动车组布线平台化设计的综述与展望

动车组布线平台化设计的综述与展望

曾星 ,杨朋 ,周安德 ,陈爱军 ,李丰收

中车株洲电力机车有限公司   湖南株洲  412001

摘要：动车组的电气系统组成复杂、规模庞大，而电缆分布于车辆的所有系统，是确保车辆安全运行的关键环节。本文对动车组布线的设计原则和内容进行了介绍，简述了动车组布线平台化研发模式的主要特点，为后续动车组车辆布线设计提供参考。

关键词： 动车组； 布线； 平台化； 一致性

0 引言

我国高速铁路网基本形成，动车组成为承担铁路客运任务的主力车型，而动车组车辆的可靠性对提高出行品质起着至关重要的作用，这就使得对布线系统的设计要求也越来越高。因此，如何提高动车组布线设计的可靠性与一致性显得非常必要和紧迫。

本文针对动车组布线的设计原则进行了探讨，提出了动车组布线平台化设计的建议方案，采用动车组布线平台化研发模式，对缩短产品研发周期、降低设计成本及提高设计可靠性与一致性有着十分显著的促进作用。

1布线设计依据

动车组布线设计遵循各级、各类设计规范，主要以各个电气系统、运行环境、系统接口等条件为主要约束，包括：

a) 明确产品设计任务书的需求；b) 明确产品合同技术条款的要求；c) 遵循各级、各类设计规范、标准，明确设备外形、安装位置、螺纹、电压等级、电磁兼容等要求的技术条件；d) 协同整车其他系统需求，明确电缆连接关系的电气系统的原理图，明确整车设备的布置图，明确电气系统与其他系统间机械、电气接口及其他设计接口要求；e) 考虑其他因素影响，明确运输、维修等过程中环境条件，明确工艺操作需求。

可以看出，影响整车布线的因素多而杂，很难通过特定的公式或者数字计算来得到最佳布线方案，而各个项目的布线一致性也会由于负责人的更换而无法保证，因此，需要从标准化产品设计、设计与生产结合等方面总结出动车组布线平台化设计方案，以保证动车组整车布线的一致性和规范性。

2动车组布线平台化设计

2.1平台化方案

动车组布线平台化设计方案是基于整车设备布置模块化、整车电气原理图模块化的整车布线方案。

对于整车布线来说，只有明确了整车设备的空间布局，再结合设备内部、外部实际空间，才可进行满足布线规则、电磁兼容设计的电缆布局。但由于整车设备数量较多，且实际设计过程中需多个设计师配合完成布线设计，故动车组布线平台化方案中根据整车电气线路的特点，从标准要求、位置区域和空间进行布线平台方案规划，将整车布线划分为高压布线、客室布线、底架布线、车端布线四个部分，各部分布线的定义如下：

a) 高压布线：主要是受电弓之间的连接和受电弓到变压器之间的连接；b)客室布线：主要是每个车的客室内部电气设备以及屏柜之间的连线以及司机室部分的分线走线；c)底架布线：主要是变压器到变流器电缆、变流器到电机电缆、交流380V母线、直流110V母线及控制线、各种传感器等电缆；d)车端跳接：主要是主电路、辅助、控制电路在车端部分车与车的连接，以及车与车外重联的布线。

而针对各个部分，动车组布线平台化方案再分区域实施更细致的布线原则，包括：

a) 严格分区布线。底架布线的交流、直流电缆分车体底架左、右两侧布线，客室布线电缆分三区进行布线，且客室与底架电缆的高、低压走向须保持一致，避免绕线；

b) 建立布线平台标准工程图纸库。传统的布线设计方法是基于项目和设计师本人，可能项目本身有变化需要设计新的图纸，或者本可直接借用原有项目的成熟设计图纸，但由于设计师更换又新增了其他图纸，这样既浪费了设计师时间，又会增加不成熟图纸的试错性，从而影响项目进度。

c) 系统提高整车防火、EMC。依据平台化方案文件对整车的防火、EMC设计进行全局管控，系统提升整车性能；

d) 整车运用基于数字化的布线三维设计协同。

2.2平台化提升

动车组布线实现了平台化设计，对布线的可靠与规范性、工艺的可操作与可维护性起到了非常大的改善作用，在某动车组项目上运用平台化布线，效果显著。

2.2.1布线设计轻量化提升

采用布线平台化方案前，存在高低压未严格分侧、底架与客室高低压分侧不一致的现象；采用布线平台化方案后，整车布线路径得到进一步优化，优化了整车重量分配，提升了轻量化指标。

表1 某项目布线用量对比

通过以上对比，可以看出布线平台化可以有效减少布线的重量，改善整车轻量化指标。

2.2.2布线设计防火设计提升

布线系统的防火性能要求直接影响车辆整车功能的正常运行，需对布线防火要求、车辆运行能力、布线防火隔断、耐火电缆等进行说明，动车组布线平台化方案对整车布线防火设计进行了系统梳理并输出了设计要求：

a) 危害等级（HL1-HL3）的确认。需要根据车辆的运行类别和设计类别之间的关系进行确认，以便进行材料防火安全要求分类；

b) 布线材料分组Rx确认；

c) 布线材料测试项点及指标确认；

d) 分析列车电气系统火灾功能失效情况，固化布线耐火处理方案，如采用耐火电缆，或采用系统冗余火灾布线冗余措施。

对于如乘客紧急对讲、乘客广播等系统，采用两路单独布线模式，将冗余电缆以左右线槽两路对称布线的方式与各设备主机连接，确保冗余电缆在机械结构上互不干扰、独立工作，提高整车功能可靠性的目的。

另外，整车核心系统也按照双点双线的方式进行电缆设计，显著提高了各个电气系统的可靠性。

2.2.3基于数字化的布线三维设计协同

动车组电气系统规模庞大，连接关系尤其复杂，加上运输、维护等阶段对电气系统均有不同的要求，故动车组布线的设计难度和复杂程度极其突出。

因此，动车组布线平台化提出布线三维设计协同方案，在整车三维模型建立的基础上，依托各个电气系统设备，以数据化约束的方式，实现整车NX三维布线，基于NX的模块化、参数化设计使得设计图纸更加规范化、美观化、标准化，也使电气设计制图在设计效率和设计质量上有了进一步的提升；同时，还实现了无实物的机械接口协调和干涉分析，将干涉分析前置可有效降低生产风险，从而提升产品质量。

另外，利用NX与EB软件的二次开发，调用各设备及其连接器的电气属性，导入数字化参照物实现电线的快速布线，并能自动生成布线路径、线缆长度、重量等布线特性，使整车布线更精确，解决了布线设计工艺性不强、电缆路径不可视和电缆重量管控的三大难题。

3展望

随着“一带一路”上的轨道交通不断延伸，客运动车组的数量增长极快，人们对于出行质量也有了更高的要求，而动车组布线工序是制造过程中非常关键的工序，在布线设计原则、设计方法、维修性分析和布线优化等方面进行进一步研究，开展设计工具、设计平台和设计效果的针对性建设，建立可推广动车组布线平台化设计方案，对进一步提高电气系统布线设计的效率和准确率、进而促进整车设计方案设计的可靠性提高极其重要。

参考文献

[1]EN 50343-2014, 铁路应用机车车辆布线规[S].

[2]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{11}:13-16.

[3] 叶明雪，柏赟．城轨车辆主要电缆布线方式介绍与分析［J］．技术与市场，2014，21( 5) : 65-66．

作者简介：曾星（1996-），女，湖南邵阳人，大学本科，助理工程师，现从事动车组布线设计工作。

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