铁路客车车端电气连接设计技术

铁路客车车端电气连接设计技术
吴仁延、薛宏
作者 佺
内容提要:本文叙述了铁路客车车端电气连接设计的功能及其主要的工作内容，重点介绍了车端电气连接的设计要求和方法及其在25T型客车设计中的应用，对客车车端电气连接设计技术的掌握和学习了解将有积极的帮助。

※ ※ ※
1概述
车端电气连接设计技术是客车设计中必须掌握的基本技术之一，是实现车辆与车辆（或机车）的供电电路及通信控制信号安全连接，保证列车安全正常运行的重要组成部分。

从某种意义上来说，正是车端电气连接的存在才将列车中各个车厢（车辆）连接组成了真正意义上的列车。

车端电气连接的性能将直接影响列车（动车组）的运行品质及运行安全。

车端电气连接的主要功能是实现客车供电电路的连接、通信控制信号的连接、车辆级（列车级）网络信号的连接及客车与机车的电气连接等，其主要的设计工作内容包括车端连接器的选用和设置及各连接器端部跨接线的长度设计等，以实现上述各主要功能。

目前我国铁路主型客车为25型车，从第一代“168”日元贷款车（即早期的25G型客车）发展至今的25T型车，其电气系统主要有AC380V及DC600V两大供电系统。

依据供电系统的技术要求，实现车端电气连接的连接器主要有DC600V动力连接器、AC380V动力连接器、DC110V电力连接器、39芯通信控制连接器、电空制动连接器及边灯插座。

以下就车端电气连接的设计步骤及其在25T型车上的应用进行重点介绍。

2设计步骤
2．1设计依据
《技术规范》对列车供电控制系统的有关规定；
总体设计及要求；
编组干线总电流；
相关技术标准:TB/T 3062-2002《铁道客车通信连接器技术条件》、TB/T 3063-2002《旅客列车DC600V 供电系统技术条件》、TB/T 1759-2003《铁道客车配线布线规则》。

2．2设计方案确定
编组方案的确定；
列车级供电方案的确定；
列车级控制连接方案的确定；
列车系统方案确定；
连接器型号确定；
安装方式确定。

2．3提出联系书
由于车端电气连接的设计涉及与制动、车体等相关业务组的接口关系，因此对车体、制动等相关部分的设计关系均应全部确定并按要求提出联系书（包括结构要求、强度要求、安装要求等）。

2．4完成设计
完成施工图纸设计。

3 关于25T型车车端电气连接设计的应用
3.1列车供电系统
25T型车为DC600V供电系统，采用机车DC 600V集中供电，客车分散变流方式。

系统主要由DC 600V 供电电源装置、DC 600V／AC 380V逆变电源装置、DC 600V／DC 110V电源变换装置、综合电气控制柜、蓄电池组等设备组成。

3.2系统方案确定
在电气化区段，电力机车的列车辅助供电装置将受电弓接受的25 kV单相高压交流电降压、整流、滤波，形成两套独立DC600V直流电源，两套装置分两路通过连接器向全列客车供电，供电容量2x400kW。

在非电气化区段，内燃机车发电机组发电、整流、滤波，形成两套独立DC600V直流电源，两套装置分两路通过连接器向全列客车供电，供电容量2×400kW。

400kW电源设备额定输出电流667A，最大直流电流750A。

客车的监控、门控、通信和闭路电视的电信号通过客车通信控制连接器连接。

DCll0V电源，全列贯通，各车厢蓄电池及充电器通过逆流二极管与DCll0V干线并联。

3.3连接器
3.3.1分类
根据25T型客车供电系统的技术要求，车端连接器需设置DC 600V电力连接器、DC 110V电力连接器、控制连接器。

3.3.2 型号
根据以上技术参数确定连接器型号为：DC 600V电力连接器（KC20D），DC110V 电力连接器(SL21X)，通信连接器（KTL39DX），电空制动连接器(JL10-5)。

