铁路客车电气模块化设计技术应用研究.pdf

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1、文章编号:100227602(2008)1120013205铁路客车电气模块化设计技术应用研究汤 恒 舟(南车南京浦镇车辆有限公司 客车设计部,江苏 南京210031)摘 要:阐述了铁路客车电气模块化设计的意义和设计原则,介绍了设计内容和应用情况。关键词:铁路客车;电气;模块化;设计;应用中图分类号:U270.38+1 文献标识码:B 随着我国铁路旅客列车朝着高速化、智能化和舒适化方向发展,车辆电气系统运行的安全性和可靠性显得越来越重要。车辆电气布线质量是确保车辆电气系统安全运行的关键环节,运用模块化、集成化设计技术是提高车辆电气布线质量的有效手段。1国内外现状1.1 国内现状我国新造铁路客车

2、电气装置的布线包括布线规格、布线长度、线缆切割、剥线、接线端子压接、电气连接、绝缘耐压试验等。长期以来,车辆电气布线均是现车进行布放,即电气布线的线槽线管、布线配线、电气设备安装均采用人工散装方式,施工工作主要在车辆上现场实施完成。布线主要工艺流程:现车安装线槽线管 现车人工散装布线 现车设备安装和电气连收稿日期:2008206220作者简介:汤恒舟(19682),男,高级工程师。接。这种布线方法存在的问题有:(1)布线不规范,质量难以保证;(2)布线工艺性差,施工困难;(3)不利于产品工业化设计、生产和升级;(4)检修、维护不方便;(5)部件互换性、系统可靠性差;(6)人为不确定因素多,质量

3、控制、管理难等。特别是电气技术含量高的动车组和高速列车,其车辆电气装置复杂,车辆配线种类、规格多,若采用这种传统的布线方法,问题将更加突出。1.2 国外现状世界铁路机车车辆主要供应商如欧洲的ALS2TOM、BOMBARDIER、SIEMENS和日本铁路,从部件设计到整车系统采用了集成设计,大力推广运用模块化和集成化设计技术,从车体结构、内装结构、车下吊挂设备、布管和布线等均采用模块化设计手段,大大提高了部件和系统乃至整车的制造质量及运用的可靠性、安全性,提高了部件和系统的通用性、互换性。车辆宽度/mm2 774车辆最大高度/mm2 633车钩中心线高/mm902固定轴距/mm1 762车轮直径

4、/mm876限界符合S.R.C No.10710A米轨铁路机车车辆限界4 试验情况2006年10月,眉山公司对生产的C45SDN型敞车样车进行了车体静强度和垂向弯曲刚度试验,试验内容包括纵向载荷试验、垂向载荷试验、顶车试验等。试验结果表明,该车车体所有应力测点在各种工况单独作用下以及按照最大可能组合合成后的应力作用下,都小于相应材料的许用应力,车体的挠跨比也小于TB/T 13351996铁道车辆强度设计及试验鉴定规范 的推荐值。车体的刚度和强度亦满足TB/T13351996的要求。5 结论(1)C45SDN型敞车的研制,充分考虑了客户的使用习惯和车辆运营环境,结构新颖,性能良好。(2)该车采用

5、国内铁路货车成熟可靠结构的先进技术,提高了制动、钩缓等关键部件的使用寿命。(3)该车主要性能参数及结构尺寸满足图样及技术条件的规定,强度性能符合有关规定的要求。参考文献:1 严隽耄,成建民.车辆工程M.北京:中国铁道出版社,1992.2 南车眉山车辆有限公司.C45SDN型敞车静强度试验报告 R.2006.(编辑:郭 晖)31设计制造铁道车辆 第46卷第11期2008年11月 2 车辆电气采用模块化设计的意义(1)有利于提高设计效率和设计质量;(2)适应系统设计和专业分工设计发展趋势;(3)有利于大系统或部件之间相互接口设计;(4)大大减少现车布线配线施工工作,有利于电气布线质量控制;(5)采

6、用地面电气布线准备工艺,使总装现场整洁化、工艺有序化;(6)提高了车辆整车电气系统的RAMS和EMC性能;(7)提高车辆电气系统的模块化、标准化、系列化、集成化设计水平;(8)有利于整车总装质量和总装进度控制。3 电气模块化设计原则(1)标准化、专业化、系列化、集成化设计原则;(2)满足RAMS设计原则;(3)符合EMC电磁兼容性设计原则;(4)具有宽松的机械和电气接口,便于快速生产和装配;(5)具有灵活性,可选择性组合、替换和升级、维护、更换;(6)具有相对独立性、完整性;(7)具有相对通用性和互换性;(8)满足地面电气准备施工要求。4 车辆电气模块化设计内容和方法4.1 车辆电气模块化设计

