中低速磁懸浮列車車下布線方式研究

齊彪　張雯　趙宇航

摘 要：簡要介紹了城軌車輛車下主要布線方式。通過對磁懸浮列車車下結(jié)構地深入分析，總結(jié)出車下結(jié)構特點及對布線的影響。并結(jié)合此特點，提出了車下型腔穿線、支架布線等線纜布線方式。

關鍵詞：磁懸浮列車；車下結(jié)構；型腔穿線；支架布線

1 概述

中低速磁懸浮列車是一種新型的城市軌道交通工具。相對于地鐵、輕軌等傳統(tǒng)輪軌列車，磁懸浮列車運行時由于不與軌道直接接觸，具有爬坡能力強、轉(zhuǎn)彎半徑小、噪聲低、易維護等特點[1]，近年來越來越受到關注，已經(jīng)成為軌道交通領域研究的熱點。

由于運行技術原理較輪軌車輛有較大差別，磁懸浮列車在電氣系統(tǒng)和列車走形部構成上更加復雜。電氣系統(tǒng)一般包括懸浮控制系統(tǒng)、牽引逆變系統(tǒng)、直線電機系統(tǒng)、受流系統(tǒng)等子系統(tǒng)；列車走形部也由懸浮架和迫導向機構等機械構架取代了輪軌列車的轉(zhuǎn)向架[2]。為了傳輸信號、電能，保證各個系統(tǒng)的協(xié)同工作，線纜連接是不可或缺的一部分。線纜布線質(zhì)量和裝配可靠性直接影響車輛性能和可靠性。目前，針對輪軌車輛如地鐵、動車等布線技術的研究與應用較多，但對磁懸浮列車這種結(jié)構較特殊的車輛車下布線方式缺乏系統(tǒng)的研究。所以，研究如何規(guī)劃磁懸浮列車線纜敷設路徑、選擇合理的布線方式具有十分重要的意義。

本文先介紹了城軌車輛電纜的主要布線方式，以中車株機公司某中低磁懸浮列車項目車輛為研究對象，對其電氣系統(tǒng)構成及車下設備布置、機械結(jié)構進行了詳細地分析。并結(jié)合車下結(jié)構特點，提出了控制電纜采用型腔穿線、主輔電纜用支架布線等線纜布線方法，通過工程實施驗證，證明了布線方式的有效性。

2 城軌車輛主要電纜布線方式

城軌車輛所用電纜根據(jù)電壓等級及功率分類，可分為H、A、B、C四個類別。按照國際布線標準，為防止電磁干擾同時滿足各個電氣系統(tǒng)的EMC要求，各類別電纜須單獨敷設。目前城軌列車車下大多采用如下兩種布線方式：

2.1 鋁合金懸掛線槽

鋁合金懸掛線槽整體呈長方形，包括主輔線槽區(qū)和控制線槽區(qū)。其中，主輔線槽區(qū)用來敷設H、A類別電壓等級高的電纜，控制線槽區(qū)主要敷設B、C類別控制電纜和信號電纜[3]。線槽制作時，各

個線槽分區(qū)用鋁合金隔板隔開，每個分區(qū)電纜單獨設置出線口出線，能有效避免電磁干擾。如圖1所示。

采用鋁合金線槽，可以預先在線槽內(nèi)將電纜敷設好，然后整體將線槽安裝在車體底架的C型材上。線槽安裝后整體密封性較好，有助于電纜的防水、防塵、防腐蝕。現(xiàn)行鋁合金車體車輛大多采用線槽布線方式。但由于線槽是長方體結(jié)構，安裝需要占用車下較大的空間，同時要求安裝面為平面，不能與其它車下設備發(fā)生干涉。因此，此種布線方式僅適用于車體尺寸、車下設備安裝間隔都較大的輪軌車輛。

2.2 底架線管穿線

對于不銹鋼車體結(jié)構的列車，由于車下底架有多根橫梁，如果采用線槽布線方式，線槽將無法安裝。因此，一般采用金屬線管穿線，即將不同電壓等級的電纜分別從不同的線管中穿過，線管縱向排列安裝在橫梁的工藝孔上。這種布線方式將線纜化整為零，可在設備上方通過，走線靈活，對線纜維護較方便[4]。

總的來說，列車車體底架結(jié)構與車下設備布置情況決定采用何種布線方式。所以，應當根據(jù)列車結(jié)構特點靈活選擇布線方式。

3 磁懸浮列車車下布線方式

3.1 列車車下結(jié)構分析

本文所研究的中低速磁浮列車采用MC1-M-MC2三節(jié)車編組形式。MC1、MC2為帶司機室的端車，M是不帶司機室的中間車輛，三節(jié)車都為帶牽引的動車，如圖2所示。

列車車下主要由懸浮架及其導向機構、電氣設備、管道管路等組成。其中，懸浮架是磁懸浮列車的走形機構，相當于輪軌車輛的轉(zhuǎn)向架，是列車實現(xiàn)懸浮、導向、牽引、制動的執(zhí)行機構。懸浮架上安裝有懸浮電磁鐵、直線電機等電器設備，同時它還是一個菱形的導向機構，列車通過彎道時，通過迫導向機構帶動連桿，使菱形機構發(fā)生變形，發(fā)生橫向偏移，使列車轉(zhuǎn)彎。磁懸浮列車懸浮架由5個單懸浮架模塊組成，結(jié)構如圖3所示。