3.3.3性能
3.3.3.1DC600V电力连接器（KC20D）
KC20D动力连接器采用二极四芯结构，其主要技术性能为：
z额定电压：DC 750 V
z额定电流：670 A
z接触电阻：≤0.0002Ω
z绝缘电阻：正常条件下≥800 MΩ
z湿热试验后≥20 MΩ
z介电强度：工频3000 V耐压1min无击穿或闪络现象
z温升：≤60 K
z插拔寿命：≥1500次
z插头对电缆导线截面：4×120mm2
SL21X型电力连接器用于铁路客车传送两相动力电源，也可供其它场合的电力连接使用。

主要性能参数：
z额定电压：DC 250 V
z额定电流：130 A
z接触电阻：≤0.0002 Ω
z绝缘电阻：正常条件下≥800 MΩ
z湿热试验后≥20 MΩ
z介电强度：工频耐压2000V耐压1min无击穿或闪络现象
3.3.3.339芯客车通信连接器（KTL39D）
KTL39D型客车通信控制连接器由38对音频接触对和1对射频同轴接触对组成。

音频接触对采用线簧孔结构，射频同轴接触对采用先进的高包容形式并与SYV-75-7同轴射频电缆匹配，两种接触对均具有接触电阻极小，导电性能好和在动态环境中仍能保证稳定接触的优点。

KTL39D型客车通信控制连接器用于铁路新型客车的门控、通信和闭路电视的电信号连接，还可用于其他场合的电器连接。

其主要技术性能参数：
z额定电压：AC 500V
z额定电流：15 A
z射频同轴接触对最高使用频率100 MHz，标称特性阻抗75 Ω，电压驻波比<1.3 Ωz接触电阻：≤2 mΩ
z同轴接触对内导体接触电阻：≤0.01 Ω
z同轴解除对外导体接触对电阻：≤0.005 Ω
z其余接触对电阻：≤0.002 Ω
JL10-5型电空制动连接器由5对接触对组成，接触对全部采用先进的双曲面线簧孔式结构，具有接触电阻小，导电性能好，插拔阻力小、动态环境中接触稳定可靠、抗冲击振动等优点。

接触对全部采用镀金表面处理，具有良好的抗腐蚀性能。

JL10-5型电空制动连接器用于铁路客车的电气控制系统。

其主要技术性能参数：
z额定电压：AC 500V
z额定电流：20 A
z接触电阻：≤2 mΩ
z绝缘电阻：正常条件下≥800 MΩ
湿热试验后≥20 MΩ
z介电强度：工频AC 2500V耐压1min无击穿或闪络现象
z温升：≤60K
z插拔寿命：≥500次
z插头对电缆导线截面：4×4+1×2.5 mm2
z外壳涂塑
z防护等级：≥IP65
结构简图及安装尺寸见图4。

图4. JL10-5型电空制动连接器
3.4 车端连接器的布置
依据TB/T1759-2003《铁道客车配线布线规则》及部统图的要求，将上述选型的各连接器合理布置于车端。

为便于客车的解编连挂，车端连接器采用对称布置方式，且设置的高度不宜过高，应易于工作人员的操作需要。

综合以往的设计经验，25T型车车端连接器的布置如图5所示。

车端设置的各型连接器的安装，在车体端墙（端梁）钢结构上焊安装法兰，采用螺栓连接的方式将连接器的插座固定于安装
法兰上。

为便于连接器的检查需要，车体焊的安装法兰具有一定的深度（即离车体端墙面有一距离值）。

安装时采用橡胶密封圈及密封胶的方式保证连接的密封性要求。

图5. 车端连接器布置图
3.5 端部跨接线长度设计
3.5.1长度计算方法
车端连接器插头对长度的设计在车端电气连接设计中具有举足轻重的作用，尤其在高速铁路客车的设计中。

