城轨地铁车辆司机室电气柜模块化设计

洪欣

摘要：近年来，我国经济水平有了很大提高，城市化进程也在加快，许多乡镇居民开始前往城市工作及生活，这大幅提高了城市居民数量，给城市交通系统带来了一定压力。城轨地铁车辆作为城市交通的主要工具之一，在交通系统中发挥着重要作用，不仅具有较高的运输效率，而且乘坐十分方便。司机室电气柜作为地铁车辆的重要组成部分，其电气柜设计的合理性直接影响到车辆的运行性能。

关键词：城轨地铁;司机室电气柜;模块化设计

司机室电气柜模块化是强化城轨地铁车辆设计理念的重要环节。本文通过对司机室电气柜的框架设计、电气设计和布线设计的阐述，进一步介绍了模块化设计理念，并将其应用于实例中，取得了良好的效果。模块化在城轨地铁车辆设计中占有重要地位，能减轻劳动强度，节省工作时间，提高效率，是精益生产发展的必然趋势。

一、城轨车辆类型

地铁车辆是城市轨道交通系统的重要组成部分，也是技术含量较高的机电设备。地铁车辆应具有先进性、可靠性、实用性，应满足容量大、安全、快速、美观、节能要求。

目前国内城轨车辆根椐车体尺寸一般分为三种：A型、B型、C型。A型车长2m，宽3m;B型车长19m，宽2.8m;C型车长度根椐轴式不同而长度不同，宽度2.6m。B型车根椐受电方式不同又分为B1型和B2型，B1型为第三轨下部受流，B2型为上部受电弓受流。

目前采用A型车的城市有：上海、南京（全部为A型车）、深圳、广州部分线路采用A型车辆。北京、天津等其它城市均采用B型车辆。而C型车只有上海6号线采用。

A型车过去主要是欧洲厂商提供，目前国内厂商也能制造，其特点是宽敞、舒适，但造价相对B型车较高，对线路条件、限界及站台、车辆段等要求较高。

B型车是目前国内多数城市选用的车型，其制造技术成熟，相对A型车造价较低，维修方便，地铁限界及车站、车辆段尺寸较小，因此可节省整个项目的造价成本。

二、模块化设计简介

模块化设计简单地说就是程序的编写不是开始就逐条录入计算机语句和指令，而是先用主程序、子程序、子过程等框架把软件的主要结构和流程描述出来，并定义和调试好各个框架之间的输入、输出链接关系。逐步求精的结果是得到一系列以功能块为单位的算法描述。以功能块为单位进行程序设计，实现其求解算法的方法称为模块化。模块化的目的是为了降低程序复杂度，使程序设计、调试和维护等操作简单化。模块化设计能省去现场操作中繁琐的工序;简化司机室电气柜与车辆各个系统间的电气和机械接口;降低车辆在运行中的故障率;提高生产效率。模块化是在传统设计基础上发展起来的一种新的设计思想，已被广泛应用于机床、电子产品、航天、航空等设计领域，但至今模块化术语尚未给出公认的权威性定义。

此外，模块化设计原则为：①具有宽松的机械和电气接口，便于快速生产及装配;②具有灵活性，可选择性组合、替换和升级、维护、更换;③符合EMC电磁兼容性设计原则;④具有相对独立性、完整性;⑤具有相对通用性和互换性。

三、司机室电气柜模块化设计概述

电气柜是由钢材质加工而成用来保护元器件正常工作的柜子。司机室电气柜位于司机室内，柜内布置网络、牵引、PIS、火警等设备，以及电气柜原理图所包含的微型断路器和继电器、接触器、连接电缆等，负责列车司机室控制系统。司机室电气柜是城轨地铁车辆必不可少的组成部分，它囊括了80%的司机室电气設备和控制逻辑单元。司机室电气柜设计是否合理，关系到车辆运行性能好坏、司机室空间利用是否合理等。