7、内容对于一个小型电气设备(如个人电脑、打印机)或一个计算机总线系统,模块化设计和组装已达到积木化程度,但对于结构和布线较复杂的车辆系统来说,必须采用系统设计和分层设计的理念和方法。电气模块化设计既要体现通用性、互换性,同时还要兼顾到特殊性。电气模块化设计具体拓扑结构见图1。例如,按子系统功能进行划分的模块可分为供电电源子系统、电气照明子系统、轴报防滑子系统、列车播音子系统、空调通风子系统、电气采暖子系统、网络通信子系统、其余附属电气子系统等。4.2 综合布线模块的设计铁路客车电气布线模块化设计就是设计一种集线槽、线束、防护、电气连接为一体的电气布线模块。其主要技术特征有:(1)采用了线槽、线束

8、、防护、电气连接的系统设计和细分设计理念,并采用电气布线地面准备制作工艺,实现了线槽组成、电气布线的模块化、集成化和RAMS功能要求;图1 电气模块化设计具体拓扑结构图(2)电气模块采用线缆切割、线束制作和固定、出线防护、连接器连接、线槽线束一体化制造和工装整体安装方式,负荷端采用电气连接器连接技术,集成化程度高,减少了人工手动现场布线引起的质量问题;(3)电气模块在地面完成线束总成后,再进行绝缘、耐压和线线检测测试,各项检测参数应符合TB/T17592003铁路客车配线布线规则、TB/T 15071993机车电气设备布线规则 等标准、规范的要求;(4)电气模块电气接口清晰,电气性能安全可靠,

9、安装方便快捷,便于制造和质量控制。4.2.1 电气模块分级设计和节点划分电气线路布线工程化设计的理想目标是以最少的电气分断节点保证最可靠的电气连接,而电气模块化设计的难点在于怎样合理划分模块及模块间的接口设计。为了实施电气模块化和集成化设计技术,必须对电源和控制信号的传输进行合理的节点设置。节点设置的总体原则是:电源线节点主要是控制节点温升变化和电压损失是否符合标准规定;控制信号线节点主要是控制信号传输的衰减和抗干扰能力,对于高频或列车网络信号应尽可能在车厢内连续传输或采取信号放大措施。布线模块的设计思路是:采用结构和布线一体化设计,按一级布线模块 节点模块 二级布线模块 三级布线模块的设计方

10、案逐步实施。4.2.2 线槽结构设计线槽结构设计(图2)应从线槽体断面选择、线槽体材料选择、线槽体安装结构选择和电气隔离几方面考虑。图2 线槽体结构设计示意图41铁道车辆 第46卷第11期2008年11月 4.2.3 线束设计线束设计是电气模块化设计中最重要的环节,它反映了电气布线的全部信息,如电线电缆的线型、规格、线号标识、布线长度、安装位置、防护、电气连接等。图3为线束设计示意图。图3 电气模块线束设计示意图 在端子压接设计上,要求采用专业机器下线、剥线和端子压接,并在工序中通过专门的检测仪器对压接质量以及点对点导通情况进行检查。用机器代替人工,压接端子的技术性能和技术参数全部由专用设备来

11、保证,减少了人为的因素,提高了电线电缆接线端子的压接质量和整体布线质量。4.2.4 连接与防护(密封技术)线槽线束出线采用尼龙软管等防护措施,线束之间采用高可靠性连接器进行连接。客车布线应考虑密封措施。电气模块化线束防护和密封措施见图4、图5。4.2.5 局部线束集成设计(图6)图4 车下线束模块防护实例图4.3 模块化设计电气控制柜综合电气控制柜(图7)采用功能单元模块模式设51 铁路客车电气模块化设计技术应用研究 汤恒舟计,将电源转换、显示、漏电模块、空调模块、逆变电源模块、充电模块等单元模块集成在综合电气控制柜内,控制柜采用框架结构,柜门与围板一体化设计,各电气单元模块通过模数孔灵活安装

12、。控制柜与车上一级布线模块之间采用连接器进行连接。4.4 线线检测仪器(图8)4.5 工艺组装、连接和试验(1)优化电气模块化制造工艺流程,完善制造工艺文件,增加专用工装设备;(2)标识打印、切割、模板制作、压接、成束、线束组装、部件和电气试验在电气整备车间地面实施;(3)电气模块总成、装车和绝缘耐压试验在总装车间实施;(4)电气模块采用专用工装(图9)安装。4.6 技术难点和关键控制项点(1)整车总体设计和电气模块设计的接口设计;(2)电气模块节点的界面确定和合理划分;(3)电气模块的机械接口和电气接口设计;(4)电气模块机械和电气连接的可靠性工艺措施;(5)电气模块的运输和安装工艺及工装设

