铁路工务改造客车控制柜设计

铁路工务改造客车控制柜设计

谭家明，刘晨，金星辉，王富强

中车成都机车车辆有限公司，四川  成都 610051

摘要：针对25型铁路工务改造客车的总体需求，结合客车改造情况，设计一种集成电源、照明、消防、供水、绝缘监测、空调等控制功能的工务改造客车控制柜。本文主要就控制柜设计的电气、结构以及布线方面提出设计思路，并针对供水控制、柜体强度方面进行详细阐述，有效提升改造客车设计风险的管控能力。

关键词：改造客车；控制柜；供水控制；柜体强度 

1 概述

铁路车辆所有用电设备均由控制柜进行控制，控制柜的设计是否合理，对车辆各用电设备能否正常运行极为重要。根据铁路工务改造客车的需求，设计一种涵盖电源、照明、消防、供水、绝缘监测、空调、网络、增压泵等控制功能的控制柜，用于改造客车车辆的电气控制。

2 控制柜原理

根据控制需求选择合理电器元件及控制电路，按照负载的功率计算出各回路电流，按照Icable≥Iload/k1×k2×k3×k4（Iload为安全载流量、K1为温度系数、K2为修正系数、K3为寿命折算系数、K4为工作修正系数）计算选择合理的电缆线径，某型改造客车的电气原理图见图1。

图1 某型改造客车控制柜原理图

3 控制柜结构

柜体采用Q235B-t2作为基材。控制柜内部的器件安装采用防拉滑的螺母与螺钉配合安装，部分器件采用DIN 标准导轨安装。柜体设计采用NX7.5进行三维建模，并在NX7.5建立的模型基础上使用ANSYS workbench17.0对控制柜的强度进行分析（强度分析按照GB/T 21563-2018中规定的Ⅰ类A级车体安装的相关要求进行分析），柜体三维模型如图2所示。

图2 NX7.5建立的柜体三维模型（真实着色后的效果图）

对三维模型简化及约束后在ANSYS种按照GB/T 21563-2018中规定的Ⅰ类A级车体安装的要求施加冲击和加速度（本次计算选择的加速度为30m/s2，长寿命计算未进行）。根据计算结果，在受到冲击后，柜门的最大形变量达到2.87mm（Y轴施加冲击时），存在一定的风险。针对此风险，对柜门结构进行改进，在柜门中部加装加强筋，按照同样的条件对柜体进行强度分析，柜门的形变最大量仅为1.03mm，效果较好，改进后的计算结果见图3。

图3 改进后ANSYS计算出的柜体形变量（分别为X、Y、Z轴施加）

柜体定型后，按照元器件的操作频繁度和元器件特性进行布置。仪表、指示灯、旋转开关等操作人员需要经常查看或操作的电器元件布置在柜门上部；需要外部接线进入的端子排，放置在柜内顶部以方便外部进线和接线；断路器、熔断器、继电器等平时操作比较频繁的电器件放置在柜内上部；接触器、绝缘监测装置、电源模块等平时操作频率低且较重的电器件放置在柜内下部。

4 控制柜布线

控制柜的走线整体按照TB/T 1759的相关规定执行。按照方便检修、检查同时兼顾电磁兼容的原则。不同种类的电缆分开敷设，不同种类电缆的基本分类及最小间距按照表1执行。

表1 电缆等级分类及最小间距

参考文献

[1]GB/T 21563 轨道交通 机车车辆设备 [J]冲击和振动试验.北京:中国标准出版社,2018；

[2]GB/T 32595 铁道客车及动车组用电气控制柜.北京:中国标准出版社,2016；

[3]TB/T 1759 铁道客车配线布线规则.北京:中国铁道出版社，2018；

[4]弋东方.电力工程电气设计手册[S].北京:中国电力出版社,2014。