中高速磁浮ASG 机箱布线设计及优化研究

2023-11-27黄小丽刘圣前

科学技术创新 2023年27期

岳芹，黄小丽，刘圣前

（中车株洲电力机车有限公司，湖南株洲）

概述

中高速磁浮列车作为用于城市运输的新型轨道交通车辆，具有速度高、启动快、无接触运行、环境影响小等优点，越来越受到国内许多城市的认可，并掀起了磁浮交通基建潮[1]。中高速磁浮，最高运行速度为200～600 km/h。在中高度磁浮列车中一个重要的部件就是ASG机箱，ASG 机箱是整车线路连接的一个重要枢纽，其内部布线质量直接影响列车运行的可靠性，故有必要对ASG 机箱布线设计进行研究。

1 ASG 机箱功能

中高速磁浮列车是一种全新的车辆平台，车辆底架设备不采用吊挂方式，而是采用夹层结构，所有设备均采用抽屉式安装，方便安装维护[2]。

ASG 是德文“Anschlussgehaeuse”缩写，意思就是转接箱。此设备主要作用就是底架抽屉设备载体，实现抽屉式安装结构，以及抽屉设备所有电气连接，包括供电、控制信号、网络通信。图1 为ASG 箱在列车底架的布置示意。

图1 中高速磁浮列车ASG 机箱布置（车辆断面）

在中高速磁浮底架设备中，ASG 机箱（见图2）就是一个特殊的分线盒，是线路连接的一个分线载体，是一种“三明治”结构。

图2 ASG 机箱

ASG 机箱安装于车下，Mc 车有8 个机箱，M 车有10 个机箱，主要作为接线转接盒，通过盲插、控制、电源及信号连接器以及高密度、440 V 端子排实现电缆分线、电气连接。整个ASG 机箱内部分上下两层，上层是电源层，主要对各设备进行供电；下层是控制层，主要是对各设备进行控制、网络诊断、网络调试等信号传输。分层的主要目的是依据车辆布线标准，不同电压等级的电缆进行隔离，加强电磁屏蔽。

ASG 机箱的主要功能：（1）实现MRET(悬浮控制器)、MREB(涡流制动控制器)、HS（升压斩波器）、B440（440 V 蓄电池）等设备间的电气功能连接；（2）通过机箱布线转接，实现悬浮电磁铁、导向电磁铁、制动电磁铁及直线电机等供电；（3）结构上主要由盲插连接器和其他连接器、端子排、隔板实现电缆的分层敷设。

2 ASG 布线设计

ASG 机箱内部空间狭小，如何将电源线与控制信号线分层设计，保证良好的电磁屏蔽效果，使布线走线路径清晰且符合布线规范，是ASG 机箱布线设计的重点。

ASG 机箱里面的布线除了连接器，就是分线端子排，而如何在狭小的空间里，把不同电压等级的电缆按布线标准间距敷设美观，如何选用一些实用的布线辅料，是ASG机箱布线设计的难点。为便于更好地进行分析，ASG 机箱布线采用三维设计[3]（见图3）。

图3 ASG 机箱布线

图4 ASG 机箱连接器布置规划

2.1 ASG 机箱连接器布置

基于模块化设计思路，对多种ASG 机箱布线进行简统化设计，对上中下连接器的布置进行规划，包括开孔大小、种类、数量。为保证箱体的简统可互换性，对未使用的孔进行闷盖堵孔设计。

上部规划为网络、信号及控制的连接器；中部规划为风机、电磁铁、直线电机、传感器等到悬浮架框上的连接器；下部规划为电源输入输出的连接器；中间规划为用电设备的盲插连接器。

2.2 控制层布线

控制层主要包括上部连接器，部分中部连接器、部分盲插连接器等，上部连接器主要是传输HS（升压斩波器）、MRET (悬浮控制器)、MREB (涡流制动控制器)、B440（440 V 蓄电池）等各设备的控制指令、CAN调试、CAN 诊断、R485 通讯等信号；中部连接器主要是悬浮传感器的信号传输以及风机的110V 电源输入。

