城市轨道车辆电气柜模块化设计

2016-03-09宋德建杨奂诗黄沈阅

轨道交通装备与技术 2016年3期

宋德建杨奂诗张丽黄沈阅

(中车南京浦镇车辆有限公司动车设计部江苏南京 210031)

1 概述

电气柜是地铁车辆中的重要组成部分，由于各地铁项目系统所提供的设备种类、尺寸及所承受的空间约束等因素不同，导致各电气柜的结构、尺寸以及与车体的接口等都不一样。

传统电气柜的柜体框架、设备布置和设备布线的安装方式，基本都是在现场进行，不但工序繁琐，而且由于是现场安装，电气柜与列车各个系统之间存在多种不同的电气和机械接口，导致这些接口在最终调试时出现的故障点较多。传统的作业模式已经不能满足生产规模的需要，解决的途径是电气柜采用模块化设计[1]。

模块化设计的优点：(1)省去现场操作中繁琐的工序；(2)简化电气柜与车辆各个系统之间的电气和机械接口；(3)降低车辆在运行过程中的故障率；(4)提高生产效率[2]。

本文以宁天城际项目(南京地铁S8号线)司机室右侧电气柜(CREC)设计为例，对城市轨道车辆电气柜模块化设计进行分析。

2 电气柜设计

电气柜模块化设计可以分为以下4部分：

(1)电气柜柜体总成。完成电气柜柜体结构的设计，满足柜内设备安装维护和柜内各等级线束走线的要求；

(2)电气柜设备安装。完成电气柜内设备的安装，同时需保证设备的可维护性；

(3)电气柜布线。完成电气柜柜内的电气接口以及与柜外其他系统的电气连接；

(4)电气柜总成。完成整个电气柜的集成。

2.1 电气柜柜体设计

电气柜的柜体设计要根据前期的相关输入确定柜体大小，并保证与其他系统结构互不干涉。在核对前期输入之后，即可开始电气柜柜体结构的设计。

(1) 柜体主框架设计：主要是外形尺寸，通过项目总体图、总体技术规范和输入文件来确定柜体的最大轮廓。

(2) 设备布局：根据电气原理图整理出电气柜内的设备清单及类型，然后划分设备安装区域，对设备进行初步布局。

(3) 内部结构设计：将零部件装配成不同的装配体，装配过程可以通过焊接完成，如焊接框架(见图1-a)；可以使用紧固件完成装配，如柜体总成(见图1-b)；也可以采用焊接与紧固件共同完成装配，如断路器安装结构(见图1-c)。

图1 柜体设计

(4) 布线施工设计：电气柜柜体需要规划柜中线束的主要路径，主线束不可以设计为闭合结构，以实现模块化线束布置。

(5) 材料选择：本项目的电气柜柜体的零部件主要采用钣金折弯件，钣金件折弯之后其强度将大大增加。柜体材质为铝合金5754-H22，板厚为3 mm，部分与车体接口安装的支架采用不锈钢材料。

2.2 电气柜设备安装

电气柜设备安装在电气柜模块化设计过程中起着至关重要的作用。电气柜柜体的结构完全取决于设备安装方案，设备的安装又决定着电气柜布线路径的规划，总而言之，电气柜柜体结构与线束布线都是为设备的机械接口和电气接口服务的。

电气柜设备是分区域安装的，能够有效避免设备排布混乱。区域划分及具体划分内容分别如图2和表1所示。

图2 设备安装区域

表1 CREC柜设备区域划分

2.3 电气柜布线

电气柜布线在柜体设计时就已经开始，因为在柜体设计时需要考虑设备线束的走向，这是模块化设计中的一个关键点[3]。电气柜的布线是通过CATIA软件来完成的，在虚拟3D环境下进行电气属性设置及线束排布、展平。电气设计从机械设计环境开始，然后与线束铺设二者统一达到完整的集成。设计思路是：首先建立三维零件电气设备物理模型，再通过电气设计模块赋予设备电气特性和相关的物理配线，之后进行相关的电缆分布。

电气柜布线主线束设置在过道侧端子排安装区域。通过主线束向断路器区域、继电器区域和设备区域进行分线。布线在满足要求的同时还要考虑布线的美观性。走线的方式有2种，一种使用线槽，另一种使用扎线杆。线槽布线可以将线隐藏在线槽内部，外面看不到，美观性很好，缺点是占用空间较大。扎线杆布线对空间要求相对不是很高，但美观性不是很好。南京地铁S8号线在布线方面主要采用线槽布线，部分位置采用扎线杆或者吸盘进行走线，如图3所示。