李　飛

(天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津　300240)

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城軌車輛司機(jī)室照明電路的改進(jìn)設(shè)計(jì)

李飛

(天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300240)

摘要：司機(jī)室燈是為司機(jī)操縱列車提供照明的重要設(shè)備，它的正常工作可以為城軌車輛司機(jī)的進(jìn)出站安全操作提供保證。文章以某型輕軌車輛為研究對(duì)象，對(duì)司機(jī)室照明電路進(jìn)行了詳細(xì)分析，結(jié)合分析結(jié)果并根據(jù)城軌列車行車過車中多司機(jī)室照明電路的要求，對(duì)電路作了進(jìn)一步的改進(jìn)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：城軌車輛；司機(jī)室；照明電路

1概述

城市軌道交通系統(tǒng)具有準(zhǔn)點(diǎn)、換乘方便、快速等諸多優(yōu)點(diǎn)，它在城市發(fā)展中的重要性越來越突出。如今，在中國(guó)各大城市正在大力發(fā)展城市軌道交通系統(tǒng)；在國(guó)外城市軌道交通的發(fā)展也如火如荼：亞的斯亞貝巴作為埃塞俄比亞的首都，隨著其經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)，城市交通系統(tǒng)壓力與日俱增。為緩解的斯亞貝巴城市交通日益增加的交通壓力，埃塞俄比亞政府決定從中國(guó)引入城市軌道交通系統(tǒng)。2014年，埃塞俄比亞253名人員赴我院進(jìn)行了為期長(zhǎng)達(dá)10個(gè)月的成規(guī)技術(shù)培訓(xùn)，涉及機(jī)車車輛、通信信號(hào)、鐵道電氣化供電、交通運(yùn)輸及土木工程等六大專業(yè)。2015年初，所有學(xué)員圓滿完成培訓(xùn)任務(wù)并順利返回國(guó)內(nèi)。目前亞的斯亞貝巴輕軌線路已經(jīng)順利運(yùn)營(yíng)大半年，這也從一定程度上印證了在我院的培訓(xùn)效果。作為城市軌道交通系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，城市軌道交通車輛在運(yùn)輸過程中起著至關(guān)重要的作用。司機(jī)作為控制列車的專業(yè)人員，他的準(zhǔn)確操縱對(duì)乘客以及設(shè)備的安全具有決定性的作用。為了避免司機(jī)的誤操作，設(shè)計(jì)人員從不同的方面進(jìn)行了改進(jìn)：如在不同設(shè)備間增加互鎖，改善司機(jī)工作條件(加裝腳爐、空調(diào)等設(shè)備)。

夜間或地下線路行車時(shí)，城軌車輛運(yùn)行過程中為了便于司機(jī)觀察線路信號(hào)，必須將司機(jī)室燈關(guān)掉。當(dāng)列車進(jìn)出站臺(tái)時(shí)，司機(jī)必須進(jìn)行解除牽引力、施加常用制動(dòng)等速度控制操作，并在列車聽聞的基礎(chǔ)上進(jìn)行車門開關(guān)作業(yè)。由于車輛停靠站臺(tái)的時(shí)間短，司機(jī)來不及找到司機(jī)室照明開關(guān)，只能在沒有照明的環(huán)境下進(jìn)行操作，這樣增加了誤操作的可能性，給列車行車以及乘客的安全乘車帶來了安全隱患。目前，地鐵車輛、輕軌車輛以及低地板車輛司機(jī)室照明均采用人為操控開關(guān)進(jìn)行控制。在黑暗環(huán)境下找到開關(guān)，開啟照明就是一個(gè)很大的問題。

2司機(jī)室照明電路分析

司機(jī)室照明采用交流燈管照明-直流供電的方式，直流電通過一個(gè)集成的小逆變器逆變后供給交流燈管使用。當(dāng)司機(jī)閉合駕駛臺(tái)上的蓄電池開關(guān)時(shí)，蓄電池通過空氣開關(guān)QF13向司機(jī)室照明供電。通過電路分析可知，司機(jī)室照明不受司機(jī)室電鑰匙的控制。只要確保照明電路空氣開關(guān)閉合、蓄電池開關(guān)閉合，通過操縱司機(jī)室照明開關(guān)CLS，就可以開啟司機(jī)室照明。