13、备;(6)电气模块电气性能提高与成本增加的矛盾。5 应用情况和前景展望2006年,在200 km/h轨道检测车电气系统设计中,采用了全新模块化、集成化设计理念,如车下电气布线模块、车上电气布线模块、集成式模块化综合控制柜、组合式模块化UPS并机电源等部件均是采用模块化创新技术进行设计和制造的,取得了较好的效果。2007年,在DC 600 V供电的25T型软卧车上对电气模块化设计技术进行了完善,对一体化车下枕内电气模块、车下两端枕外电气模块、车上客室电气模块、车上两端电气模块、控制柜电气模块接口、电热器线束模块、顶灯线束模块等在节点划分、接口设计、线束连接技术、压接工艺和工具工装设备以及整体模块

14、化线槽运输和安装上进行了改进设计,使电气模块具61铁道车辆 第46卷第11期2008年11月 文章编号:100227602(2008)1120017203浅谈铁路客车集成化设计技术王 卫(南车南京浦镇车辆有限公司 客车设计部,江苏 南京210031)摘 要:介绍了集成化设计技术的概念、优点以及在铁路客车上的初步应用。关键词:客车;模块化;集成化;设计中图分类号:U271 文献标识码:B 随着我国铁路的快速发展,客车的需求量每年都在不断地增加。对高速列车技术引进、消化、吸收、再创新的同时,我国自产的160 km/h和120 km/h客车的设计技术和制造技术也需要往一个更高层次的方向发展。铁路客车

15、集成化设计技术将是以后研究的一项全新课题。1 集成化设计技术的概念集成化设计技术是铁路客车制造业在迈向工业化大生产道路的背景下,为了适应客车内装集成化形式而形成的一个新的发展方向。集成化概念需要从微观和宏观两方面去理解。从微观上来说,客车集成化的前提就是各专业的模块化,各专业的模块化设计技术直接影响最终集成化产品的性能。各专业模块化设计时,不仅要考虑本专业的技术原理和性能要求,还要考虑与其有联系的其他专业接口以及集成后产品的性能要求,比如电气方面的EMI、EMC问题;各专业的模块化设计还要考虑以后更新换代问题;另外,自身技术改进但与其有联系的其他专业不需改进时,其接口也不能改变。收稿日期:20

16、08201225;修订日期:2008206202作者简介:王 卫(19762),男,工程师。从宏观上来说,集成化设计技术就是将各专业模块化产品集成到一起,最终形成一个完整的客车产品。集成化产品可以根据各专业模块不同的组合形式而形成不同的功能产品。2 集成化设计技术的必要性用户的需求是产品开发的基础。伴随着客车产品品种的固定化和客车内装的统一化(铁道部统图),客车的可靠性、可操作性、可维护性和安全性越来越受到用户的关注。铁路客车必须要向集成化方向发展,采用“菜单式”设计、工业化生产、集成化采购、现场集成装配施工的模式。只有产品的集成化程度较高,产品的质量才能从根本上得以提高。3 集成化设计技术的

17、优点目前,集成化设计技术在各行各业得以迅速发展和运用,特别是计算机、汽车、飞机等制造业,如计算机的主板设计,内存条插槽、CPU插槽接口均统一。对于国内的铁路客车制造业来说,集成化设计技术可以说是刚刚起步,以后还有很长的路要走。铁路客车采用集成化设计技术具有以下优点:(1)解放设计劳动力。由于铁路客车品种的固定化,设计人员在进行客车产品设计时,花费了大量的时有更宽松的机械安装接口和高可靠性的电气连接性能,施工工艺也更简单、合理。电气模块化布线技术在2008年DC 600 V供电的25G型屯兵车上得到批量推广应用。铁路客车电气模块化布线技术研究涉及面广,是涉及车辆总体、设计、工艺、工装、制造、试验

18、的系统工程,需要解决好相关联的各种机械和电气接口关系;同时,设计要精确,组装工艺要精细,工装设备要专业化。车辆电气模块化布线设计技术能最大程度地实现车辆电气布线地面准备、组装和集成;电气模块整体吊装安装方式和线束集成连接的工艺模式可实现车辆电气模块化组装,从而提高整个车辆电气系统的RAMS性能和EMC性能,确保铁路客车的安全可靠运行。通过不断完善电气模块化、集成化布线设计技术和改进工艺工装保证措施,必将提高我国车辆电气模块化整体布线技术,有效推动我国车辆整体模块化设计技术的发展。(编辑:颜 纯)71设计制造铁道车辆 第46卷第11期2008年11月 ABSTRACTAnalysis of Fa

