動(dòng)車組布線模塊化設(shè)計(jì)

李洪德　高丹　欒愛民　張宏應(yīng)

摘 要：本文在對(duì)動(dòng)車組布線工程設(shè)計(jì)總體內(nèi)容全面分解剖析的基礎(chǔ)上，從動(dòng)車組布線機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化，線束設(shè)計(jì)模塊化，模塊化布線設(shè)計(jì)對(duì)布線工藝的作用等方面介紹了布線模塊化設(shè)計(jì)的思路；并從工作實(shí)踐出發(fā)，針對(duì)各布線模塊的特點(diǎn)論述了動(dòng)車組布線工程設(shè)計(jì)中需要考慮的關(guān)鍵要素，為軌道交通車輛及類似行業(yè)布線工程化設(shè)計(jì)提供有用借鑒。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組 布線設(shè)計(jì) 模塊化 線束

中圖分類號(hào)：U266 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）03（b）-0098-02

隨著動(dòng)車組上各項(xiàng)功能不斷完善，乘客需求越來越高，對(duì)動(dòng)車組車輛上線纜布線設(shè)計(jì)提出了更高的要求。動(dòng)車組上每節(jié)車線纜數(shù)量達(dá)2000～3000根，以一列8節(jié)編組動(dòng)車組計(jì)算，整車線纜數(shù)量達(dá)到20000多根；而且這20000多根電纜中包含了各類不同電壓等級(jí)的動(dòng)力電纜，控制用電纜以及網(wǎng)絡(luò)信號(hào)電纜，光纖等，遍布整車各個(gè)位置。對(duì)如此數(shù)量繁多的電纜，如何保證車上線束敷設(shè)的安全可靠，確保車輛功能不受影響，需要有一條清晰明了的思路對(duì)整車布線設(shè)計(jì)進(jìn)行全局把控。動(dòng)車組車輛線路看似雜亂無章，但是通過統(tǒng)籌考慮，也可以實(shí)現(xiàn)整車布線的模塊化設(shè)計(jì)。本動(dòng)車組布線模塊化設(shè)計(jì)思路主要通過布線機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)及線束模塊化實(shí)現(xiàn)。

1 布線機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)

對(duì)整車復(fù)雜的線路連接，首要的應(yīng)從車輛機(jī)械結(jié)構(gòu)上對(duì)各個(gè)部分線路敷設(shè)進(jìn)行模塊化劃分。劃分方法如下：

首先，由于整列車的每節(jié)車輛從結(jié)構(gòu)上相對(duì)獨(dú)立，因此，可將每節(jié)車輛定義為一個(gè)獨(dú)立的模塊。便于從機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)每節(jié)車布線結(jié)構(gòu)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。

其次，根據(jù)每節(jié)車內(nèi)部布線結(jié)構(gòu)，將每節(jié)車布線劃分為底架布線模塊，客室布線模塊，車頂布線模塊，車端布線模塊，25kV高壓布線模塊。

下面將對(duì)各布線模塊的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)思路進(jìn)行介紹。

（1）底架布線模塊。

車輛底架主要安裝變壓器，變流器，蓄電池箱，制動(dòng)控制模塊，轉(zhuǎn)向架，衛(wèi)生間水箱，污物箱等設(shè)備。從電路結(jié)構(gòu)上看，包括了主電路，輔助電路和控制信號(hào)電路，對(duì)該模塊的設(shè)計(jì)思路是，設(shè)一個(gè)貫通整個(gè)車輛長度的主輔線槽和一個(gè)控制信號(hào)線槽，以此作為底架布線模塊的主干，線纜主要從該線槽布線。線槽中線纜如需接到設(shè)備上，則可在設(shè)備旁的線槽位置進(jìn)行開孔出線。對(duì)穿出線纜的布線，可以設(shè)置分支小線槽，以及扎線板進(jìn)行布線。因此，底架布線模塊結(jié)構(gòu)簡單來說就是兩根主干線槽+支路出線，模塊結(jié)構(gòu)清晰明了。