如果跨接线的长度设置不合理，会影响到列车的正常运行，更严重的则可能造成安全事故。

车端跨接线长度的设计须综合考虑车钩的摆角、连接器的布置、列车运行的路况及空气动力学的影响。

方法主要有以下两种：
a)建立数学模型，进行理论分析计算。

b)利用三维软件进行建模，图纸上直接测量尺寸。

对于上述两种计算方法，其实际算出的长度只是列车一个运行工况下的端部直线距离量，车端跨接线设置的具体长度，需要依据布线规则及设计经验最终确定。

列车的运行线路中小曲线主要有三种形式，即定圆曲线、定圆转直线及S型曲线。

当列车通过不同的小曲线路况时，其端部跨接线长度的变化也各不相同。

依据以往的设计计算经验，当列车通过定圆曲线时，端部跨接线的长度变化最大。

因此本文中主要针对定圆曲线运行工况下的计算模型的建立及跨接线长度的设计等做以下介绍。

3.5.1.1假定条件
a)假定车辆转向架心盘中心落在线路的中心线上。

b)假定车钩的回转中心落在车体牵引梁的中心线上。

3.5.1.2计算建模
在计算时应该考虑缓冲器的压缩和拉伸行程。

图6是车辆的有关技术参数示意图。

25T型车运行在小曲线半径145米的正线上相关参数如下：
R (曲线半径)= 145000mm
A (车钩的有效长度)=1135mm
B (车辆定距)=18000mm
C (车钩回转中心至相邻转向架心盘中心的距离)=2955mm
D (车体长度)=25500mm
α(车钩相对于车体中心线的摆角)=5.18°
图6. 车辆有关参数示意图
图7为车辆处于定圆曲线上的示意图。

图8为两连挂车辆端部跨接线长度示意图。

由图可知当车钩摆角α为最大时，此时连接器插头对也相应的发生最大改变量。

即AB为最大值，A'B'为最小值。

图中A（ A'为对称点）表示连接器的位置点。

图7. 车辆处于定圆曲线上连接器长度计算示意图
图8. 连挂车辆端部跨接线长度示意图
由图7可知：
2
2
2
22
2
'''''''2'2'''AC AGC BFD A GC B FD arctg
CG
AG BF A G B F AGF AGC A GF A GC AF A F AFG arcCOS
AF FG
A FG arcCOS A F FG
AFD FG AG AF FG A G A F
∠=∠=∠=∠=====∠=∠+α∠=∠−α
==+−∠=⋅⋅+−∠=⋅⋅∠=∠''''''AFG A FD A FG AFB BFD AFD A FB B FD A FD
−α∠=∠+α
∠=∠−∠∠=∠−∠
由25T 型车参数可知： 式中 FG=2666mm
当连接器布置于距车中1305mm 处，即AC=1305mm 又CG=795mm，因此可算得：
AB≈1318mm A'B'≈847mm
图9为车端跨接线长度计算模型。

图中C 点是以O 为圆心，
OA 为半径的圆弧与两端墙中心线的交点；图中D
点是以 O 1为圆心，O 1A 为半径的圆弧与两端墙中心线的交点；图 中弦长AB 表示相邻两端墙对应点的直线距离。

a) 当车辆处于静止状态时，图中AB=1076mm， O 1C=320mm。

可算得弧长ACB=1313mm，弧长ADB=1689mm。

b) 当车辆处于定圆小曲线上时，图中AB=1318mm，O 1C=320mm
可算得弧长ACB=1516mm，弧长ADB=2069mm。

图9. 跨接线长度计算示意图
由上述计算结果可知：该位置处的端部跨接线的长度范围为1313mm≤L≤2069mm。

为避免与设置于其下方的跨接线相干涉，L 的长度取1600mm。

4编后语
本文主要介绍了25T 型铁路客车车端电气连接的设计技术。

25G 型车车端电气连接的设计与25T 型车大同小异，主要区别在于选用不同的连接器类型。

按供电系统的不同，其车端连接器的选用主要如下：
a) DC600V 供电系统的25G 型车，其车端连接器主要有DC600V 动力连接器（KC20D ）、AC380V 动力连接器(KC8-4)、DC110V 电力连接器(SL21X)、39芯通信控制连接器(KTL39GX)。

b) AC380V 供电系统的25G 型车，其车端连接器主要有AC380V 动力连接器（KC20A ）、39芯通信控制连接器(KTL39GX)。

25G/T 型车车端电气连接设计应视技术规范、总体要求、列车供电系统、使用条件等来综合决定。

本文仅针对25T 型车车端电气连接设计进行了重点介绍，对有关新技术的研究和发展未进行深入探讨，以上内容仅供相关设计人员学习参考。

''AB A B =
=。