19、ctors Affecting Fatigue Life ofCoiled Steel Springs for BogiesDONG Xiao2hong(female,born in 1972,engineer,Technical Cen2ter of CSR Sifang Locomotive&Rolling Stock Co.,Ltd.,Qingdao 266011,China)Abstract:The factors affecting fatigue life ofcoiled steel springs for bogies are expounded fromsuch aspect

20、s as purity of raw material,surface quali2ty,spring corrosion and structure of end coil.Key words:coiled steel spring;fatigue life;af2fect;analysisThe Non2linear Buckling Analysis on the StainlessSteel Carbody of the Special Gondola Car for OreWAN G Ying2lin,et al.(female,born in 1984,graduate stude

21、nt formaster degree,Key Laboratory of Rail Traffic Safetyof Ministry Education of Central South University,Changsha 410075,China)Abstract:According to AAR Standard in Ameri2ca,with the finite element software ANSYS,thenon2linear buckling analysis is made for the stainlesssteel carbody of the special

22、 gondola car for ore withan axle2load of 40 t.The geometric non2linearity ismainly considered in this paper.The incrementalmethod is used to make the analysis and calculationof two kinds of carbody models in which the floor iswith and without arch tendon.It is proved throughcomparison of the calcula

23、tion results that the archtendon in the floor not only can improve the strengthof carbody,but also can also improve the stiffness ofthe floor,so that the buckling is avoided within thespecified load,and the stability of carbody is im2proved.Key words:non2linear buckling analysis;geo2metrical non2lin

24、earity;stainless steel;gondola carDevelopment of the Trailer Car in DMUs onthe Line between Beijing and BadalingWEN Ai2guo(male,born in 1974,engineer,Passenger CarDesign Department of CSR Nanjing Puzhen RollingStock Co.,Ltd.,Nanjing 210031,China)Abstract:Described are the main technical prin2ciples,

25、main technical paramters,stucture as well asthe assimililation,absorption and reinnovation of theinner decoration technology for imported multiple u2nits.Key words:DMU;technical parameter;struc2tureDevelopment of C452SDNGondola Car Exported to AfricaZHONG Xiao2feng,et al.(male,born in 1982,assistant

26、 engineer,Tech2nical Center of CSR Meishan Rolling Stock Co.,Ltd.,Meishan 620032,China)Abstract:Described in this paper are the mainfeatures,technical parameters,main structure andtesting of C452SDN Gondola cars.Key words:Gondola car;structure;technicalparameter;performance testResearch on Applicati

27、on of the Electrical ModularDesign Technology on Railw ay Passenger CarsTANG Heng2zhou(male,born in 1968,senior engineer,PassengerCar Design Department of CSR Nanjing Puzhen Roll2ing Stock Co.,Ltd.,Nanjing 210031,China)Abstract:The meaning and design principles ofthe electrical modular design of rai

28、lway passengercars are expounded.The contents and application ofthe design are described.Key words:railway passenger car;electrical;modularization;designDiscussion of the Integrated DesignTechnology for Railway Passenger CarsWANG Wei(male,born in 1976,engineer,Passenger CarDesign Department of CSR N

29、anjing Puzhen RollingStock Co.,Ltd.,Nanjing 210031,China)Abstract:Described are the concept and advanta2ges of the integrated design technology as well as itsinitial application on railway passenger cars.Key words:passenger car;modularization;inte2gration;designComparision of the DurabilityTesting S

30、tandards for Draft GearsMAO Cong2qiang(male,born in 1976,engineer,Draft Gears De2partment of Qingdao Sifang Rolling Stock ResearchInstitute Co.,Ltd.,Qingdao 266031,China)Abstract:In this paper,beginning from the as2pect of energy,the requirements on the durabilitytest for draft gears by railway indu

31、strial standards inour country,AAR standard,UIC code and Russianstandard are compared.It is concluded that the totalenergy input in the durability test for draft gears re2quired by UIC code is the most.It is suggested thatthe UIC code be properly referred to in setting upstandards for draft gears in

32、 our country,so as to im2prove the reliability of draft gears.Key words:draft gears;durability test;standardDiscussion of Hotbox and Infrared AxleTemperature Detection Angle on Rolling StockAN Xiao2bo,et al.(male,born in 1958,senior engineer,Science&TechnologyInstitute ofHarbinRailway Bureau,Harbin

33、150006,China)Abstract:The outside shape and dimensions ofmember parts related with infrared axle temperaturedetection on the bogies for passenger and freight carsare described.The infrared axle temperature detec2tion angle suited to speed increase of railway trainsand heavy haul of freight car in our country and thepractical operation result are discussed.