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动车组布线轻量化设计及分析

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《量化历史研究》2015年第1期

摘要:布线设计作为动车组的重要组成部分,轻量化布线设计在改善动车组的运行质量和效益有着重要的意义,但由于此部分复杂且不易直接被测量,往往被忽略。简要介绍轻量化设计的意义,并就动车组布线设计中如何进行轻量化设计和常用的一些轻量化措施进行探讨,同时为后续动车组布线轻量化设计提供参考。

关键词:动车组;布线;轻量化

0引言

随着我国经济的高速发展,人们的生活节奏也在加快。动车组尤其是高速动车组作为一种快捷的交通工具之一,同样也处于高速发展的阶段。其中,轻量化设计及制造是轨道交通发展的一个重要方向。动车组轻量化可以减小列车运行的阻力,进而减少车辆加减速及运行的牵引力,同时减少制动能耗,可以有效地节能;可以减少运行的冲击载荷,提高车辆运行稳定性,确保乘坐舒适度;可以减轻轨道载荷,减小钢轨的磨耗和变形,降低线路建设和车辆的维护保养成本。同时,在减轻噪声和振动环境保护方面也有明显的提升。

1布线轻量化设计

动车组布线的重量主要包括以下几个方面:①电缆重量(主辅控以及信号通讯电路电缆)。②布线结构件(线槽、支架、线卡、螺栓等)。③布线附件(接线头、连接器、软管接头及软管等)。④其他辅料(扎带、线号、套管、胶带等辅料)等。

1.1电缆轻量化设计

对于布线专业,电缆的选择和设计是布线专业核心的部件,其中电缆的重量在整个布线重量占据很大比重,因此可以着重从电缆方面进行轻量化设计。

1.1.1选用轻量化电缆

尽管目前电缆的生产制造采用相同的标准,但不同的厂家在电缆设计的细节和材料的配比不完全相同,导致电缆的重量有很大的差别。

1.1.2合理选择不同电压等级

电缆动车组车辆上存在不同的电压等级的电路,如原边供电的AC25kV、DC3kV,辅助电路380V、220V,控制电路110V、24V等不同的电压等级。对于电缆,也存在不同电压等级的电缆,其重量也有很大的差别。

1.1.3合理选择护套电缆

由于电缆的使用环境不同,同一电压等级同截面的电缆,分无护套电缆和带护套电缆。在设计过程,无护套电缆一般用于客室有防护区域,带护套电缆用于车外无防护区域。带护套电缆由于增加了护套层,电缆的重量有很大增加。由于目前动车组各项性能的提高,对于一些车外环境,如设备舱都是全密封防护结构,布置于此的电缆可以考虑采用无护套电缆。另外对于部分供电电路,在满足使用需求的情况下,可以用多根单芯电缆替代成束多芯线,如某辅助电缆需要3×25mm2的电缆,如使用单根多芯电缆,其重量为1150kg/km,使用3根截面积25mm2的电缆,其重量只有735(245×3)kg/km,可以有效地减重。

1.2布线路径优化设计

影响电缆总重量除了电缆本身的重量外,另一个关键因素就是电缆的长度。因此,如何减少布线电缆的长度,也是布线轻量化需要重点考虑的一个方向。

1.2.1原理设计

优化动车组上有很多电气部件,如继电器、自动开关,各类模块和主机,受总体布置影响,可能会布置到不同的电气屏柜内。但很多电气部件之间有关联连接,往往会造成控制线在不同的屏柜之间来回地连接,造成不必要的线缆增加。在进行电气原理设计过程中,尽量保证有强关联的部件布置在同一个屏柜内,可以大大节省电缆的长度,进而减轻布线的重量。另外,电源分配可以在每个屏柜设置分线区,确保本屏柜的电源统一分配,尽量避免本屏柜内电气设备分别单独从其他屏柜引电源线,会大大增加电缆的数量。

1.2.2布线路径

优化客室布线受内装及通风系统影响,在客室左右侧的电缆基本上无法直接布线过去,一般都是在客室端部设置布线线槽,将电缆布置过去。但对于某些项目,只有一个屏柜,布置在客室的一侧,对于客室另外一侧的电气设备接线时,就需要从一端或者二端绕过去接线。如图2布线路径1,可以看到整个布线路径有很大的浪费。通过与内装和通风系统的沟通,在屏柜顶部区域设置布线线槽,直接从屏柜区域顶部布线,优化为布线路径2,可以大大减少布线的长度,从而更好的减轻布线重量。

1.3.1材料选择

不同的材料,其密度不同,按照单位重量,其中碳钢和不锈钢的重量相当,铝板和铝合金型材件重量相当,但不锈钢和碳钢的重量约是铝材的3倍。因此,在强度允许的情况下,优先选用铝材。若铝材强度不够,可以适量增加铝材的厚度,以增加其强度。对于一些户外恶劣环境,可以用铝材加防锈蚀镀层处理。同时选定材料完成结构设计后,在满足使用要求的情况下,可以适量开一些工艺减重孔,以减少零部件的重量。

1.3.2优化布线结构件

在布线设计过程中,出于布线工艺的考虑,往往会单独设置布线线槽。但实际线槽安装的位置有内装和通风风道的各种梁和安装结构,不仅结构复杂,还容易造成空间的干涉。可以综合考虑,设计一种安装到车体上的结构件,电缆可以敷设在结构件上,同时部分内装(如顶部侧墙板)及风道安装到该结构件上。不仅可以减轻布线的重量,也可以大大减轻整车的重量。另外,对于铝合金车体的中空型腔,在条件允许的情况下,可以考虑在型腔内布置橡胶布线线槽,相比铝制线槽或者型材线槽,其重量也有大幅度下降。

2结语

本文介绍了动车组布线轻量化设计的一些措施和方法,并在马其顿动车组项目进行了部分运用。该车辆已于2016年2月8日上线运营,截止到2017年10月份,累计运营里程约35万km,效果良好。同时,对于后续动车组布线轻量化设计也有一定的参考意义。

参考文献:

[1]EN50343铁路应用,动车组车辆布线规则[S].

[2]EN50264铁路应用,铁路机车车辆具有特殊耐火性能的电源电缆和控制电缆[S].

[3]EN50306铁路应用,铁路机车车辆具有特殊耐火性能的电缆-薄壁[S].

作者:李丰收1;薛晓霞2 单位:1.中车株洲电力机车有限公司,2.株洲联诚集团控股股份有限公司

量化历史研究杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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