蓄電池開關(guān)閉合后，閉合司機(jī)室電鑰匙，通過操縱駕駛臺(tái)上的升弓按鈕升起受電弓。此時(shí)靜態(tài)逆變器SIV(static inverter)開始工作，通過其中的一條線路向蓄電池充電(此時(shí)蓄電池成為負(fù)載，不再供電)，另一條線路向直流負(fù)載設(shè)備(包括司機(jī)室照明)供電。當(dāng)靜態(tài)逆變器SIV出現(xiàn)故障時(shí)，蓄電池會(huì)自動(dòng)向司機(jī)室照明設(shè)備供電，來保證司機(jī)室照明的正常使用。

QF13-空氣開關(guān)；LGS(low voltage grounding switch)-低壓接地開關(guān)；

通過對(duì)以上電路的分析可以發(fā)現(xiàn)：司機(jī)室照明的開啟是由司機(jī)手動(dòng)完成的；司機(jī)室照明設(shè)備采用靜態(tài)逆變器和蓄電池雙路供電。白天高架線路上行車時(shí)，司機(jī)室照明不必開啟。但是在夜間或地下線路行車時(shí)，當(dāng)列車停車或發(fā)車時(shí)，司機(jī)為了能夠快速準(zhǔn)確的操縱車輛，需要開啟司機(jī)室照明設(shè)備。黑暗環(huán)境下，找到司機(jī)室照明開關(guān)很不容易，加之城軌車輛停站時(shí)間短，司機(jī)除了進(jìn)行列車操縱外還要觀察乘客上下車情況，很容易出現(xiàn)誤操作。因此，目前的司機(jī)室照明電路存在一定缺陷。

在夜間或地下線路行車時(shí)，當(dāng)列車停車或接近停車時(shí)，司機(jī)室照明能夠自動(dòng)開啟；當(dāng)列車啟動(dòng)后隨著速度升高，當(dāng)超過一定速度值時(shí)，司機(jī)室照明能夠自動(dòng)關(guān)閉。只有這樣，司機(jī)室照明才能滿足司機(jī)操縱城軌車輛的要求。

3司機(jī)室照明電路要求分析

為了滿足夜間或地下線路行車時(shí)，司機(jī)室照明的自動(dòng)開啟和關(guān)閉，必須增加一些新的控制電路。與此同時(shí)，必須保留手動(dòng)開關(guān)，以備在某些情況下手動(dòng)開啟司機(jī)室照明。因此，對(duì)司機(jī)室照明控制我們需要設(shè)計(jì)雙路供電，一路滿足手動(dòng)控制(原有線路)，另一路滿足自動(dòng)控制(新線路)。

列車運(yùn)行和進(jìn)站停車這兩種工況的主要區(qū)別就是列車的速度，所以設(shè)計(jì)新線路時(shí)可以采用速度繼電器來控制電能供給。

白天和晚上或高架線路和地下線路，主要是光線強(qiáng)弱不同，采用光敏元件可以滿足控制要求。對(duì)于光敏元件，其控制精度太低，可靠性太差，因此不采用光敏元件。列車配備客室照明設(shè)備滿足乘客照明需要，在白天高架線路行車時(shí)，客室照明關(guān)閉；在夜間或地下線路行車時(shí)，客室照明開啟?？褪艺彰鞯目刂?，是司機(jī)通過駕駛臺(tái)上的客室照明開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)開啟或關(guān)閉客室照明時(shí)，行車或進(jìn)出站時(shí)，不會(huì)頻繁操縱開關(guān)。當(dāng)客室照明開啟時(shí)，這說明是夜間或地下線路行車；當(dāng)客室照明關(guān)閉時(shí)，這說明是白天高架線路行車。因此，新線路設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用客室照明開關(guān)或客室照明線路的其他控制元件來控制新線路的電能供給。

4司機(jī)室照明電路的改進(jìn)設(shè)計(jì)

在改進(jìn)電路時(shí)，不僅要滿足司機(jī)操縱列車的求，而且要盡量降低車輛的改造成本。城軌車輛上車門系統(tǒng)一般采用5km/h速度信號(hào)進(jìn)行車門鎖閉/解鎖控制。因此，在進(jìn)行車輛改造時(shí)不必增加新的速度繼電器，直接采用門控系統(tǒng)的5km/h速度繼電器的信號(hào)進(jìn)行司機(jī)室照明的控制即可。

