摘要：现阶段，我国的城市化进程有了很大进展，城市轨道交通工程建设越来越多。电气柜作为地铁车辆生产中的一个重要组成部分，其生产技术及模块化的设计对地铁车辆的生产、组装起到至关重要的作用。本文以某地铁为例，对城市轨道车辆电气柜模块化设计进行了分析。
关键词：地铁车辆;模块化;电气柜
引言
电气柜是地铁车辆中的重要组成部分，由于各地铁项目系统所提供的设备种类、尺寸及所承受的空间约束等因素不同，导致各电气柜的结构、尺寸以及与车体的接口等都不一样。传统电气柜的柜体框架、设备布置和设备布线的安装方式，基本都是在现场进行，不但工序繁琐，而且由于是现场安装，电气柜与列车各个系统之间存在多种不同的电气和机械接口，导致这些接口在最终调试时出现的故障点较多。传统的作业模式已经不能满足生产规模的需要，解决的途径是电气柜采用模块化设计。
1模块化设计优点
(1)柜体模块化生产,柜体内设备安装、布线、线束的检测都在车下完成,不占用整车台位时间;(2)柜体的对外接口采用连接器,上车后与司机室、客室及其他电气柜的线束直接使用连接器对插连接;(3)并行处理,大大提高工作效率和生产效益;(4)易于更换受损模块。如设备损坏需要更换时,只需将其拆下,更换另一个全新模块即可,大大缩短了维修时间。
2电气控制柜分类
电气控制柜一般分为司机室电气控制柜、信号柜、客室电气控制柜、空调控制柜等。（1）司机室电气控制柜。司机室电气控制柜实现司机操作电气设备的功能，柜内主要安装有司机经常观察、操纵的电气元件，如各类按钮、断路器、万能转换开关、旁路开关、继电器、网络模块等。（2）信号柜。信号柜实现列车的通信及信号控制功能，柜内主要安装有无线通信车载设备、地面乘客信息系统（PIS）车载设备、信号车载设备等。（3）客室电气控制柜。客室电气控制柜实现客室内照明、车门控制等功能，柜内主要安装有控制照明用接触器、断路器，控制车门用继电器，乘客信息显示系统（PIDS）设备，烟火报警等系统控制器件。（4）空调控制柜。空调控制柜实现控制、监视空调系统工作的功能，柜内主要安装有控制空调用的断路器、接触器、热保护继电器、电源等器件。
3电气控制柜的模块化设计
3.1电气柜柜体设计
电气柜的柜体设计要根据前期的相关输入确定柜体大小，并保证与其他系统结构互不干涉。在核对前期输入之后，即可开始电气柜柜体结构的设计。(1)柜体主框架设计:主要是外形尺寸，通过项目总体图、总体技术规范和输入文件来确定柜体的最大轮廓。(2)设备布局:根据电气原理图整理出电气柜内的设备清单及类型，然后划分设备安装区域，对设备进行初步布局。(3)内部结构设计:将零部件装配成不同的装配体，装配过程可以通过焊接完成，如焊接框架;可以使用紧固件完成装配，如柜体总成;也可以采用焊接与紧固件共同完成装配，如断路器安装结构。(4)布线施工设计:电气柜柜体需要规划柜中线束的主要路径，主线束不可以设计为闭合结构，以实现模块化线束布置。(5)材料选择:本项目的电气柜柜体的零部件主要采用钣金折弯件，钣金件折弯之后其强度将大大增加。柜体材质为铝合金5754－H22，板厚为3mm，部分与车体接口安装的支架采用不锈钢材料。
3.2铆接结构模块化设计
该框架结构梁采用的是2.5mm冷轧钢板折弯的型材结构，即五字型结构，可在保证性能的前提下尽量减重。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该结构柜体主框架采用2.5mm框架的焊接结构，柜除主框架采用焊接结构外，其他安装梁和安装零件全部采用把接结构，其安装横梁上设有等间距的模式孔，使柜体装配更为灵活，方便根据业主需求调整柜内器件的安装尺寸，减少变更成本和缩短变更时间，并在保证足够强度的前提下，为方便设备拆装与维护，内部安装梁都采用M6不锈钢螺钉紧固结构。柜内安装横梁和安装零件，在保证产品机械性能的同时做了减重处理，安装可靠且外观美观大方。该结构优点：重量轻，强度好。结构框架能灵活安装、改动横梁的位置，便于后期增加电器件及更改元件、设备安装位置。具有可靠的运营经验。
3.3电气柜布线
电气柜布线在柜体设计时就已经开始，因为在柜体设计时需要考虑设备线束的走向，这是模块化设计中的一个关键点。电气柜的布线是通过CATIA软件来完成的，在虚拟3D环境下进行电气属性设置及线束排布、展平。电气设计从机械设计环境开始，然后与线束铺设二者统一达到完整的集成。设计思路是:首先建立三维零件电气设备物理模型，再通过电气设计模块赋予设备电气特性和相关的物理配线，之后进行相关的电缆分布。电气柜布线主线束设置在过道侧端子排安装区域。通过主线束向断路器区域、继电器区域和设备区域进行分线。布线在满足要求的同时还要考虑布线的美观性。走线的方式有2种，一种使用线槽，另一种使用扎线杆。线槽布线可以将线隐藏在线槽内部，外面看不到，美观性很好，缺点是占用空间较大。扎线杆布线对空间要求相对不是很高，但美观性不是很好。某地铁S8号线在布线方面主要采用线槽布线，部分位置采用扎线杆或者吸盘进行走线。
3.4柜内设备布置
电气柜内所有装置、子系统、元件都分级并隔离成不同的区,且定义了它们的布置和接口,从而保证不同等级电缆的隔离。整个柜体自下至上依据功能的不同划分为:①底架引上线束盘线区;②大设备安装区、小设备安装区;③侧面线束线槽走线区;④柜体顶部及底部的连接器安装区。工艺上柜体的总成方式是:客室、司机室以及其他电器柜的线束通过上部连接器对接引入,同时根据展平图制作的线束先整体制作成束,并在分线处将各设备的连接器压接好,之后整体安装在侧面柜体线槽中,不占用柜体的框架搭接台位,再通过线槽走线,并根据不同的出线需求在不同的位置分向各个设备区域,与设备进行连接器对接。设备引出的线束通过下部引上线孔走向车下设备,并在引上线孔中安装夹块以达到密封的效果。整体柜体实现了设备的安装、线束的铺设与固定、输入输出所需要的连接器的安装功能。最后将设备排布好、线束铺设好的柜体整体吊装上车,与车体地板及侧墙固定,连接器对接便完成了整个模块化电器柜的安装。这种安装模式将大大减少总装车间的生产周期。
3.5接地方式
柜体上焊接M5设备接地座，采用M5X12螺栓紧固接地线，每个接地座上接线不超过3根，设备接地线采用2.5MM^2黄绿电缆（有特殊要求除外），应采用就近原则，电缆长度不超过500mm；柜体对车体接地采用M8接地座，采用M8X25螺栓紧固接地线，接地线采用铜镀锡编织电缆。
结语
综上所述，电气柜的设计流程需要采用模块化设计，但是目前的模块化设计还是受很多因素的制约和影响，例如:各项目中不同系统供应商产品之间的差异性，各项目空间的局限性，设计人员的个性化设计风格等。某地铁线中，通过以前项目所积累的经验，模块化设计已经初具成效。模块化设计，是未来城市轨道车辆设计的侧重点之一。
参考文献
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论文作者:董宝伟,高建龙,蔡文奎
论文发表刊物:《基层建设》2019年第33期
论文发表时间:2020/4/30