轨道车辆布线设计方法的研究分析

轨道车辆布线设计方法的研究分析

徐兰菊, ,李保霞

中车南京浦镇车辆有限公司  江苏南京  210000

摘要：现代化轨道车辆电气系统是集网络、控制、配电、高压一体的综合复杂的系统，线路是各个电气系统网络神经，传输命令和动能，为了电气系统高效安全地运行，布线设计就尤为重要。基于此，本文将分析轨道车辆历来采用的主要布线设计方法，总结每种方法的特点。总结得出，基于CATIA的布线三维设计优于二维设计，可以有效提高布线设计的精准度，提高生产制造效率，减少浪费降低成本。

文章分类号：TM645.2

关键词： 轨道车辆；电气布线设计方法；模块化线束；三维设计

轨道车辆布线设计方法有很多种，其中比较常用的有散放线、模块化、三维集成模块化三种设计方法，本文主要从绘图工具、布线流程、布线效果三个方面分析三种布线设计的特点。

1、散放线方式

早期轨道车辆由于电气部件较少，线路简单，设计图纸多集中在几张图幅上，对于电气装置、电气线路设计界面不清晰，特别是布线工艺设计比较简单，线路图中只有线号、线径。线路等简单的线束信息做出要求，包括布线长度、线缆切割、剥线要求、接线端子压接信息、电气连接针脚或端子位置、绝缘耐压试验等均是现车进行布线，即电气布线的线槽线管先装上车、然后工人在现车进行布线配线、电气设备安装等，施工场地主要在车辆上现场实施完成。布线主要工艺流程如下所示：

经过验证，这种现车布线设计方法的缺点很明显，线束制作环境比较乱，与其他工序同时进行，容易造成线束被踩压破损，从而造成浪费，也存在安全隐患。

1.1绘图工具的选用

早期的布线设计是设计师在二维层面进行，常以AutoCAD作为设计工具，利用CAD绘制布线图纸，这种图纸中只有线束的平面和断面视图，没有线束和电气设备、布线环境的相对位置信息，并且内容不直观，操作人员在读图的时候比较困难，降低了布线的设计精度。

早期的布线设计也会带来另外一些问题，例如无法展现线束空间的布置，从而导致在实际生产过程中出现线束干涉的情况，降低了设计效率，增加了出错率和返工几率，加大生产成本和劳动力成本。

1.2  散放线布线方法的特点

（1）对于小批量生产任务，要求周期较短的项目可以，散放线布线方法可以大大缩短设计布线周期。

（2）线束制作和安装均是同一批操作工进行，减少布线工艺的各环节的配合时间差。

总之散放线布线设计方法实施起来比较灵活多变。但是由于缺少各环节的细化，布线过程容易造成返工等。

2、模块化布线方法

2.1模块化布线方法的技术特征

模块化布线设计是集线槽、线束、防护、电气连接为一体的电气布线模块，该电气布线模块按照车辆电气设备接线要求，将线槽结构、线束出线长度、防护要求、端部制作方式等关键技术要求设计为一体化布线集成产品（见图1）。主要有以下主要特征：

（1）采用线槽结构、线束出线长度、防护要求、端部制作方式的集成化设计理念，线槽结构和线束制作工艺可以采用地面准备模式，线槽和线束分为两个模块，独立制作，再整体组成，实现了线槽组成、电气布线的模块化、集成化要求。

（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，要求各项检测参数符合TB/T1759－2016《铁路客车配线布线规则》、TB/T3153—2007《铁路应用 机车车辆布线规则》等标准规范。然后采用工装将模块化线槽整体安装之车体上。

（4）电气模块电气接口清晰、电气性能安全可靠、安装方便快捷，便于制造和质量控制。

图1  模块化布线现车效果图

布线主要工艺流程［1］：

2.1主要绘图工具

主要采用CAD作为模块化线束设计工具，辅以3D设计工具，绘制的线路图纸主要包括线束路径图、线路图、线束表。其中路径图采用CAD，多角度呈现线束的路径，线束线缆的详细信息主要在线束表中进行表达，如线号、线径、线束来源端和目的端、电缆端部压接信息等（见图2）。指导工艺进行线束的制作。

图2  模块化线束制作表

2.2模块化布线的特点

有利于提高设计效率、设计质量、布线质量；

（1）适应轨道车辆布线设计系统化和模块化的设计发展趋势；

（2）避免现车布线配线工序，有利于车辆电气布线质量提高，适应精益制造生产要求；

（3）采用线槽结构及线束制作地面准备工艺，使总装现场整洁化、工艺有序化；

（4）提高车辆电气系统的模块化、集成化、系列化设计水平；

（5）有利于整车总装质量和总装进度控制。

3、基于CATIA 下的三维模块化布线设计

基于CATIA 的电气系统三维模块化布线设计应用于轨道车辆的电气布线设计中，可以提高布线智能化与信息化的程度，最重要的是，相对于早期的使用2D AutoCAD的平面设计中只能靠想象和经验去估算布线空间和路径，这种基于CATIA 三维模块化布线设计方法，可以在装配好的三维布线机械模型中进行布线设计（见图3），设计完成后可以检查布线路径是否有干涉，如有干涉再重新规划路径，直到布线的路径达到合理，这种布线方法大大提高生产制造的效率，有效提高电气布线设计水平。

图3   基于CATIA的三维模块化布线

3.1使用的绘图工具

三维设计软件有很多，如：PRO/R Solid Works等软件，CATIA三维绘图软件功能强大，有很完善的电气系统设计功能，该功能广泛应用于很多行业的电气系统设计和三维装配。现在经常使用的CATIA电气模型一般包括以下几个：

（1）电气零部件库（装配体和零部件）

（2）线束敷设

（3）线路的定义

（4）线束平面展开

通过CATIA的以上四个电气模块对轨道车辆布线展开设计。

一般设计流程如下［2］：

3.2基于CATIA下布线设计的特点：

（1）通过三维仿真布线可以提前发现布线中的不合理，能将问题在设计阶段进行暴露和解决，避免生产中返工和材料浪费。

（2）通过仿真的布线三维可以精确地计算线束长度，减轻下料时间和劳动强度，提高生产效率、节约材料。

（3）设计阶段准备时间长，对于项目进度比较快的项目，会在时间上不能很好满足生产计划。

4、总结

通过对以上三种线束设计方法的分析比较可以得出以下结论：基于CATIA的三维模块化布线设计方法优于另外两种，如今的轨道车辆设计精度要求不断提高和设计周期的不断缩短，要求我们在设计环节必须高度准确，设计参数必须准确齐全，这样在工艺施工阶段才会减少线束路径不对，线束长度不对等会造成返工、停工等严重耽误生产计划的情况发生。基于CATIA下的三维模块化布线设计方法很好地解决以上这些问题，这种方法在设计阶段时线束布线环境就采用车体、内装设备等三维模型，布线路径、布线空间清晰明了，可以选择最优布线路径，而且可以精确计算出线束长度，给工艺下线提供准确数据，不仅减少材料浪费，还能大大提高生产效率。

5．参考文献

［1］汤恒舟，铁路客车电气模块化设计技术应用研究［J］，铁道车辆，2008(46):13-16.

［2］文强 ，董力群，赵婷婷，基于CATIA的动车组电气系统三维布线工艺应用研究［J］,动车组技术，2014（3）：54-56.

作者简介：徐兰菊，性别女，出生日期：1980.3.6，安徽砀山人，中车南京铺镇车辆有限公司技术中心，高级工程师，主要从事轨道车辆电气设备和车辆布线设计