客室照明開關(guān)的控制觸點(diǎn)數(shù)目一般不會(huì)有預(yù)留，因此如果想通過客室照明開關(guān)控制司機(jī)室照明，則需要更換客室照明控制開關(guān)。通過對(duì)客室照明電路進(jìn)行分析，客室照明控制是通過照明開關(guān)控制繼電器，進(jìn)而通過繼電器控制接觸器來實(shí)現(xiàn)對(duì)客室照明的控制。繼電器或接觸器的控制觸點(diǎn)一般都有預(yù)留，因此可以采用繼電器或接觸器來實(shí)現(xiàn)司機(jī)室照明的控制。

基于以上兩點(diǎn)，對(duì)司機(jī)室照明控制電路進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，改進(jìn)后控制電路如下：

(a)利用接觸器控制

(b)利用繼電器控制

其中，

ZVR1-Zero velocity relay，為零速繼電器的常開觸點(diǎn)；

KM1,KM2為客室照明控制接觸器的常開觸點(diǎn)，客室左右兩側(cè)的照明設(shè)備分別由KM1及KM2控制；

KA1,KA2為客室照明中間繼電器的常開觸點(diǎn)，KA1,KA2分別控制接觸器KM1,KM2線圈的得失電；

5司機(jī)室照明改進(jìn)電路控制原理

改進(jìn)電路中，增加了中間繼電器KA1,KA2的常閉觸點(diǎn)和接觸器KM1,KM2的常開觸點(diǎn)，這些觸點(diǎn)由其對(duì)應(yīng)的線圈來控制進(jìn)行開閉動(dòng)作。為方便分析，命名以下三個(gè)條件：

(1)零速繼電器ZVR1線圈得電。

(2)接觸器KM1線圈接觸器或KM2線圈得電。

(3)中間繼電器KA1線圈或中間繼電器KA2線圈得電。

對(duì)改進(jìn)電路(a)，通過分析可知：當(dāng)條件(1)和(2)同時(shí)滿足時(shí)，司機(jī)室照明設(shè)備自動(dòng)開啟；當(dāng)條件(1)或(2)不滿足時(shí)，司機(jī)室照明設(shè)備自動(dòng)關(guān)閉。

對(duì)改進(jìn)電路(b)，通過分析可知：當(dāng)條件(1)和(3)同時(shí)滿足時(shí)，司機(jī)室照明設(shè)備自動(dòng)開啟；當(dāng)條件(1)或(3)不滿足時(shí)，司機(jī)室照明設(shè)備自動(dòng)關(guān)閉。

零速繼電器的控制繼電器VZVR由牽引控制單元TCU控制，每一個(gè)牽引控制單元由四個(gè)速度傳感器為其提供速度信號(hào)。當(dāng)列車速度V小于5km/h時(shí)，牽引控制單元內(nèi)部程序控制中繼驅(qū)動(dòng)器使零速繼電器的控制繼電器VZVR線圈得電；當(dāng)列車速度V大于等于5km/h時(shí)，牽引控制單元內(nèi)部程序控制中繼驅(qū)動(dòng)器使零速繼電器的控制繼電器VZVR線圈失電。牽引控制單元部分電路如圖3所示。

圖3　牽引控制單元部分電路

當(dāng)列車速度V小于km/h時(shí)，零速繼電器的控制繼電器VZVR線圈得電，此時(shí)其常開觸點(diǎn)閉合，零速繼電器ZVR1的線圈得電，其得電線路為：

103●TLN●VZVR●●LGS(接地)

其中：103-列車直流110V供電線(由蓄電池或輔助供電單元供電)；TLN(train line no fuse circuit breaker)-列車線保護(hù)用空氣開關(guān)；-零速繼電器的線圈；VZVR-零速繼電器的控制繼電器常開觸點(diǎn)。

