城市轨道车辆电器屏柜的组成设计

　　这篇电器管理类论文介绍了城市轨道车辆电器屏柜的组成设计，通过对电器柜体尺寸的计算，设备安装等，侧重介绍屏柜设计及其柜内设备装。

　　关键词：城市轨道车辆;电气屏柜;强度计算;布线走线

　　1概述

　　城市轨道车辆电器屏柜(以下简称电器屏柜)集中了大部分的低压电器设备及控制设备，是列车实现电气控制的主要组成。电器屏柜主要包括司机室电器屏柜和客室电器屏柜[1]。本文主要就客室的电器屏柜设计进行探讨。客室电器屏柜的设计主要包括两个方面的内容：首先是骨架设计，包括骨架的尺寸、骨架的刚度、强度及人机工程学的应用等方面的内容。其次是内部设计，包括通风散热、器件布置、柜内布线，以及其他辅助设计。

　　2骨架设计

　　首先，骨架尺寸是由车辆的平断面核算出，本文设计的客室电器柜尺寸为590mm×475mm×1900mm(长×款×高)，此尺寸可为城市轨道车辆电器屏柜设计提供参考。为保证骨架的强度及刚度要求，柜体主框架由40mm×20mm×3mm的铝型材组成，框架上焊接电气安装架、扎线架以及螺栓连接的安装架，框架材料为铝型材6063T5，扎线架材料为5083H111，设备总重量为30kg，具体材料属性见表1.在完成整个电器柜的骨架设计后，为保证电器柜的强度及柜内的电器件的安全性，依据IEC61373-2010《铁路应用机车车辆设备冲击和振动试验》对柜体的结构进行了强度分析[2]。

　　2.1计算内容

　　2.1.1静强度工况静强度计算工况见表2。2.1.2疲劳强度工况疲劳强度计算工况见表3。

　　2.2有限元计算

　　本次计算使用前处理软件Hypermesh，求解器为Radioss，单位选用mm，t，MPa。根据电气柜的结构，主要采用壳单元模拟，电气柜内部电气组件按照各部重量采用质量单元模拟，连接处采用耦合约束进行简化[3]，如图1所示。各工况以加速度形式对整个模型施加惯性载荷，约束上下两端螺栓孔处的X、Y、Z三个方向的平动自由度。

　　2.3计算结果分析

　　2.3.1静强度计算结果静强度计算结果应力均低于材料的屈服强度，应力大的点主要分布在铝型材连接处及设备安装架螺栓孔附近。最大应力为47.74MPa，位于设备安装架螺栓孔附近。2.3.2疲劳强度计算结果疲劳强度计算结果最大应力低于DVS8-2011规定的相应材料及焊接接头的最大许用应力，利用系数均不大于0.3。利用系数高的部位主要出现在铝型材焊接处、线架与铝型材焊接处以及设备安装架螺栓孔附件[4]。有限元计算结果表明，电器柜静强度及疲劳强度性能满足EN12663-2010《Railwayapplica⁃tions-Structuralrequirementsofrailwayvehiclebod⁃ies》[5]及DVS1608-2011《Designandfatiguestrengthevaluationofweldjointsinaluminumalloysintherailvehicleconstruction》[6]的相关要求。

　　3柜内设计

　　3.1通风散热及防尘设计

　　电器柜两侧采用防尘板密封，防尘板上加散热孔。电气柜顶部采取防尘措施，预留进线孔及适当的散热通风孔，进线孔尺寸可调，在接线完成后对进线孔多余部分进行调节覆盖，方便现场操作，如图2所示。防尘板A设置散热孔，以方便柜内器件散热，防尘板B下部装配有滑动结构，用于调整两侧穿线孔的大小，增加防尘效果，如图3所示。

　　3.2元件的布置与安装

　　电器屏柜内的器件分控制器件，如：断路器、继电器、接触器等及系统设备件，如制动控制单元、PIDS主机、交换机、网络模块等。器件布置首先要保证电气性能，进而兼顾操作、安装及监视和维护。如图4所示。柜内控制器件一般按功能集中布置，其中需要经常操作、监视的器件，如指示灯、显示元件及断路器、按钮、转换开关等控制元件在安装布置时主要从操作方便、易于观察、排列整齐等方面考虑。根据人机工程学理论，其布置高度—般为距车辆地板面1.4～1.85m，这样人在操作、观测时较为舒适[7]。同时，兼顾电器屏柜的安装：重心应偏于下部，小而轻的元件布置于柜内中上部，大而重的设备布置于柜内下部，操作和维护频率低的器件布置于柜内顶部。

　　3.3电器屏柜的走线及出线

　　电器屏柜常用的走线方式：捆扎走线和线槽走线。捆扎走线是将导线成束捆扎于柜内的走线架上的方式，特点是可以充分利用柜内的空间，但对工艺及施工要求较高。线槽走线是将导线布于柜内设置的线槽内的方式，优点是施工容易且维护方便，但对柜内空间占用较大。随着轨道交通车辆功能不断完善，电器屏柜内的器件也在不断增加，为了节省空间，本文的电器屏柜采用捆扎走线为主，电器屏柜与车辆其他系统的设备电气连接是通过接线端子来实现的，进出线端子一般安装在柜内顶部和底部，如图5所示。图5中所有的车辆进入线束均走在同一侧，另一侧为柜内布线，避免屏柜内部线束与车辆进入线束混合，为施工及后面工序带来不便。

　　3.4接地设计

　　每个电器屏柜骨架必须与车体接地，柜内的各系统设备、控制器件安装板(非焊接)与骨架之间也应具有可靠的接地连接，且每个接地点都应有接地标志[9]。

　　4总结

　　该电器屏柜是在总结以往城轨车辆电器屏柜设计的基础上进行的优化设计的，主要具有以下特点。(1)柜体结构紧凑，通用性强，可满足A型和B型城轨车辆的需要。(2)柜内元件布置及走线合理，既适应系统设备件安装，又满足EMC的要求;控制器件及系统设备区间划分清晰，操作器件满足人机工程的要求。(3)接地连续性。车体、骨架及内部的设备件之间均有可靠的接地，保证了整个柜体的接地连续性。

　　作者：张坤 李杏元 脱连弟 高雪 单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司

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