底架的主要特點(diǎn)是環(huán)境相對(duì)惡劣，溫度變化范圍較大，且容易受到車輛外部雨水、洗車水的侵襲，受到鐵路上石塊等外物的擊打，還有空氣中鹽霧的腐蝕。因此，整個(gè)底架布線模塊需要采取特殊的防護(hù)措施。如對(duì)接線用連接器、接線盒設(shè)計(jì)的防水防塵等級(jí)應(yīng)做到IP66以上。另外需要注意底架線纜、接線設(shè)備不應(yīng)安裝得離軌面過近，應(yīng)用線槽、線管等進(jìn)行機(jī)械防護(hù)。線槽線管應(yīng)有防腐蝕措施，安裝緊固件應(yīng)用抗腐蝕能力較強(qiáng)的不銹鋼材質(zhì)等。

（2）客室布線模塊。

車輛客室主要安裝了控制屏柜，車內(nèi)乘客信息系統(tǒng)設(shè)備，車門控制器，座椅插座，照明設(shè)等，電路結(jié)構(gòu)主要有輔助電路，控制信號(hào)電路。跟底架布線模塊類似，也采用貫穿整車主干線槽加支路布線的形式。根據(jù)車內(nèi)空間大小，我們可在客室兩側(cè)頂部或者地板下部設(shè)置兩根主線槽，屏柜進(jìn)線處以及與車底線纜貫通處設(shè)置下線線槽，以這幾處線槽作為干線，車內(nèi)其它各個(gè)部位的接線，可以設(shè)置分支路徑。因此，客室布線模塊的結(jié)構(gòu)是，車輛兩側(cè)兩根主線槽（側(cè)頂或地板下）+屏柜線槽+貫通車頂車底豎線槽+支路出線。

車輛客室內(nèi)的主要特點(diǎn)是環(huán)境較外部要好許多，因此，客室內(nèi)布線對(duì)防水防塵等設(shè)計(jì)等級(jí)要求較低；但是由于該部位離乘客界面很近，要重點(diǎn)考慮觸電保護(hù)，確保乘客安全性。從乘客安全及美觀性考慮，線纜應(yīng)盡量不外露，如有不可避免地有外露部分，應(yīng)用專用的線纜防護(hù)裝置進(jìn)行防護(hù)。

（3）車端布線模塊。

車端布線模塊主要指兩節(jié)車輛間的電纜連線，跨接方式可有端墻兩側(cè)跨接，底架跨接，頂部跨接，通過綜合考慮車體的斷面結(jié)構(gòu)的及車輛過彎道運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，兩車端距離，車輛貫通道的寬度等參數(shù)選擇合適的跨接方式。

由于兩節(jié)車之間會(huì)發(fā)生長期相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此，需要考慮電纜的柔性以及車輛的相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中線纜固定點(diǎn)間的位置，必須使各個(gè)狀態(tài)下線纜及保護(hù)軟管的彎曲半徑能滿足本身的彎曲半徑要求而不至使發(fā)生疲勞損壞，且不與車輛其他部位發(fā)生摩擦。

（4）25kV高壓電纜布線模塊。

25kV高壓電纜布線模塊主要是指電網(wǎng)輸入側(cè)的布線。由于該電路電壓等級(jí)較其他電路高很多，如果與其他線纜一起布線會(huì)對(duì)其他線路產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，因此，需要對(duì)該線路電纜布線進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。包括高壓設(shè)備間的連線、車頂受電弓間的連接、兩節(jié)車之間的高壓跳線。

高壓設(shè)備一般安裝于車頂，且導(dǎo)電部位裸露在外，車頂高壓設(shè)備連線主要用裸露的軟銅絞線連接，需要著重考慮電氣間隙及爬電距離，高壓絕緣配合設(shè)計(jì)合理。