通過以上分析可知：當(dāng)列車速度V小于5km/h時(shí)，條件(1)就可以滿足。

客室照明部分控制電路如圖4所示：

白天高架線路行車時(shí)，客室照明常閉控制開關(guān)SB3，SB4仍保持閉合狀態(tài)。此時(shí)，中間繼電器KA1，KA2的線圈同時(shí)得電，其常閉觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)；接觸器KM1，KM2的線圈同時(shí)失電，其常開觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)。所以，不管是改進(jìn)電路(a)還是改進(jìn)電路(b)，司機(jī)室照明設(shè)備均處于斷電狀態(tài)。

夜間或地下線路行車時(shí)，當(dāng)司機(jī)操縱客室照明常閉控制開關(guān)SB3或SB4，其常閉觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)；中間繼電器KA1或KA2的線圈同時(shí)失電，其常閉觸點(diǎn)閉合；接觸器KM1或KM2的線圈得電，其常開觸點(diǎn)閉合。因此，不管是改進(jìn)電路(a)還是改進(jìn)電路(b)，司機(jī)室照明均處于得電工作狀態(tài)。

6結(jié)論

通過以上分析，當(dāng)以下兩個(gè)條件：

其一，城軌車輛的運(yùn)行速度V小于5km/h;

其二，客室照明設(shè)備單側(cè)開啟或雙側(cè)同時(shí)開啟。

同時(shí)滿足時(shí)，司機(jī)室照明設(shè)備自動(dòng)開啟；當(dāng)兩個(gè)條件中至少有一個(gè)不滿足時(shí)，司機(jī)室照明自動(dòng)關(guān)閉。

當(dāng)列車進(jìn)站時(shí)，車輛的運(yùn)行速度逐漸降低。當(dāng)運(yùn)行速度V小于5km/h時(shí)，條件其一滿足。如果此時(shí)是晚間或地下線路行車，客室照明設(shè)備單側(cè)開啟或雙側(cè)開啟，司機(jī)室照明設(shè)備開啟的第二個(gè)條件其二也滿足，司機(jī)室照明設(shè)備就會(huì)自動(dòng)開啟，為司機(jī)開關(guān)門操作及車輛牽引制動(dòng)控制操作提供照明；如果此時(shí)是白天高架線路行車，客室照明設(shè)備兩側(cè)均處于關(guān)閉狀態(tài)，司機(jī)室照明開啟的第二個(gè)條件其二不滿足，司機(jī)室照明設(shè)備自動(dòng)關(guān)閉關(guān)閉。

當(dāng)列車離開站臺(tái)時(shí)，隨著車輛運(yùn)行速度逐漸升高，當(dāng)運(yùn)行速度V大于等于5km/h時(shí)，條件其一不滿足。此時(shí)不管是白天高架線路行車還是晚間或地下線路行車，司機(jī)室照明設(shè)備均會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，保證司機(jī)能夠準(zhǔn)確地觀察列車運(yùn)行線路信號(hào)。

原有控制線路的保留，可以實(shí)現(xiàn)司機(jī)室照明的人為控制。司機(jī)室照明設(shè)備開關(guān)CLS可用于列車照明設(shè)備試驗(yàn)時(shí)，強(qiáng)行開啟司機(jī)室照明(不管其一、其二是否滿足)。本文所提出的改進(jìn)思路，同樣適用于地鐵和低地板車輛的司機(jī)室照明電路。

參考文獻(xiàn)：

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[3]李飛.CRH2型動(dòng)車組常用制動(dòng)控制電路分析[J].價(jià)值工程，2014，(36).

Modified Design of Cab Lighting Circuit of Urban Rail Vehicles

LI Fei

(TianjinRailwayVocationalTechnicalCollege,Tianjin, 300240)

Abstract:lights in cab are the important lighting equipment for drivers to drive the vehicles, its error free work can provide guarantee for safe operation of urban rail vehicles when in and out of station. This paper takes some light rail vehicle as research objective to detailed analyzes cab lighting circuit, and it further conduct circuit modified design combining the analysis result and requirement of cab lighting circuit of urban rail vehicles during driving.

Key words:urban rail vehicles; cab; lighting circuit

中圖分類號(hào)：U260.4+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-582X(2016)02-0109-05

作者簡(jiǎn)介：李飛(1983-)，男，河南省人，天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院動(dòng)力系講師，主要從事鐵道機(jī)車車輛電氣控制、制動(dòng)及總體等課程的教學(xué)與研究。

收稿日期：2015-09-21