司机室电气柜模块化设计能简化电气柜内部电气排布;固化司机室电气柜和车辆之间的机械和电气接口;节省工时，提高效率，促进精益生产，满足人机工程学要求。

四、司机室电气柜框架设计

某地区地铁司机室电气柜外形尺寸为：465mm*700mm*1850mm;柜体主体结构选用厚4mm、宽40mm、材质为5754-H111的铝合金折弯型材，采用不锈钢铆钉铆接组成的框架结构，尺寸公差满足ISO 2768-mk，表面处理方式采用静电喷塑，颜色与美工方案保持一致。司机室电气柜实际上是一个可承重200kg电气件的铝合金框架。相对于普通碳钢焊接结构具有重量轻、耐腐蚀、韧性好、美观大方等特点。

司机室电气柜面板采用铝合金板体，四周翻边，左侧采用不锈钢铰链与柜体链接，右侧采用7mm四方压紧锁实现打开与闭合的固定，右侧采用空心胶条保证锁闭时严实合缝，防止因车辆震动噪音的产生。面板表面处理工艺为：表面打砂、氧化，面板上的标识采用腐蚀刻字形式，经久耐用。

司机室电气柜体底部4个安装孔与车体防转槽通过M10紧固件固定，左侧的2个固定孔通过支架与车体侧墙C型槽固定，并采用M8紧固件紧固，柜体与车体之间通过接地线接地保护。防转槽的优点在于：可将六角螺母直接塞进防转槽内，底座保持水平，司机室电气柜可在防转槽面上随意挪动，有助于电气柜安装时调节安装位置，降低操作者劳动强度。

五、司机室电气柜电气设计

为了最大限度地利用柜内空间，司机室电气柜分为三层，即面板、司机室侧安装板、客室侧安装板。司机室电气柜面板的电气元件主要是不经常操作的按钮、旋钮，较为重要的断路器及网压表、110V电压表，面板上的设备可通过检查门上的明窗直接观察车辆运行情况。司机室侧安装板上的设备依次为：端子排、断路器、继电器、网络通信模块、PIS主机。客室侧电气柜安装板上的设备依次为端子排、继电器。端子排、断路器、继电器、接触器全部采用滑轨式安装，易于更换。根据供电方式、功能组不同，将断路器、继电器、接触器分门别类放置。

六、司机室电气柜布线

司机室电气柜布线在司机室电气柜模块化中有着举足轻重的作用。司机室电气柜布线除了要考虑最短路径和美观外，还要考虑电磁兼容问题。为了方便布线，在司机室电气柜周围铺设线槽，根据线槽内线缆不能超过线槽横截面积70%的原则，选择宽度为40mm、深度为80mm的线槽。

为了避免电磁干扰，线槽内不同类型的线缆分开放置或应用屏蔽网管隔离。司机室电气柜布线遵循EN 50343标准，电缆可分为三类，A类包括高压电缆、发动机电缆、制动电阻电缆、滤波器电缆（在交流器内部）、辅助变流器电缆等;B类包括蓄电池电缆、控制电缆等;C类包括数据通讯总线电缆（MVB和WTB）、ATC天线电缆、扬声器电缆、视频电缆等。

不同种类的电缆应单独铺设，最小距离为：A与B类隔离距离为0.1m;A与C类隔离距离为0.2m;B与C类隔离距离为0.1m.

七、电气柜内电磁兼容设计

司机室电气柜内主要布置器件包括：开关、按钮、继电器、接触器、网络设备、PIDS系统主机等设备。受空间及人机界面要求的限制，电气柜不可能仅依靠空间去解决自身的电磁兼容问题。电气柜内各个电气件自身的性能对整体性能有着直接的影响，所以在电气柜内各个电气件造型期间，必须要求每个器件均能达到标准要求。在此前提下，合理的器件布置是对整体性能提升的必要手段。同时，柜内过多的不同等级的电缆对电气柜自身的电磁兼容性能也有着重要影响。

参考文献：

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[3]夏冰.城轨地铁车辆司机室电气柜模块化设计[J].中国科技纵横，2017（06）.