鐵路客車LED燈具統(tǒng)型研究

孫利蘋,范恩明,李富強(qiáng)

(中車唐山機(jī)車車輛有限公司，河北 唐山 063035)

引言

與熒光燈相比，LED光源具有更優(yōu)的物理性能、照明及電氣性能，也已逐漸成為軌道交通運(yùn)輸行業(yè)中的首選光源，日益受到用戶的認(rèn)可和青睞[1-5]。但是，其在鐵道客車上的應(yīng)用也存在一定制約：花樣繁多的LED燈具給檢修維護(hù)、配件更換等帶來諸多不便。為了將LED燈具在鐵路客車上推廣應(yīng)用，LED燈具的統(tǒng)型工作勢在必行。

1 LED燈具統(tǒng)型的技術(shù)方案

現(xiàn)有鐵道客車上廣泛使用的為經(jīng)過統(tǒng)型的熒光燈，包括2×20 W雙管頂燈、2×15 W雙管頂燈、1×20 W壁燈、1×15 W壁燈、3×15 W壁燈以及座車、餐車客室安裝的燈帶。燈具本身以及機(jī)械、電氣接口均已統(tǒng)一。考慮現(xiàn)有車輛改造裝用LED燈具的可行性，LED燈具統(tǒng)型須考慮以下技術(shù)問題：①燈具類型參考統(tǒng)型熒光燈具類型執(zhí)行；②統(tǒng)型LED燈具的安裝機(jī)械接口和電氣接口(包括：功率、接線)與統(tǒng)型的熒光燈具接口保持一致；③單個LED燈具的照度與熒光燈具照度保持一致，保證燈具改裝后車輛照度和原有照度保持一致，車內(nèi)照明均勻性保持一致。

1.1 技術(shù)方案

LED燈具本身包含燈體、燈角、LED發(fā)光源以及端子、接地標(biāo)貼等輔助裝置。為保持LED燈具與熒光燈具機(jī)械接口的一致性，外形尺寸與熒光燈具保持一致。除LED發(fā)光源和驅(qū)動器外，其余輔助裝置形式均按統(tǒng)型熒光燈具執(zhí)行。

統(tǒng)型LED燈具包含兩種方案：①LED燈管形式；②平面光源形式。

1)LED燈管形式燈具。圖1為LED燈管形式的2×15 W雙管頂燈，其外觀(包括外形尺寸、進(jìn)線、接線等)形式與2×15 W熒光燈具雙管頂燈完全相同。與2×15 W熒光燈具雙管頂燈相比，熒光燈管改為LED燈管，鎮(zhèn)流器(或逆變器)改為了驅(qū)動器。

圖1 2×15 W雙管頂燈——LED燈管形式Fig.1 2×15 W double tube dome light with the form of LED tube

LED燈管外觀結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)日光燈管相同，而燈管內(nèi)部不同，發(fā)光角度也不同。LED燈管的發(fā)光角度不同于熒光燈管(發(fā)光角度為360°)，LED燈管為前照發(fā)光，發(fā)光角度固定。LED燈管的統(tǒng)型涉及：①發(fā)光角度的統(tǒng)型(保證燈管安裝在燈體內(nèi)后，燈管均勻射出，保證照度的均勻性)；②燈管外觀統(tǒng)型，包括燈管長度、與等角的機(jī)械接口等，從而保證燈管在不同LED燈具內(nèi)的互換性。圖1中的燈光發(fā)光角度為120°，燈管橫向中心距為100，通過模擬試驗(yàn)證明其很好的保證了燈光均勻性。

驅(qū)動器(LED電氣控制裝置)輸入電壓分三種類型：AC220 V、DC110 V、DC48 V，輸出電壓恒壓DC36 V，更好的保證了燈具的安全性。外形尺寸、安裝接口統(tǒng)一。電子控制裝置具備過流、過壓、欠流、欠壓保護(hù)功能及短路保護(hù)盒過熱保護(hù)功能。

