地鐵調車機車電氣控制柜結構優化

劉平郭，魏 強，高曉芳，楊秋芬

（中車資陽機車有限公司，四川 資陽 641300）

電氣控制柜（以下簡稱“電氣柜”）是機車的控制中樞，為機車上關鍵不可缺少的核心設備。中車資陽機車有限公司（以下簡稱“中車資陽公司”）早期設計的供國內某城市地鐵線路的調車機車（以下簡稱“調機”）電氣柜，存在體積較大、電源開關操作不便、沒有平臺化設計理念等不足。針對這些不足，中車資陽公司重新設計了一種新型的地鐵調車機車電氣柜，本文對該新型電氣柜的改進項點進行了介紹。

1 中車資陽公司早期某型地鐵調機電氣柜簡介

1.1 外形尺寸

柜體外形尺寸為850 mm×350 mm×1 550 mm（寬×深×高），如圖1 所示。

1.2 結構特征

電氣柜柜門為雙開門結構，除萬轉開關、按鈕開關和空氣開關以外的電器件均安裝在柜體內部，萬轉開關、按鈕開關和空氣開關設置在柜體右側面，蓄電池總電源閘刀開關位于柜體內部。柜體底部通過4 個安裝孔與司機室地板梁固定，頂部通過2 個拉板與司機室隔墻固定。

1.3 存在問題

1.3.1 外形尺寸

地鐵調機電氣柜安裝在司機室內部，與操縱臺、座椅等共享司機室內部空間。柜體外形尺寸偏大，影響司機室內部空間。

1.3.2 柜門

柜體為雙開門結構，由左門和右門組成。柜門尺寸較大，柜門變形量精度要求較高，門鎖鎖桿較長，機車振動時容易產生異響。

1.3.3 蓄電池總電源開關

蓄電池閘刀開關位于柜體內部，開合閘刀開關需要先打開電氣柜柜門。蓄電池閘刀開關為操作較為頻繁的器件，而打開柜門門鎖需要使用鑰匙，所以影響閘刀開關操作的便利性。

1.3.4 平臺化

平臺化主要體現在欠缺通用性、兼容性和可擴展性。柜體對外安裝接口不通用、不兼容，萬轉開關、按鈕開關和空氣開關的可擴展性不夠。

柜體底部通過4 個安裝孔與司機室地板梁固定，頂部通過2 個拉板與司機室隔墻固定。但是，不同的地鐵調機有不同的車體鋼結構。有的機車地板梁下方車架無橫梁，空間寬敞；有的機車地板梁下方車架有橫梁，安裝空間受限；有的機車司機室隔墻無采光窗；有的機車司機室隔墻存在采光窗。

不同機車的萬轉開關、按鈕開關和空氣開關的數量會有所不同。特別是空氣開關，在留有1 個備用空氣開關的基礎上仍然需要考慮更多的可擴展性。

圖1 柜體外形尺寸（單位：mm）

需要一種具有通用性的電氣柜柜體結構，該電氣柜可以裝在內走廊機車上，也可以裝在外走廊機車上，可以固定在不同結構的司機室地板梁和司機室隔墻上，可以很簡單地更改空氣開關的數量。

2 新型電氣柜簡介

針對不足之處，中車資陽公司重新設計了1 個電氣柜。

2.1 外形尺寸

重新設計的柜體外形尺寸為750 mm×270 mm×1 550 mm（寬×深×高），結構緊湊，占用空間更小，如圖2 所示。

2.2 柜門

柜門如圖3 所示。

圖3 柜門

將柜門由雙開門結構改為上下2 層的3 門結構，門沿上貼減震膠條。上門為單開門結構，安裝有2 個三角鎖，門上裝有萬轉開關、按鈕開關和空氣開關，開關安裝面內凹以免和司乘人員發生碰撞。上門區域柜體內部為不需要經常檢修維護的電器件，如PLC、數字量模塊、模擬量模塊、功率放大塊等。下層為雙開門結構，安裝有1 套連桿鎖。連桿鎖帶鑰匙，防止被隨意打開。

通過更改柜門結構，既提高了空間利用率，也大大降低了機車振動時產生異響的可能。

2.3 蓄電池總電源開關

為解決總電源開關需打開柜門操作的問題，將該開關的類型由閘刀開關改為卡車用蓄電池電源開關，如圖4 所示。將電源開關設置在電氣柜左側，并且手柄外漏以使在不打開柜門的情況下也可以接通和斷開電氣柜與機車蓄電池的電氣連接。電源開關位置如圖5所示。

圖4 電源開關

圖5 電源開關位置

2.4 平臺化設計

2.4.1 底部安裝接口

底部安裝孔采用冗余設計，共設計6 個安裝孔和1個接地點，如圖6 所示。安裝時根據具體車型車體鋼結構的差異而選擇不同的螺栓緊固點，一般選擇4 個安裝孔，使用4 顆M10 的螺栓將電氣柜固定在司機室地板梁上。

圖6 底部安裝接口

2.4.2 頂部安裝接口

頂部安裝孔采用冗余設計，共設計2 組（共4 個）安裝孔，如圖7 所示。圖7 左側安裝孔未顯示，位置和右側安裝孔關于柜體中心線對稱。柜體頂部吊環螺釘旁的2 個安裝孔在機車司機室隔墻無采光窗時使用，頂部左右側面的2 個安裝孔在機車司機室隔墻有采光窗時使用。無論采用何種方案，未使用的安裝孔均用封板遮蔽。

圖2 重新設計的柜體外形尺寸（單位：mm）

圖7 頂部安裝接口

2.4.3 開關件安裝

開關件安裝在上門組件上，安裝數量具有可擴展性，如圖8 所示。其中，萬轉開關、按鈕開關區域可新增1 個萬轉或2 個按鈕。空氣開關組設置有2 個備用件，如有需要可直接使用或者更換為不同額定電流值的空氣開關后使用。空氣開關處設有活動蓋板，可方便空氣開關的安裝和更換。如在2 個備用空氣開關全部使用的情況下仍不能滿足機車電氣保護的需要，柜體結構依然預留有進一步擴展的空間。僅僅只需更換1 個活動蓋板，電氣柜最多還能新增3 個單極空氣開關。可見，柜體結構的空氣開關安裝數量兼容性較強，可滿足各種不同型號地鐵調機的需求。

圖8 開關件安裝

2.4.4 柜體內部電器件安裝

為使電氣柜內部空間利用率最大化，柜體內部安裝板采用焊接結構。電氣柜正面有上下2 塊安裝板，不同的車型可通過安裝板上開孔的數量和位置的不同來匹配，如圖9 所示。對于舊電氣柜的加改，只需在安裝板空白區域現場配鉆螺紋孔。

圖9 柜體內部安裝板

3 裝車運用情況

該平臺化電氣柜結構自優化改進以來，已先后在青島地鐵、成都地鐵、貴陽地鐵等線路地鐵調機上裝車使用。與中車資陽公司早期地鐵調機電氣柜相比，具有結構緊湊、通用性強、電源通斷方便等特點。經過運用驗證，能滿足各種不同地鐵調機車型的裝車需求。