城軌地鐵車輛司機室電氣柜模塊化設計

洪欣

摘要：近年來，我國經濟水平有了很大提高，城市化進程也在加快，許多鄉鎮居民開始前往城市工作及生活，這大幅提高了城市居民數量，給城市交通系統帶來了一定壓力。城軌地鐵車輛作為城市交通的主要工具之一，在交通系統中發揮著重要作用，不僅具有較高的運輸效率，而且乘坐十分方便。司機室電氣柜作為地鐵車輛的重要組成部分，其電氣柜設計的合理性直接影響到車輛的運行性能。

關鍵詞：城軌地鐵;司機室電氣柜;模塊化設計

司機室電氣柜模塊化是強化城軌地鐵車輛設計理念的重要環節。本文通過對司機室電氣柜的框架設計、電氣設計和布線設計的闡述，進一步介紹了模塊化設計理念，并將其應用于實例中，取得了良好的效果。模塊化在城軌地鐵車輛設計中占有重要地位，能減輕勞動強度，節省工作時間，提高效率，是精益生產發展的必然趨勢。

一、城軌車輛類型

地鐵車輛是城市軌道交通系統的重要組成部分，也是技術含量較高的機電設備。地鐵車輛應具有先進性、可靠性、實用性，應滿足容量大、安全、快速、美觀、節能要求。

目前國內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，目前國內廠商也能制造，其特點是寬敞、舒適，但造價相對B型車較高，對線路條件、限界及站臺、車輛段等要求較高。

B型車是目前國內多數城市選用的車型，其制造技術成熟，相對A型車造價較低，維修方便，地鐵限界及車站、車輛段尺寸較小，因此可節省整個項目的造價成本。

二、模塊化設計簡介

模塊化設計簡單地說就是程序的編寫不是開始就逐條錄入計算機語句和指令，而是先用主程序、子程序、子過程等框架把軟件的主要結構和流程描述出來，并定義和調試好各個框架之間的輸入、輸出鏈接關系。逐步求精的結果是得到一系列以功能塊為單位的算法描述。以功能塊為單位進行程序設計，實現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雜度，使程序設計、調試和維護等操作簡單化。模塊化設計能省去現場操作中繁瑣的工序;簡化司機室電氣柜與車輛各個系統間的電氣和機械接口;降低車輛在運行中的故障率;提高生產效率。模塊化是在傳統設計基礎上發展起來的一種新的設計思想，已被廣泛應用于機床、電子產品、航天、航空等設計領域，但至今模塊化術語尚未給出公認的權威性定義。

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

三、司機室電氣柜模塊化設計概述

電氣柜是由鋼材質加工而成用來保護元器件正常工作的柜子。司機室電氣柜位于司機室內，柜內布置網絡、牽引、PIS、火警等設備，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，負責列車司機室控制系統。司機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%的司機室電氣設備和控制邏輯單元。司機室電氣柜設計是否合理，關系到車輛運行性能好壞、司機室空間利用是否合理等。

司機室電氣柜模塊化設計能簡化電氣柜內部電氣排布;固化司機室電氣柜和車輛之間的機械和電氣接口;節省工時，提高效率，促進精益生產，滿足人機工程學要求。

四、司機室電氣柜框架設計

某地區地鐵司機室電氣柜外形尺寸為：465mm*700mm*1850mm;柜體主體結構選用厚4mm、寬40mm、材質為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構，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。司機室電氣柜實際上是一個可承重200kg電氣件的鋁合金框架。相對于普通碳鋼焊接結構具有重量輕、耐腐蝕、韌性好、美觀大方等特點。

司機室電氣柜面板采用鋁合金板體，四周翻邊，左側采用不銹鋼鉸鏈與柜體鏈接，右側采用7mm四方壓緊鎖實現打開與閉合的固定，右側采用空心膠條保證鎖閉時嚴實合縫，防止因車輛震動噪音的產生。面板表面處理工藝為：表面打砂、氧化，面板上的標識采用腐蝕刻字形式，經久耐用。

司機室電氣柜體底部4個安裝孔與車體防轉槽通過M10緊固件固定，左側的2個固定孔通過支架與車體側墻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。防轉槽的優點在于：可將六角螺母直接塞進防轉槽內，底座保持水平，司機室電氣柜可在防轉槽面上隨意挪動，有助于電氣柜安裝時調節安裝位置，降低操作者勞動強度。

五、司機室電氣柜電氣設計

為了最大限度地利用柜內空間，司機室電氣柜分為三層，即面板、司機室側安裝板、客室側安裝板。司機室電氣柜面板的電氣元件主要是不經常操作的按鈕、旋鈕，較為重要的斷路器及網壓表、110V電壓表，面板上的設備可通過檢查門上的明窗直接觀察車輛運行情況。司機室側安裝板上的設備依次為：端子排、斷路器、繼電器、網絡通信模塊、PIS主機。客室側電氣柜安裝板上的設備依次為端子排、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、司機室電氣柜布線

司機室電氣柜布線在司機室電氣柜模塊化中有著舉足輕重的作用。司機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，在司機室電氣柜周圍鋪設線槽，根據線槽內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，線槽內不同類型的線纜分開放置或應用屏蔽網管隔離。司機室電氣柜布線遵循EN 50343標準，電纜可分為三類，A類包括高壓電纜、發動機電纜、制動電阻電纜、濾波器電纜（在交流器內部）、輔助變流器電纜等;B類包括蓄電池電纜、控制電纜等;C類包括數據通訊總線電纜（MVB和WTB）、ATC天線電纜、揚聲器電纜、視頻電纜等。

不同種類的電纜應單獨鋪設，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、電氣柜內電磁兼容設計

司機室電氣柜內主要布置器件包括：開關、按鈕、繼電器、接觸器、網絡設備、PIDS系統主機等設備。受空間及人機界面要求的限制，電氣柜不可能僅依靠空間去解決自身的電磁兼容問題。電氣柜內各個電氣件自身的性能對整體性能有著直接的影響，所以在電氣柜內各個電氣件造型期間，必須要求每個器件均能達到標準要求。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，柜內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。

參考文獻：

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