張海峰

(中國北車集團(tuán) 長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130062)*

0 引言

隨著國家軌道車輛事業(yè)的長足發(fā)展，高速動車組的運(yùn)行安全備受關(guān)注，作為影響行車安全的重要部件，外部照明系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)及使用的可靠性越來越受到重視.本文通過對現(xiàn)有CRH380B系列動車組照明系統(tǒng)研究和分析，研發(fā)出一套新型的外部照明系統(tǒng)，使整體性能有所提高，經(jīng)過試驗(yàn)及運(yùn)用考核驗(yàn)證，新型外部照明系統(tǒng)具有光學(xué)性能高、壽命長、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，為后續(xù)動車組照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供寶貴的經(jīng)驗(yàn).

1 現(xiàn)狀及問題

CRH380B型系列動車組外部照明包括照明燈、頂部信號燈、標(biāo)志燈，均采用德國沙爾特寶公司進(jìn)口產(chǎn)品，三種燈具中均采用鹵素?zé)襞葑鳛楣庠?，整體設(shè)計(jì)符合UIC534標(biāo)準(zhǔn).CRH380B型系列動車組外部照明構(gòu)成如圖1所示.

圖1 CRH380B型系列動車組外部照明

CRH380B型系列動車組投入使用以來，曾發(fā)生照明控制系統(tǒng)故障，照明燈照度不足，標(biāo)志燈壽命短等問題，影響車輛使用與維護(hù)，因此必須開發(fā)出新型控制系統(tǒng)及燈具，滿足使用需求.

2 系統(tǒng)研發(fā)

2.1 外部照明系統(tǒng)控制原理研究

CRH380B型系列動車組外部照明控制原理如圖2.

圖2 控制原理圖

車輛電源通過操作開關(guān)、電源模塊、控制單元驅(qū)動各燈具工作，同時，控制部分采用CCM－6161型燈控單元，燈控單元中X3端口為數(shù)字邏輯模塊，X4為燈控器的電源端口，X5為輸出端口.通過檢測流經(jīng)各工作回路的電流來判斷燈具工作是否正常，從而發(fā)出故障信號給列車網(wǎng)絡(luò)，提示照明系統(tǒng)故障.當(dāng)檢測到電流約在20～500 mA時，默認(rèn)其工作正常，當(dāng)檢測到電流范圍超出額定值外均發(fā)出故障信號，故障信號通過MOS管的通斷來輸出故障信號，無法進(jìn)行軟件更改，不便于維護(hù).

由于燈具處于外露環(huán)境，并且車輛運(yùn)用在東北、華北及東南沿海等地區(qū)，風(fēng)吹日曬雨淋等自然環(huán)境加劇硬件老化，尤其是鹵素光源的高發(fā)熱特性，導(dǎo)致燈具及配線絕緣性能下降.易造成瞬間短路過流等現(xiàn)象，使故障率增高.因此，燈控單元不適用于中國的運(yùn)用環(huán)境，且造價(jià)昂貴.針對以上問題，采用繼電器搭載硬線電路實(shí)現(xiàn)照明控制系統(tǒng)，控制原理如圖3.

圖3 控制原理圖

繼電器控制系統(tǒng)經(jīng)試驗(yàn)證明，工作狀態(tài)穩(wěn)定可靠，該系統(tǒng)便于維護(hù)，避免誤報(bào)故障信息問題.

2.2 光源的研究與選擇

在光照性能及使用壽命方面，由于現(xiàn)有車輛采用鹵素光源.其光源隨電壓的變化對光通量及使用壽命的影響如圖4.

從圖中可以看出輸入電壓的變化對光通量產(chǎn)生影響的同時，對光源本身的電氣壽命也會產(chǎn)生顯著的影響:光源的電氣壽命會隨著供電輸入正向偏離其額定值而縮短，隨著負(fù)向偏離其額定值而增長，并且加權(quán)比例遠(yuǎn)大于對光通量的影響，所以從理論上講，對于額定電壓24 V、光通量1 000 lm、平均電氣壽命1 000 h的鹵素光源，在其工作電壓19.2 V時，光通量為450 lm、壽命達(dá)20 000 h;當(dāng)其工作在30 V的電壓時，光通量為2 500 lm，而壽命則降到了50 h.光照性能及使用壽命無法不能滿足使用需求.開發(fā)了HID氣體放電光源燈作為照明燈，LED燈作為標(biāo)志燈替代原有鹵素?zé)襞荨Ｐ滦驼彰鳠艏皹?biāo)志燈如圖5～圖7.

圖4 輸入電壓與光通量及使用壽命曲線

圖5 輔助照明燈

圖6 新型照明燈

圖7 標(biāo)志燈

2.3 性能對比分析

新燈具符合TB/T 2325要求，大大提高了使用性能，對比兩種燈具參數(shù)如附表.

附表 燈具參數(shù)對比表燈具

通過對比，新型外部照明系統(tǒng)中，照明燈光照強(qiáng)度提高10倍，標(biāo)志燈使用壽命提高25倍，完全滿足用戶使用需求.性能提高了，但功耗有所降低，新燈具節(jié)能特性凸顯.新燈具完全符合IP67防護(hù)等級，機(jī)構(gòu)可靠.新型燈具開發(fā)后，于2012年12月27日，在CRH380B－6284動車組進(jìn)行試裝并通過2個月的正線考核，考核過程中未發(fā)生誤報(bào)故障信息，工作穩(wěn)定，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足TB/T 2325要求.因此，在CRH380B高寒型動車組中進(jìn)行批量裝車使用.

3 結(jié)論

高速動車組外部照明系統(tǒng)控制電路優(yōu)先選用性能可靠的繼電器硬線電路控制方案，HID氣體放電光源燈作為照明燈以及LED燈作為標(biāo)志燈，無論是從光學(xué)性能、使用壽命、工作穩(wěn)定性以及環(huán)保等方面均優(yōu)于鹵素?zé)?，其技術(shù)方案成熟可靠，可在高速動車組上廣泛推廣運(yùn)用.

［1］付福成，師昌緒.機(jī)車供電對其外部照明燈具性能影響的分析［J］.城市軌道交通研究，2011(6):27-32.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB/T 2325－2006機(jī)車、動車組前照燈、輔助照明燈和標(biāo)志燈技術(shù)條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［3］呂曉東.集中式HID電子鎮(zhèn)流器及其供電系統(tǒng)的研究［D］.杭州:浙江大學(xué)，2005.

［4］呂曉東.基于MCU控制的機(jī)車HID前照燈開發(fā)［D］.杭州:杭洲電子科技大學(xué)，2000.