圖2 LED燈具內(nèi)部接線框圖Fig.2 Wiring diagram of LED light

2×15 W雙管頂燈內(nèi)部接線框圖如圖2所示。以上為2×15 W雙管頂燈——LED燈具統(tǒng)型方案，其他類型燈具(包括：2×20 W雙管頂燈、2×15 W雙管頂燈、1×20 W壁燈、1×15 W壁燈、3×15 W壁燈)均參照執(zhí)行。

2)平面光源形式燈具。圖3為2×15 W雙管頂燈——平面光源形式LED燈具。它與LED燈管形式的燈具相比，主要區(qū)別是發(fā)光源為LED光源板。因發(fā)光源的不同，導(dǎo)致燈體內(nèi)部布局要稍做調(diào)整。

圖3 2×15W雙管頂燈——LED平面光源形式Fig.3 2×15W double tube dome light with the form of LED plain light source

1.2 LED燈具統(tǒng)型規(guī)格

為保證與現(xiàn)有客車技術(shù)接口的一致性以及現(xiàn)有運(yùn)行鐵道車輛燈具的改造，統(tǒng)型的鐵道客車LED燈具，LED燈具與熒光燈具的機(jī)械(外形尺寸等)、電氣接口(電纜直徑、載流量、端子型號、控制柜空開等)保持一致。具體規(guī)格型號及內(nèi)部關(guān)鍵部件接口見表1。

1.3 方案對比分析

LED燈管形式燈具和平面光源形式LED燈具除上面介紹的區(qū)別外，在外觀、散熱性能、節(jié)能效果、使用壽命、可維護(hù)性方面也存在差異，具體如表2所示。

通過兩種形式LED燈具的對比分析可以看出，平面光源LED燈具具有光照均勻、散熱性能好、節(jié)能效果好、使用壽命長等優(yōu)勢，且因平面光源使用約為50 000 h，正常運(yùn)用維護(hù)過程中無需對光源進(jìn)行檢修更換。因此建議采用平面光源形式LED燈具。

表1 LED燈具規(guī)格型號及內(nèi)部關(guān)鍵部件接口表

表2 LED燈管形式燈具與平面光源形式LED燈具的對比

2 鐵路客車中安裝熒光燈具與LED燈具的效果對比

圖4為車內(nèi)客室安裝熒光燈具后的效果圖，圖5為車內(nèi)客室安裝LED管狀光源燈具后的效果圖。對比可見，LED燈具產(chǎn)生的照明效果美觀性、舒適性更佳。

圖4 熒光燈具裝車效果圖Fig.4 Design sketch with fluorescent lamp

圖5 LED燈具裝車效果圖Fig.5 Design sketch with LED lamp

3 結(jié)語

統(tǒng)型的標(biāo)準(zhǔn)化的LED燈具可以更好地替代熒光燈管燈具，并且對車輛組裝流程及工藝帶來的變化小。通過統(tǒng)型工作，實(shí)現(xiàn)鐵路客車LED燈具的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于LED燈具的檢修、更換，可整體提升客車的美觀性、舒適性。

此外，隨著中國鐵道車輛國際訂單的增加，對鐵道客車的整體技術(shù)水平的要求必將越來越高。鐵路客車LED燈具統(tǒng)型可以從整體上提升車輛的設(shè)計、制造水準(zhǔn)，為中國鐵道客車整體技術(shù)水平的提高發(fā)揮應(yīng)有的作用。

[1] 高健飛,劉文平,胡曉春.鐵道客車LED平面光源照明燈具設(shè)計探索[J].鐵道客車,2009(10):33-36.

[2] 周連慶. 鐵道站場照明現(xiàn)狀及LED高效照明燈的研究應(yīng)用[J]. 鐵道機(jī)車客車,2010(4):100-101.

[3] 聞興業(yè)，孫利蘋，劉永志.LED照明及集中供電方式在軌道車輛上的應(yīng)用[J].鐵道機(jī)車車輛,2014(1):34-37.

[4] 曾丹，彭冬生，蔣月.LED照明的光學(xué)器件設(shè)計與仿真[J].紅外激光工程,2016,45(12):196.

[5] 睦世榮，余榮桑，馬達(dá).LED照明光組件體系研究在LED照明產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)踐中的意義[J].標(biāo)準(zhǔn)科學(xué),2015(9):23-26.