動車組布線模塊化設計
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摘 要：本文在對動車組布線工程設計總體內容全面分解剖析的基礎上，從動車組布線機械結構設計模塊化，線束設計模塊化，模塊化布線設計對布線工藝的作用等方面介紹了布線模塊化設計的思路；并從工作實踐出發，針對各布線模塊的特點論述了動車組布線工程設計中需要考慮的關鍵要素，為軌道交通車輛及類似行業布線工程化設計提供有用借鑒。
關鍵詞：動車組 布線設計 模塊化 線束
中圖分類號：U266 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（b）-0098-02
隨著動車組上各項功能不斷完善，乘客需求越來越高，對動車組車輛上線纜布線設計提出了更高的要求。動車組上每節車線纜數量達2000～3000根，以一列8節編組動車組計算，整車線纜數量達到20000多根；而且這20000多根電纜中包含了各類不同電壓等級的動力電纜，控制用電纜以及網絡信號電纜，光纖等，遍布整車各個位置。對如此數量繁多的電纜，如何保證車上線束敷設的安全可靠，確保車輛功能不受影響，需要有一條清晰明了的思路對整車布線設計進行全局把控。動車組車輛線路看似雜亂無章，但是通過統籌考慮，也可以實現整車布線的模塊化設計。本動車組布線模塊化設計思路主要通過布線機械結構模塊化設計及線束模塊化實現。
1 布線機械結構模塊化設計
對整車復雜的線路連接，首要的應從車輛機械結構上對各個部分線路敷設進行模塊化劃分。劃分方法如下：
首先，由于整列車的每節車輛從結構上相對獨立，因此，可將每節車輛定義為一個獨立的模塊。便于從機械結構對每節車布線結構進行單獨設計。
其次，根據每節車內部布線結構，將每節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。
下面將對各布線模塊的特點及設計思路進行介紹。
?。?）底架布線模塊。
車輛底架主要安裝變壓器，變流器，蓄電池箱，制動控制模塊，轉向架，衛生間水箱，污物箱等設備。從電路結構上看，包括了主電路，輔助電路和控制信號電路，對該模塊的設計思路是，設一個貫通整個車輛長度的主輔線槽和一個控制信號線槽，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備上，則可在設備旁的線槽位置進行開孔出線。對穿出線纜的布線，可以設置分支小線槽，以及扎線板進行布線。因此，底架布線模塊結構簡單來說就是兩根主干線槽+支路出線，模塊結構清晰明了。
底架的主要特點是環境相對惡劣，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，整個底架布線模塊需要采取特殊的防護措施。如對接線用連接器、接線盒設計的防水防塵等級應做到IP66以上。另外需要注意底架線纜、接線設備不應安裝得離軌面過近，應用線槽、線管等進行機械防護。線槽線管應有防腐蝕措施，安裝緊固件應用抗腐蝕能力較強的不銹鋼材質等。
?。?）客室布線模塊。
車輛客室主要安裝了控制屏柜，車內乘客信息系統設備，車門控制器，座椅插座，照明設等，電路結構主要有輔助電路，控制信號電路。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。根據車內空間大小，我們可在客室兩側頂部或者地板下部設置兩根主線槽，屏柜進線處以及與車底線纜貫通處設置下線線槽，以這幾處線槽作為干線，車內其它各個部位的接線，可以設置分支路徑。因此，客室布線模塊的結構是，車輛兩側兩根主線槽（側頂或地板下）+屏柜線槽+貫通車頂車底豎線槽+支路出線。
車輛客室內的主要特點是環境較外部要好許多，因此，客室內布線對防水防塵等設計等級要求較低；但是由于該部位離乘客界面很近，要重點考慮觸電保護，確保乘客安全性。從乘客安全及美觀性考慮，線纜應盡量不外露，如有不可避免地有外露部分，應用專用的線纜防護裝置進行防護。
?。?）車端布線模塊。
車端布線模塊主要指兩節車輛間的電纜連線，跨接方式可有端墻兩側跨接，底架跨接，頂部跨接，通過綜合考慮車體的斷面結構的及車輛過彎道運動特點，兩車端距離，車輛貫通道的寬度等參數選擇合適的跨接方式。
由于兩節車之間會發生長期相對運動，因此，需要考慮電纜的柔性以及車輛的相對運動過程中線纜固定點間的位置，必須使各個狀態下線纜及保護軟管的彎曲半徑能滿足本身的彎曲半徑要求而不至使發生疲勞損壞，且不與車輛其他部位發生摩擦。
?。?）25kV高壓電纜布線模塊。
25kV高壓電纜布線模塊主要是指電網輸入側的布線。由于該電路電壓等級較其他電路高很多，如果與其他線纜一起布線會對其他線路產生很強的電磁干擾，因此，需要對該線路電纜布線進行單獨設計。包括高壓設備間的連線、車頂受電弓間的連接、兩節車之間的高壓跳線。
高壓設備一般安裝于車頂，且導電部位裸露在外，車頂高壓設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，高壓絕緣配合設計合理。
