，LED灯管为前照发光，发光角度固定。LED灯管的统型涉及：①发光角度的统型(保证灯管安装在灯体内后，灯管均匀射出，保证照度的均匀性)；②灯管外观统型，包括灯管长度、与等角的机械接口等，从而保证灯管在不同LED灯具内的互换性。图1中的灯光发光角度为120°，灯管横向中心距为100，通过模拟试验证明其很好的保证了灯光均匀性。

驱动器(LED电气控制装置)输入电压分三种类型：AC220 V、DC110 V、DC48 V，输出电压恒压DC36 V，更好的保证了灯具的安全性。外形尺寸、安装接口统一。电子控制装置具备过流、过压、欠流、欠压保护功能及短路保护盒过热保护功能。

图2 LED灯具内部接线框图Fig.2 Wiring diagram of LED light

2×15 W双管顶灯内部接线框图如图2所示。以上为2×15 W双管顶灯——LED灯具统型方案，其他类型灯具(包括：2×20 W双管顶灯、2×15 W双管顶灯、1×20 W壁灯、1×15 W壁灯、3×15 W壁灯)均参照执行。

2)平面光源形式灯具。图3为2×15 W双管顶灯——平面光源形式LED灯具。它与LED灯管形式的灯具相比，主要区别是发光源为LED光源板。因发光源的不同，导致灯体内部布局要稍做调整。

图3 2×15W双管顶灯——LED平面光源形式Fig.3 2×15W double tube dome light with the form of LED plain light source

1.2 LED灯具统型规格

为保证与现有客车技术接口的一致性以及现有运行铁道车辆灯具的改造，统型的铁道客车LED灯具，LED灯具与荧光灯具的机械(外形尺寸等)、电气接口(电缆直径、载流量、端子型号、控制柜空开等)保持一致。具体规格型号及内部关键部件接口见表1。

1.3 方案对比分析

LED灯管形式灯具和平面光源形式LED灯具除上面介绍的区别外，在外观、散热性能、节能效果、使用寿命、可维护性方面也存在差异，具体如表2所示。

通过两种形式LED灯具的对比分析可以看出，平面光源LED灯具具有光照均匀、散热性能好、节能效果好、使用寿命长等优势，且因平面光源使用约为50 000 h，正常运用维护过程中无需对光源进行检修更换。因此建议采用平面光源形式LED灯具。

表1 LED灯具规格型号及内部关键部件接口表

表2 LED灯管形式灯具与平面光源形式LED灯具的对比

2 铁路客车中安装荧光灯具与LED灯具的效果对比

图4为车内客室安装荧光灯具后的效果图，图5为车内客室安装LED管状光源灯具后的效果图。对比可见，LED灯具产生的照明效果美观性、舒适性更佳。

图4 荧光灯具装车效果图Fig.4 Design sketch with fluorescent lamp

图5 LED灯具装车效果图Fig.5 Design sketch with LED lamp

3 结语

统型的标准化的LED灯具可以更好地替代荧光灯管灯具，并且对车辆组装流程及工艺带来的变化小。通过统型工作，实现铁路客车LED灯具的模块化、标准化、系列化、通用化，便于LED灯具的检修、更换，可整体提升客车的美观性、舒适性。

此外，随着中国铁道车辆国际订单的增加，对铁道客车的整体技术水平的要求必将越来越高。铁路客车LED灯具统型可以从整体上提升车辆的设计、制造水准，为中国铁道客车整体技术水平的提高发挥应有的作用。

[1] 高健飞,刘文平,胡晓春.铁道客车LED平面光源照明灯具设计探索[J].铁道客车,2009(10):33-36.

[2] 周连庆. 铁道站场照明现状及LED高效照明灯的研究应用[J]. 铁道机车客车,2010(4):100-101.

[3] 闻兴业，孙利苹，刘永志.LED照明及集中供电方式在轨道车辆上的应用[J].铁道机车车辆,2014(1):34-37.

[4] 曾丹，彭冬生，蒋月.LED照明的光学器件设计与仿真[J].红外激光工程,2016,45(12):196.

[5] 睦世荣，余荣桑，马达.LED照明光组件体系研究在LED照明产业标准化实践中的意义[J].标准科学,2015(9):23-26.