快捷棚车照明系统设计

徐 誌 刘 兵

(中车眉山车辆有限公司 四川 眉山 620000)

铁路快捷棚车通常需要在夜间进行装卸作业，故对车辆自带照明系统提出了要求。外部光源的光线难以覆盖整个车厢，且存在照明不均匀、明暗对比强烈等现象，增加了装卸作业难度。目前，棚车车辆内部照明设计在货车设计中极少涉及，同时也缺乏相关设计标准、规定、方法等。本文参照客车、动车组照明和建筑照明等设计标准，采用DIALux软件进行车内照度仿真分析，为快捷棚车车内照明系统设计提出一种设计方案。

1 照明系统光源选型

不同的光源会给内部空间带来不一样的照明效果，在输出功率的大小、颜色特性、寿命长短及节能特性等方面，各种光源都有不同的特点。光源按照不同类型分为白炽灯、荧光灯、卤素灯、LED(发光二极管灯)等[1]，其光效率和寿命对比如表1所示。白炽灯是一种热辐射光源，是运用时间最长的灯具，但电能大部分作为热量散发，光效能低，寿命也较短；卤素灯也是热辐射光源，工作温度、效能较白炽灯更高，同时要求散热良好；荧光灯具有高光效、长寿命和高显色性等优点，但灯具体积较大；LED光源因效能高、寿命长、体积小的优点，大量应用于高铁、动车车辆内部空间照明。

表1 各种光源的光效率和寿命

因货车车辆使用属性是装运货物，在车顶设计时应兼顾灯具不侵入货物装载空间，并且应有一定的保护性结构使货物避免碰撞到灯具。某型快捷棚车车辆内顶部是平面构型加规则四边形凹槽结构。受到车辆结构和货物装载空间限制，作为附属系统的照明灯具，安装空间较小，如图1所示。

图1 棚车车顶结构示意图

作为安装在棚车车辆内部的照明光源，需要满足体积小，工作寿命长，光效率高等要求，综合考虑，棚车照明系统优选LED光源。

2 照明功率分析

一般件仓库的平均照度要求为100 lx，最大允许照度功率密度限值(W/m2)现行值应不大于4 W/m2，目标值不大于3.5 W/m2。单位车辆内部照明面积为67.5 m2，按照最大允许照度功率密度限值3.5 W/m2计算，单位车辆照明功率目标值不应大于236.25 W，16辆编组的快捷棚车照明总功率不应大于3 780 W。

目前，我国快捷货运车辆供电技术方案研究中，不带保温箱的货运车辆采用机车DC230 V供电为可选的方式之一，机车供电装置额定输出功率可达50 kW，单路供电功率约6 kW[2]。但除极少数车辆可自带电源或自发电装置，其余车辆还需外部提供电力。棚车车辆在站场或货场时，机车解编后不能提供电源的情况下，需采用站场提供电源。故车辆照明所用电源需兼容机车和站场提供电源制式。在不过多增加站场供电设施配套情况下，车辆采用家用插座供电，以民用额定电压220 V电源计算，额定最大电流为16 A，则照明最大功率不能超过3 520 W。16辆编组时，每辆车照明功率不能超过220 W。

3 确定所需光通量

光通量是指人眼所能感觉到的辐射功率，是衡量光源发光量的指标之一。在进行照明设计时，需对光通量进行计算，以匹配照明功率和灯具数量。按平均照度法确定棚车光源光通量。平均照度的计算公式如下：

(1)

式中：Eav为工作面上的平均照度，lx；φ为光源光通量，lm；N为光源数量；U为利用系数，取0.8；A为工作面积，为68.8 m2；K为灯具的维护系数，照明计算用的维护系数不应小于0.70。室内环境污染特征属于一般水平时维护系数取值0.7，快捷棚车车厢一般为封闭环境，在装卸货物时会有少量污染，其环境污染特征应属于一般级别，维护系数取值为0.70比较合适。

光源总光通量为：

Nφ=12 286 lm

一般LED光源光效率都在80 lm/W以上，那么单位车辆光源照明功率最小值为153 W。

4 照度仿真分析

DIALux是照明设计中应用成熟的软件之一，在室内照明和道路交通照明设计领域具有广泛的应用经验。车内的照明仿真使用DIALux软件。

棚车货仓内部尺寸参数为：长22.71 m，宽3.03 m，高3.268 m。侧墙、端墙及车顶内表面面漆颜色为RAL 7035浅灰，地板面漆颜色为RAL 7043。在铁路客车和动车组的照度测量要求中，对于过道、走廊及司机室等空间一般测量高度为距底板面0.8 m处，棚车车内空间使用属性与此类似，工作面高度取0.8 m较为合适。在DIALux中导入CAD图纸，并通过软件的建模功能建立车辆模型，再布置灯具。

对于室内照明，不同的场所光源的色表特征也不同，如表2所示。车辆内部更适宜采用中间色温，且显色指数不应小于80。

表2 光源色表特征及使用场所

在软件DIALux中导入LED灯具，单个灯具输出720 lm，显色指数为85。单个灯具功率为7 W、共26个灯具，光源总功率为182 W，小于220 W的最大值。灯具分2排均匀布置在车顶凹槽内，其配光曲线如图2所示。

图2 车辆照明灯具配光曲线图

进行仿真计算，验证灯具选择和布置方式是否符合设计要求。DIALux生成照明强度伪色效果如图3所示。工作面上的平均照度为106 lx，满足平均照度不小于100 lx的要求。等照度梯度(见图4)工作面上的照度大部分在100 lx～120 lx之间，只在车辆两端有局部低于100 lx，照度均匀值较好。

图3 照明强度伪色效果图

图4 等照度梯度图

5 照明系统布置方案设计

快捷棚车端部侧墙上布置有2个电力连接器，用于连接车辆之间的回路或车辆与站场地面电源的回路。在车体底架下方布置有贯通车辆的主电缆，通过主电缆连接到地板下方的配电箱中，由配电箱将电源连接到车门旁的照明开关上，照明开关控制整辆车的灯具开闭。考虑到安全因素，灯具可采用DC24 V电源，在配电箱中需安装有电源转换器、 漏电保护开关、过载保护等装置。

6 结束语

为满足快捷棚车内部照明要求，本文从电源制式选择、照明计算及仿真分析等方法来进行设计，通过DIALux软件仿真结果，棚车车辆照明功耗和平均照度均能满足运用需求。目前，该型快捷棚车的照明系统已完成设计制造，待装车后进行照明系统的试验验证。