動車組兩受電弓間一般跨過幾輛車，且需要連通，因此，一般會有一根高壓電纜貫通幾輛車車頂。由于客室空調機組一般安裝于車頂，且基本占滿車頂寬度方向空間，為了不影響空調機組運行且便于檢修，高壓電纜一般在空調機組兩側繞行，為了不影響車輛整體美觀性及車輛的流線性造型，高壓電纜在此處應進行隱藏設計，如用空調導流罩板遮蓋或將線纜穿入車體內部。另外車頂高壓貫通電纜需要考慮防紫外線設計。
車輛與車輛間的高壓跳接電纜連接可考慮外絕緣與內絕緣兩種型式，與車端跳線類似，需要充分考慮兩車輛間的相對運動，保證各個工況下電纜連接的可靠性。
?。?）車頂布線模塊。
車頂布線模塊主要是指車頂低壓設備的布線。對于一般非低地板車輛，車頂主要是安裝空調機組，只需要考慮空間機組主回路及控制回路線纜的保護固定。對于低地板車輛，很多設備從車下移到了車頂安裝，車頂線束較多，需要像車底布線設計一樣，設計專門的布線通道，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，外露布線用材質應進行防銹設計。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。
?。?）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，各個布線模塊線纜間均不是獨立的，有的線束同時屬于幾個不同的布線模塊，因此，各個模塊間電纜布線需要留有可靠的連通通道。為實現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。
由于動車組運行速度非常高，氣流對車輛內部噪聲的影響非常大，為了提高乘客的舒適度，對于車體上的穿線孔，需要著重考慮進行有效的封堵措施，保證孔洞的防水防塵及氣密性，一般采用密封膠進行封堵。如根據車輛防火要求，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 線束模塊化設計
上述章節從布線機械結構上介紹了布線模塊化設計的方式，若僅參照上述方式進行布線設計，僅是形式上的模塊化。由于車輛內線纜連接錯綜復雜，包括不同電壓等級、不同信號類型電纜遍布車輛內部。如不對線束進行統一管理，各線纜束仍然雜亂無章。因此有必要進行線束模塊化設計。
根據標準EN 50343：《鐵路應用機車車輛布線規則》，不同種類的電纜應單獨敷設，因此，我們在繪制原理圖時就應當按線路電壓等級區分不同類型的電纜。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，網絡信號電路定義為D類。在原理圖上定義完后，我們就可對該幾種類型的電纜進行模塊化布線管理，電纜敷設時設置不同的線槽。一般地，受車輛空間限制，我們將H類電纜單獨敷設，A類，B類敷設在一個線槽內，C，D類線纜敷設在另外一個線槽，不同的線纜在同一線槽內用隔板分開。
為了能夠清晰地從線束設計上區分章節1中不同布線模塊的電纜，我們在接線原理圖上對車輛上的每個設備進行特殊的位置定義。以符號“+”和3位數字定義設備位置，首位數字代表不同車輛，如1代表頭車，2代表第二節車；第二位數字代表車輛上不同的位置，如0代表車頂，1，2，3，4，5，6代表客室內屏柜，頂部，側墻等位置，7，9代表車輛底架位置和轉向架位置，8代表車輛端部；第三位數字代表設備位置的流水號，從一位端到二位端從1到9數字逐漸增大。如+111代表頭車司機室位置，+293代表第二節車二位端轉向架位置。
由于線纜總是連接相同或不同設備的兩個點位，因此，我們可以用兩個地址碼加線纜類型加流水號的方式給每個線束定義線束號。如線束號111179D003代表頭車從司機臺到底架靠近二位端某設備的第3束信號電纜。
有了上述清晰的線束號定義，結合章節1中所述布線機械結構模塊化設計，就可以很容易將線束歸集到某一模塊，實現了線束模塊化設計。
3 模塊化布線設計對布線工藝作用
動車組布線實現了模塊化設計，對布線的可靠性及工藝上的可操作性、可維護性作用是非常大的，具體體現在以下幾點：
?。?）可以實現車下預組裝布線方式，由于布線結構劃分清晰，可以同時將不同模塊的線槽在車下預組裝好，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，在車上只需進行少部分電纜固定綁扎及接線。減少車上作業工作量，減輕了作業員工操作強度。
?。?）可以針對每個布線模塊的特點采取針對性的布線保護措施，保證布線安全可靠。如車下線纜需用軟管及密封膠、橡膠密封圈等進行密封保護，同時防止外力作用損傷電纜；車頂高壓設備連線額外進行電氣間隙核驗；不同電壓等級電纜分開敷設，等等。
?。?）在后續車輛線路檢修維護中，可以現場快速的找到線纜布線路徑及判斷可能的故障點，及時排查故障。
4 結語
動車組布線模塊化設計方法對動車組布線無論是在前期設計還是生產制造以及后期車輛的檢修維護都具有很強的指導意義。通過對整車線纜敷設合理的模塊化劃分，可以將線路設計化繁為簡，進行全局的把控，保證動車組性能的安全可靠。
參考文獻
[1] EN 50343-2014， 鐵路應用機車車輛布線規則[S].
[2] 李豐收，薛曉霞.動車組布線輕量化設計及探討[J].技術與市場，2018（1）：41-42.
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