动车组三维布线设计的重要性探讨

动车组三维布线设计的重要性探讨

杨朋，曾星

中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412000

摘要：在动车组的设计研制过程中，布线占据着至关重要的一部分，一定程度上直接决定着动车组整车质量。三维布线设计对改进动车组布线质量、降低列车运行故障发生率有着重大意义。本文从动车组布线工程设计出发，结合实际项目工作应用，探讨动车组三维布线设计的重要性，并简要介绍三维布线设计需要注意的问题，为后续轨道交通车辆或相似领域的布线工作提供一定的参考。

关键词：动车组；三维布线设计；布线质量；重要性

引言

随着轨道交通行业的迅猛发展，乘坐动车组也成为人们更为普遍的一种出行方式，因此也对动车组的质量及安全可靠性提出了更高的要求。布线作为动车组研制工作中的重要组成部分，如何提升其设计质量，保障列车安全运行，需要重点思考规划。动车组各子系统设备数量多，相应地每节车的电缆一般有两千根以上，以4编组车辆为例，整车电缆数量近万根；根据电压等级区分，这些电缆分为主辅动力电缆、控制电缆以及网络信号电缆等，遍布全车各个区域。针对客室内部电缆，通常都是通过侧墙上方左右主线槽进行敷设，再结合实际走线需求，在客室两端设计端部横竖线槽来对电缆分区布置，因此客室布线整体看起来整齐有条理，布线思路及方案也清晰统一；对于底架设备走线，在有限的空间条件下，如何合理可靠且满足标准要求地敷设这些电缆，保证列车各子系统的正常工作，从而保证列车的安全运行，对底架布线提出了更高的要求。结合实际工作实践及动车组底架设备布置情况，本文着重介绍通过三维布线设计来提升底架布线质量及美观性，进而提高动车组整车布线质量，打造更高品质的动车组。

1 问题描述

动车组车辆底架通常布置有牵引变压器、牵引变流器、低压箱、蓄电池箱、信号系统设备、转向架、制动系统设备、污物箱、各种传感器等多种设备，以及覆盖面积较大的制动管路。从各设备电压等级来看，涉及了主电路、辅助电路以及控制信号电路。由于大多数列车底架设备都是直接暴露在外界环境中，需要经历各种环境变化，如雨雪天气、空气中的污染物、轨道上的飞石撞击等，因此对电缆都要采取一定的防护措施，底架布线也需要满足更高严格的要求。以某一动车组Mc车为例，经统计，该车底架共有约500根电缆需要连接。列车进入试制阶段时，当底架各设备完成安装后，现场负责电联接布线的操作人员即根据接线表进行布线，由于接线表里只规定了每根电缆的主要走线路径（线槽、穿线孔、出线口等），而不同操作人员的个人经验也有所差异，因此可能会导致电缆局部的布线路径较为随意而不统一；

另外，由于底架空间较小，车辆试制时，经常出现电缆与其他设备干涉接磨的问题，以及不同电压等级的电缆走线时不满足电气间隙要求，导致产生电磁干扰，影响设备正常功能，进而影响整车安全运行。

为保证生产现场车辆制造时电缆走线的美观性及安全可靠性，在项目设计进程中需更早对整车布线展开分析设计，为后期车辆生产提前打好基础。在项目的方案与技术设计阶段，根据底架设备三维安装图与各设备接线接口要求，提前在三维软件中对整车进行三维布线设计，对车辆布线进行统一详细规划，在三维软件中绘制出列车各电气设备之间连接电缆走线时的弯曲半径及最优走线路径示意图，对后期生产现场的布线工作显得尤为重要。

2 三维布线设计分析

2.1 动车组底架布线一般遵循主辅动力电缆与控制信号电缆分开走左右两侧的原则，通常主辅动力电缆走车体型腔，控制信号电缆走贯穿底架的控制线槽。在此原则上，根据各设备安装位置及各专业提供的电气设备接线接口，布线设计人员进行整车布线方案策划及电缆走线路径绘制。为较真实地体现实际走线情形，通常以管道模型绘制线缆，结合各类电缆及波纹保护软管的外径和硬度等参数，可以准确地计算出线缆和波纹软管的弯曲半径，从而在三维模型图中真实模拟出底架各设备间连线的实际走线情况；再根据绘制后的三维布线实际效果图对电缆走线进行评估调整，最终确定最优走线路径，之后再根据三维布线效果图，按照车辆布线标准，按需设计各种结构的分线盒、线槽、支架、管夹等进行分线及固定电缆和波纹管，最终列车生产时即按照三维布线效果图及对应的二维图纸开展相应的接线及走线。

图1 某动车组三维布线示意图

2.2 三维布线设计过程中，应注意：要从整车层面研究布线实现方式，与总体设备布置，管路设计，车体设计，转向架设计等各子系统相互协调，确定整车布线最优的走线以及布线方式。底架各电气设备的出线位置，出线方向需根据布线专业实际需求来对其他各相关专业提要求，尽可能地实现走线的合理性及美观性；三维模型图中走线的弯曲半径需符合各种线径电缆和波纹软管的实际情况（当电缆线径小于或等于16mm2时，弯曲半径应大于或等于电缆外径的3倍；当电缆线径大于16mm2时，弯曲半径应大于或等于电缆外径的5倍）；高压低压线缆要分区敷设，有效降低电磁干扰的可能性，保证列车各设备功能正常。

图2 某动车组底架局部三维布线示意图

3 三维布线设计对布线工程化的作用

动车组整车布线采用三维布线设计，通过开展三维布线工艺研究与导入，在产品试制前输出预布线图纸，可以带来以下好处：

（1）通过提前整体规划，统一布局分析，可以降低甚至消除各电压等级电缆之间的电磁干扰，提升干涉分析的完整性和准确性，提前识别布线磨线风险，大大提高了布线质量及布线美观性以及合理性；

（2）在三维布线设计过程中，走线方案及路径是统一的，列车在组装时，对不同操作人员，可根据三维既定布线路径精准实施，保证了不同人员、不同列车布线的一致性；

（3）三维布线降低了车辆在工程图设计阶段的出错率，可以显著提高后期生产现场布线工序的效率，加快了生产进度，缩短了项目生产周期；

（4）三维布线可以减少因干涉、支架结构不合适、电缆缺少固定点等原因引发的设计变更、返工等造成的时间及物料成本，节约了人力物力资源，降低了生产成本。

4 结语

整车布线作为动车组设计生产的重要组成部分，布线质量的好坏关乎列车运行性能和运行安全。本文介绍的动车组三维布线设计为项目的前期工程设计和列车生产试制打下了良好的基础。通过三维布线，可以清晰明了地获得整车理想的布线效果；三维布线设计方法已在市域C型城际动车组等多个项目应用，效果良好，既大大节省了列车生产的时间成本和返工导致的物料成本，同时也大大降低了生产试制阶段的设计变更率，又提升了布线质量和布线美观性，进一步保障了列车运行的安全可靠，对后续轨道交通车辆布线提供了一定的参考意义。

参考文献

【1】EN 50343-2014，铁路应用 机车车辆布线规则.

【2】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)．