洪欣

摘要：近年來，我國經(jīng)濟(jì)水平有了很大提高，城市化進(jìn)程也在加快，許多鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民開始前往城市工作及生活，這大幅提高了城市居民數(shù)量，給城市交通系統(tǒng)帶來了一定壓力。城軌地鐵車輛作為城市交通的主要工具之一，在交通系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，不僅具有較高的運(yùn)輸效率，而且乘坐十分方便。司機(jī)室電氣柜作為地鐵車輛的重要組成部分，其電氣柜設(shè)計(jì)的合理性直接影響到車輛的運(yùn)行性能。

關(guān)鍵詞：城軌地鐵;司機(jī)室電氣柜;模塊化設(shè)計(jì)

司機(jī)室電氣柜模塊化是強(qiáng)化城軌地鐵車輛設(shè)計(jì)理念的重要環(huán)節(jié)。本文通過對司機(jī)室電氣柜的框架設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)和布線設(shè)計(jì)的闡述，進(jìn)一步介紹了模塊化設(shè)計(jì)理念，并將其應(yīng)用于實(shí)例中，取得了良好的效果。模塊化在城軌地鐵車輛設(shè)計(jì)中占有重要地位，能減輕勞動強(qiáng)度，節(jié)省工作時(shí)間，提高效率，是精益生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢。

一、城軌車輛類型

地鐵車輛是城市軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分，也是技術(shù)含量較高的機(jī)電設(shè)備。地鐵車輛應(yīng)具有先進(jìn)性、可靠性、實(shí)用性，應(yīng)滿足容量大、安全、快速、美觀、節(jié)能要求。

目前國內(nèi)城軌車輛根椐車體尺寸一般分為三種：A型、B型、C型。A型車長2m，寬3m;B型車長19m，寬2.8m;C型車長度根椐軸式不同而長度不同，寬度2.6m。B型車根椐受電方式不同又分為B1型和B2型，B1型為第三軌下部受流，B2型為上部受電弓受流。

目前采用A型車的城市有：上海、南京（全部為A型車）、深圳、廣州部分線路采用A型車輛。北京、天津等其它城市均采用B型車輛。而C型車只有上海6號線采用。

A型車過去主要是歐洲廠商提供，目前國內(nèi)廠商也能制造，其特點(diǎn)是寬敞、舒適，但造價(jià)相對B型車較高，對線路條件、限界及站臺、車輛段等要求較高。

B型車是目前國內(nèi)多數(shù)城市選用的車型，其制造技術(shù)成熟，相對A型車造價(jià)較低，維修方便，地鐵限界及車站、車輛段尺寸較小，因此可節(jié)省整個(gè)項(xiàng)目的造價(jià)成本。

二、模塊化設(shè)計(jì)簡介

模塊化設(shè)計(jì)簡單地說就是程序的編寫不是開始就逐條錄入計(jì)算機(jī)語句和指令，而是先用主程序、子程序、子過程等框架把軟件的主要結(jié)構(gòu)和流程描述出來，并定義和調(diào)試好各個(gè)框架之間的輸入、輸出鏈接關(guān)系。逐步求精的結(jié)果是得到一系列以功能塊為單位的算法描述。以功能塊為單位進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)其求解算法的方法稱為模塊化。模塊化的目的是為了降低程序復(fù)雜度，使程序設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)等操作簡單化。模塊化設(shè)計(jì)能省去現(xiàn)場操作中繁瑣的工序;簡化司機(jī)室電氣柜與車輛各個(gè)系統(tǒng)間的電氣和機(jī)械接口;降低車輛在運(yùn)行中的故障率;提高生產(chǎn)效率。模塊化是在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的設(shè)計(jì)思想，已被廣泛應(yīng)用于機(jī)床、電子產(chǎn)品、航天、航空等設(shè)計(jì)領(lǐng)域，但至今模塊化術(shù)語尚未給出公認(rèn)的權(quán)威性定義。

此外，模塊化設(shè)計(jì)原則為：①具有寬松的機(jī)械和電氣接口，便于快速生產(chǎn)及裝配;②具有靈活性，可選擇性組合、替換和升級、維護(hù)、更換;③符合EMC電磁兼容性設(shè)計(jì)原則;④具有相對獨(dú)立性、完整性;⑤具有相對通用性和互換性。

三、司機(jī)室電氣柜模塊化設(shè)計(jì)概述

電氣柜是由鋼材質(zhì)加工而成用來保護(hù)元器件正常工作的柜子。司機(jī)室電氣柜位于司機(jī)室內(nèi)，柜內(nèi)布置網(wǎng)絡(luò)、牽引、PIS、火警等設(shè)備，以及電氣柜原理圖所包含的微型斷路器和繼電器、接觸器、連接電纜等，負(fù)責(zé)列車司機(jī)室控制系統(tǒng)。司機(jī)室電氣柜是城軌地鐵車輛必不可少的組成部分，它囊括了80%的司機(jī)室電氣設(shè)備和控制邏輯單元。司機(jī)室電氣柜設(shè)計(jì)是否合理，關(guān)系到車輛運(yùn)行性能好壞、司機(jī)室空間利用是否合理等。