車體安裝在懸浮架上，兩者在車體支撐臺處通過空氣彈簧等部件實現(xiàn)連接。車體支撐臺相當于輪軌車輛的枕梁面，由于“枕梁面”比底架平面高度尺寸上要低，車下電氣設備、風源設備等安裝布置時，需避開這些部位安裝，以防干涉。

由于特殊的運行原理，磁懸浮列車電氣系統(tǒng)構成較其它城軌列車更復雜，電氣設備也更多。除牽引逆變系統(tǒng)、受流儲能系統(tǒng)外，還包括懸浮控制系統(tǒng)。因此，車體底架安裝有逆變器、變流器、蓄電池箱、高壓分線箱等高壓設備，同時20個懸浮控制器布置在底架左右兩側(cè)，用來控制列車的懸浮，如圖4所示。

可以看出，車下設備密集，無論是垂向尺寸還是橫向尺寸，空間都較小，無足夠空間安裝空間量需求較大的布線設備。另外，懸浮架迫導向機構及連桿在結(jié)構上距車體底架平面較近，敷設電纜時需要避開，增加了電纜布線的難度。

3.2 車下布線方式

據(jù)上文對磁懸浮列車車下結(jié)構的分析，由于空間受限，底架無法安裝類似線槽等需要較大空間的布線設備。因此，無法采用懸掛線槽的布線方式。另外，車輛車體不是不銹鋼材質(zhì)的車體，無底架橫梁及安裝工藝孔，也不適宜采用線管穿線的布線方式。

考慮到鋁合金材質(zhì)車體由具有空腔結(jié)構的型材組焊而成，在車體制造階段可利用型材空腔，使其具有敷設電纜的可能性。由于型材空腔貫穿于車體底架，電纜敷設在其中，將不受支撐臺結(jié)構、車下設備安裝情況的限制，對于車下空間小的磁懸浮列車來說，是較理想的布線解決方案。此外，城軌車輛上常用于輔助電纜固定的U型支架占用空間小，安裝靈活，適用于磁懸浮列車車下對密封性要求不高的高壓、大線徑線纜的布線。

鑒于此，本文采用型腔布線和支架布線相結(jié)合的布線方法進行車下布線。即控制線纜、信號線纜等低電壓等級線纜走底架鋁合金型腔，主輔線纜直接敷設在支架上。

3.2.1 型腔穿線

磁浮列車車輛采用鋁合金材質(zhì)，其底架由鋁型材組焊而成。鋁型材的空腔截面積大，形狀、位置相對固定，可制成貫穿整個底架的型腔，用來穿線[4]。如圖5所示。

型腔布線通道貫穿底架中央，為盡可能多地覆蓋到需要進線的設備，根據(jù)就近原則，每個懸浮架模塊都設置分線盒出線。如圖6所示。

由于型腔布置的都是電壓等級低的線纜，線纜直徑較小，線纜在分線盒出線端和設備進線端都采用軟管接頭，中間段套波紋管進行保護，波紋管固定在走線用支架上。

3.2.2 支架布線

U型支架是一種鋁合金材質(zhì)的金屬折彎件。進行線纜布線時，將其底座通過緊固件固定在車體底架C型槽上，電纜通過橡膠扎帶固定在支架底部。結(jié)構如圖7所示。

由于可以將其制作成多種尺寸，使用時受空間約束較小，安裝位置選擇的靈活度較高。因此，利用車輛底架橫向尺寸上，兩側(cè)懸浮控制箱與中央牽引設備之間的間隙，布置安裝支架，線纜路徑不會其它設備發(fā)生干涉。按此方法安裝支架后，整車支架基本保持在同一直線上，敷設過程中線纜不用彎折，滿足了電纜彎曲弧度要求。布線示意圖如圖8。

實際工程應用中，先對每個布線支架進行編號。布線路徑規(guī)劃時，只需要確定線纜所經(jīng)過支架的編號，然后找到對應的支架進行電纜敷設即可。此方法簡便、快捷，有效地提高了作業(yè)效率。

4 結(jié)束語

文章介紹了城軌車輛車下主要的幾種布線方式。通過對磁懸浮列車車下結(jié)構的詳細分析，總結(jié)出車下設備密集，尺寸空間小的結(jié)構特征。基于這些特征，提出了底架型腔敷設低壓控制電纜、信號電纜和支架敷設主輔電纜的布線方式。采用此方法，不僅能很好地解決目前中低速磁懸浮列車車下布線的難題，同時也提供了一種針對非常規(guī)結(jié)構城軌列車布線方式的研究方法。

參考文獻

[1]江代更，姬生永.中低速磁懸浮軌道交通的應用[J].硅谷，2012（12）.

[2]彭奇彪.中低速磁懸浮交通系統(tǒng)技術及工程應用[J].機車電傳動，2014（5）.

[3]葉明雪，柏 .城軌車輛主要電纜布線方式介紹與分析[J].技術與市場，2014（21）.

[4]劉然.鋁合金城軌車輛車下空腔布線方式研究[J].機車車輛工藝，2015（06）.