動(dòng)車組兩受電弓間一般跨過幾輛車，且需要連通，因此，一般會(huì)有一根高壓電纜貫通幾輛車車頂。由于客室空調(diào)機(jī)組一般安裝于車頂，且基本占滿車頂寬度方向空間，為了不影響空調(diào)機(jī)組運(yùn)行且便于檢修，高壓電纜一般在空調(diào)機(jī)組兩側(cè)繞行，為了不影響車輛整體美觀性及車輛的流線性造型，高壓電纜在此處應(yīng)進(jìn)行隱藏設(shè)計(jì)，如用空調(diào)導(dǎo)流罩板遮蓋或?qū)⒕€纜穿入車體內(nèi)部。另外車頂高壓貫通電纜需要考慮防紫外線設(shè)計(jì)。

車輛與車輛間的高壓跳接電纜連接可考慮外絕緣與內(nèi)絕緣兩種型式，與車端跳線類似，需要充分考慮兩車輛間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，保證各個(gè)工況下電纜連接的可靠性。

（5）車頂布線模塊。

車頂布線模塊主要是指車頂?shù)蛪涸O(shè)備的布線。對(duì)于一般非低地板車輛，車頂主要是安裝空調(diào)機(jī)組，只需要考慮空間機(jī)組主回路及控制回路線纜的保護(hù)固定。對(duì)于低地板車輛，很多設(shè)備從車下移到了車頂安裝，車頂線束較多，需要像車底布線設(shè)計(jì)一樣，設(shè)計(jì)專門的布線通道，在布線通道上安裝線槽或者線纜固定卡。

車頂布線環(huán)境與底架布線類似，需要考慮防水防塵，防止空氣中鹽霧的腐蝕，外露布線用材質(zhì)應(yīng)進(jìn)行防銹設(shè)計(jì)。與車底布線模塊不同的是，車頂布線需要額外考慮線纜、布線部件的抗紫外線性能。

（6）各布線模塊間的接口。

由于整車電纜相互貫通，除25kV高壓布線模塊外，各個(gè)布線模塊線纜間均不是獨(dú)立的，有的線束同時(shí)屬于幾個(gè)不同的布線模塊，因此，各個(gè)模塊間電纜布線需要留有可靠的連通通道。為實(shí)現(xiàn)各布線模塊間的貫通，需要在車體合適的位置開穿線孔，如車體底架地板需要開由客室布線模塊到底架布線模塊的穿線孔，端墻或者底架需要開由客室布線模塊到車端布線模塊的穿線孔，車體頂蓋需要開由車頂布線模塊到客室布線模塊的穿線孔。

由于動(dòng)車組運(yùn)行速度非常高，氣流對(duì)車輛內(nèi)部噪聲的影響非常大，為了提高乘客的舒適度，對(duì)于車體上的穿線孔，需要著重考慮進(jìn)行有效的封堵措施，保證孔洞的防水防塵及氣密性，一般采用密封膠進(jìn)行封堵。如根據(jù)車輛防火要求，該穿線孔洞穿過防火隔斷，則仍需考慮密封膠的耐火性能，保證該穿線孔洞不影響該處的防火隔斷。

2 線束模塊化設(shè)計(jì)

上述章節(jié)從布線機(jī)械結(jié)構(gòu)上介紹了布線模塊化設(shè)計(jì)的方式，若僅參照上述方式進(jìn)行布線設(shè)計(jì)，僅是形式上的模塊化。由于車輛內(nèi)線纜連接錯(cuò)綜復(fù)雜，包括不同電壓等級(jí)、不同信號(hào)類型電纜遍布車輛內(nèi)部。如不對(duì)線束進(jìn)行統(tǒng)一管理，各線纜束仍然雜亂無章。因此有必要進(jìn)行線束模塊化設(shè)計(jì)。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN 50343：《鐵路應(yīng)用機(jī)車車輛布線規(guī)則》，不同種類的電纜應(yīng)單獨(dú)敷設(shè)，因此，我們?cè)诶L制原理圖時(shí)就應(yīng)當(dāng)按線路電壓等級(jí)區(qū)分不同類型的電纜。如25kV電路定義為H類，主電路定義為A類，輔助電路定義為B類，控制電路定義為C類，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)電路定義為D類。在原理圖上定義完后，我們就可對(duì)該幾種類型的電纜進(jìn)行模塊化布線管理，電纜敷設(shè)時(shí)設(shè)置不同的線槽。一般地，受車輛空間限制，我們將H類電纜單獨(dú)敷設(shè)，A類，B類敷設(shè)在一個(gè)線槽內(nèi)，C，D類線纜敷設(shè)在另外一個(gè)線槽，不同的線纜在同一線槽內(nèi)用隔板分開。