ASG 机箱控制层布线是在机箱的下层，由于机箱下层是铸造结构，电缆是在格栅间走线，为了保证电缆不接磨，格栅上都采用了黑色的边缘保护条进行保护，电缆间的固定采用粘接性扎带座。控制层走线需根据走线路径对相应骨架格栅进行切除。控制层布线三维图及实物安装见图5 和图6。

图5 控制层布线三维图

图6 控制层布线实物安装

控制层布线对端子排的分线点位要求比较多，为此新选型了一种“迷你型”的“高密矩阵接线端子”，接线方式为直插式连接，可实现6 个等点位连接，位数32 位，连接点数达192 个，解决分线的问题（见图7）。

图7 高密矩阵接线端子

2.3 电源层布线

电源层主要包括设备的盲插连接器、下部连接器，部分中部连接器，下部连接器主要为HS、MRET、MREB、B440 等各设备的供电；部分中部连接器主要给电磁铁及直线电机进行供电。电源层的布线主要在中间隔板上进行走线及电缆的固定。

为保证电源层电缆对外界不干扰，则保留进入盲插连接器的骨架格栅，形成一个金属密闭空间。电源层布线三维图及实物安装见图8 和图9。

图8 电源层布线三维图

图9 电源层布线实物安装

440 V 端子排使用时，电网象限使用一个端子排的原则，同一电网采用同一端子排分线，不同电网采用不同端子排进行分线，一个端子排一半正极一半负极。

由于中间隔板固定在箱体上后，就无法在隔板背面进行其他操作。所以电缆就不能通过紧固螺栓来进行固定。中间隔板与箱体背板之间的空间比较小，为解决电源层布线对电缆的固定要求，为此新选型了一款固定电缆的“扎带座”，只需要在隔板上开一个φ5的圆孔，扎带座通过膨胀固定在隔板上，此扎带座轻巧，安装便捷，解决电源层电缆的固定问题（见图10）。

图10 440 V 端子排

3 ASG 布线优化研究

ASG 机箱内部空间狭小，电磁环境复杂，内部布线结构抗电磁干扰能力要强，同时还要避免不同电压等级线缆间的相互干扰，所以布线时根据布线标准[4]，要考虑电缆的固定、接地、屏蔽，并且严格按照工艺要求执行。

3.1 盲插连接器出线固定

37 芯盲插连接器出线没有进行固定，由于37 芯盲插连接器连接电缆为控制层电缆，控制层布置到箱体下层。箱体的下层箱体是铸造结构，没有对电缆进行板扎的结构，电缆出线没有紧固，会使插针受力。所以考虑在盲插连接器的出线位置处新设计了一种固定架，对电缆出线后进行固定，解决插针出线固定问题（见图11）。

图11 绑线支架

3.2 屏蔽层接地测试

ASG 机箱表面为阳极氧化处理，影响了屏蔽层的接地效果。采用万用表对信号连接器外壳与箱体接地点做导通测试时，发现欧姆档阻值达14.88 Ω，这样屏蔽层接地或者外壳接地的功能就无法实现。对箱体表面及内部优化工艺处理方式，采用铬酸盐钝化处理后，欧姆档阻值为0.2 Ω，解决了连接器屏蔽层接地或外壳接地问题（见图12）。

图12 屏蔽层接地测试

3.3 中间隔板与出线干涉

ASG 机箱的控制层布线完成后，将中间隔板盖上，再进行电源层的布线，但是发现中间隔板盖上后，与第一层的控制层电缆出线干涉。将中间隔板上方折弯处在过线处进行削割处理，解决出线的干涉问题，然后对中间隔板进行优化，将中间隔板折弯处上翻边，解决下翻边与电缆干涉的问题，同时保证中间隔板固定后对上下两层电缆分开敷设的电磁兼容（见图13）。