司機(jī)室電氣柜模塊化設(shè)計(jì)能簡化電氣柜內(nèi)部電氣排布;固化司機(jī)室電氣柜和車輛之間的機(jī)械和電氣接口;節(jié)省工時(shí)，提高效率，促進(jìn)精益生產(chǎn)，滿足人機(jī)工程學(xué)要求。

四、司機(jī)室電氣柜框架設(shè)計(jì)

某地區(qū)地鐵司機(jī)室電氣柜外形尺寸為：465mm*700mm*1850mm;柜體主體結(jié)構(gòu)選用厚4mm、寬40mm、材質(zhì)為5754-H111的鋁合金折彎型材，采用不銹鋼鉚釘鉚接組成的框架結(jié)構(gòu)，尺寸公差滿足ISO 2768-mk，表面處理方式采用靜電噴塑，顏色與美工方案保持一致。司機(jī)室電氣柜實(shí)際上是一個(gè)可承重200kg電氣件的鋁合金框架。相對于普通碳鋼焊接結(jié)構(gòu)具有重量輕、耐腐蝕、韌性好、美觀大方等特點(diǎn)。

司機(jī)室電氣柜面板采用鋁合金板體，四周翻邊，左側(cè)采用不銹鋼鉸鏈與柜體鏈接，右側(cè)采用7mm四方壓緊鎖實(shí)現(xiàn)打開與閉合的固定，右側(cè)采用空心膠條保證鎖閉時(shí)嚴(yán)實(shí)合縫，防止因車輛震動噪音的產(chǎn)生。面板表面處理工藝為：表面打砂、氧化，面板上的標(biāo)識采用腐蝕刻字形式，經(jīng)久耐用。

司機(jī)室電氣柜體底部4個(gè)安裝孔與車體防轉(zhuǎn)槽通過M10緊固件固定，左側(cè)的2個(gè)固定孔通過支架與車體側(cè)墻C型槽固定，并采用M8緊固件緊固，柜體與車體之間通過接地線接地保護(hù)。防轉(zhuǎn)槽的優(yōu)點(diǎn)在于：可將六角螺母直接塞進(jìn)防轉(zhuǎn)槽內(nèi)，底座保持水平，司機(jī)室電氣柜可在防轉(zhuǎn)槽面上隨意挪動，有助于電氣柜安裝時(shí)調(diào)節(jié)安裝位置，降低操作者勞動強(qiáng)度。

五、司機(jī)室電氣柜電氣設(shè)計(jì)

為了最大限度地利用柜內(nèi)空間，司機(jī)室電氣柜分為三層，即面板、司機(jī)室側(cè)安裝板、客室側(cè)安裝板。司機(jī)室電氣柜面板的電氣元件主要是不經(jīng)常操作的按鈕、旋鈕，較為重要的斷路器及網(wǎng)壓表、110V電壓表，面板上的設(shè)備可通過檢查門上的明窗直接觀察車輛運(yùn)行情況。司機(jī)室側(cè)安裝板上的設(shè)備依次為：端子排、斷路器、繼電器、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、PIS主機(jī)。客室側(cè)電氣柜安裝板上的設(shè)備依次為端子排、繼電器。端子排、斷路器、繼電器、接觸器全部采用滑軌式安裝，易于更換。根據(jù)供電方式、功能組不同，將斷路器、繼電器、接觸器分門別類放置。

六、司機(jī)室電氣柜布線

司機(jī)室電氣柜布線在司機(jī)室電氣柜模塊化中有著舉足輕重的作用。司機(jī)室電氣柜布線除了要考慮最短路徑和美觀外，還要考慮電磁兼容問題。為了方便布線，在司機(jī)室電氣柜周圍鋪設(shè)線槽，根據(jù)線槽內(nèi)線纜不能超過線槽橫截面積70%的原則，選擇寬度為40mm、深度為80mm的線槽。

為了避免電磁干擾，線槽內(nèi)不同類型的線纜分開放置或應(yīng)用屏蔽網(wǎng)管隔離。司機(jī)室電氣柜布線遵循EN 50343標(biāo)準(zhǔn)，電纜可分為三類，A類包括高壓電纜、發(fā)動機(jī)電纜、制動電阻電纜、濾波器電纜（在交流器內(nèi)部）、輔助變流器電纜等;B類包括蓄電池電纜、控制電纜等;C類包括數(shù)據(jù)通訊總線電纜（MVB和WTB）、ATC天線電纜、揚(yáng)聲器電纜、視頻電纜等。

不同種類的電纜應(yīng)單獨(dú)鋪設(shè)，最小距離為：A與B類隔離距離為0.1m;A與C類隔離距離為0.2m;B與C類隔離距離為0.1m.

七、電氣柜內(nèi)電磁兼容設(shè)計(jì)

司機(jī)室電氣柜內(nèi)主要布置器件包括：開關(guān)、按鈕、繼電器、接觸器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、PIDS系統(tǒng)主機(jī)等設(shè)備。受空間及人機(jī)界面要求的限制，電氣柜不可能僅依靠空間去解決自身的電磁兼容問題。電氣柜內(nèi)各個(gè)電氣件自身的性能對整體性能有著直接的影響，所以在電氣柜內(nèi)各個(gè)電氣件造型期間，必須要求每個(gè)器件均能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。在此前提下，合理的器件布置是對整體性能提升的必要手段。同時(shí)，柜內(nèi)過多的不同等級的電纜對電氣柜自身的電磁兼容性能也有著重要影響。

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