為了能夠清晰地從線束設(shè)計(jì)上區(qū)分章節(jié)1中不同布線模塊的電纜，我們?cè)诮泳€原理圖上對(duì)車輛上的每個(gè)設(shè)備進(jìn)行特殊的位置定義。以符號(hào)“+”和3位數(shù)字定義設(shè)備位置，首位數(shù)字代表不同車輛，如1代表頭車，2代表第二節(jié)車；第二位數(shù)字代表車輛上不同的位置，如0代表車頂，1，2，3，4，5，6代表客室內(nèi)屏柜，頂部，側(cè)墻等位置，7，9代表車輛底架位置和轉(zhuǎn)向架位置，8代表車輛端部；第三位數(shù)字代表設(shè)備位置的流水號(hào)，從一位端到二位端從1到9數(shù)字逐漸增大。如+111代表頭車司機(jī)室位置，+293代表第二節(jié)車二位端轉(zhuǎn)向架位置。

由于線纜總是連接相同或不同設(shè)備的兩個(gè)點(diǎn)位，因此，我們可以用兩個(gè)地址碼加線纜類型加流水號(hào)的方式給每個(gè)線束定義線束號(hào)。如線束號(hào)111179D003代表頭車從司機(jī)臺(tái)到底架靠近二位端某設(shè)備的第3束信號(hào)電纜。

有了上述清晰的線束號(hào)定義，結(jié)合章節(jié)1中所述布線機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)，就可以很容易將線束歸集到某一模塊，實(shí)現(xiàn)了線束模塊化設(shè)計(jì)。

3 模塊化布線設(shè)計(jì)對(duì)布線工藝作用

動(dòng)車組布線實(shí)現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)布線的可靠性及工藝上的可操作性、可維護(hù)性作用是非常大的，具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）可以實(shí)現(xiàn)車下預(yù)組裝布線方式，由于布線結(jié)構(gòu)劃分清晰，可以同時(shí)將不同模塊的線槽在車下預(yù)組裝好，在車下將主要所屬該模塊線纜布入線槽中，再將線槽加線纜一同安裝到車上，在車上只需進(jìn)行少部分電纜固定綁扎及接線。減少車上作業(yè)工作量，減輕了作業(yè)員工操作強(qiáng)度。

（2）可以針對(duì)每個(gè)布線模塊的特點(diǎn)采取針對(duì)性的布線保護(hù)措施，保證布線安全可靠。如車下線纜需用軟管及密封膠、橡膠密封圈等進(jìn)行密封保護(hù)，同時(shí)防止外力作用損傷電纜；車頂高壓設(shè)備連線額外進(jìn)行電氣間隙核驗(yàn)；不同電壓等級(jí)電纜分開敷設(shè)，等等。

（3）在后續(xù)車輛線路檢修維護(hù)中，可以現(xiàn)場快速的找到線纜布線路徑及判斷可能的故障點(diǎn)，及時(shí)排查故障。

4 結(jié)語

動(dòng)車組布線模塊化設(shè)計(jì)方法對(duì)動(dòng)車組布線無論是在前期設(shè)計(jì)還是生產(chǎn)制造以及后期車輛的檢修維護(hù)都具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。通過對(duì)整車線纜敷設(shè)合理的模塊化劃分，可以將線路設(shè)計(jì)化繁為簡，進(jìn)行全局的把控，保證動(dòng)車組性能的安全可靠。

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