中低速磁悬浮列车车下布线方式研究

中低速磁悬浮列车车下布线方式研究

简要介绍了城轨车辆车下主要布线方式。通过对磁悬浮列车车下结构地深入分析，总结出车下结构特点及对布线的影响。并结合此特点，提出了车下型腔穿线、支架布线等线缆布线方式。

标签：磁悬浮列车；车下结构；型腔穿线；支架布线

1 概述

中低速磁悬浮列车是一种新型的城市轨道交通工具。相对于地铁、轻轨等传统轮轨列车，磁悬浮列车运行时由于不与轨道直接接触，具有爬坡能力强、转弯半径小、噪声低、易维护等特点[1]，近年来越来越受到关注，已经成为轨道交通领域研究的热点。

由于运行技术原理较轮轨车辆有较大差别，磁悬浮列车在电气系统和列车走形部构成上更加复杂。电气系统一般包括悬浮控制系统、牵引逆变系统、直线电机系统、受流系统等子系统；列车走形部也由悬浮架和迫导向机构等机械构架取代了轮轨列车的转向架[2]。为了传输信号、电能，保证各个系统的协同工作，线缆连接是不可或缺的一部分。线缆布线质量和装配可靠性直接影响车辆性能和可靠性。目前，针对轮轨车辆如地铁、动车等布线技术的研究与应用较多，但对磁悬浮列车这种结构较特殊的车辆车下布线方式缺乏系统的研究。所以，研究如何规划磁悬浮列车线缆敷设路径、选择合理的布线方式具有十分重要的意义。

本文先介绍了城轨车辆电缆的主要布线方式，以中车株机公司某中低磁悬浮列车项目车辆为研究对象，对其电气系统构成及车下设备布置、机械结构进行了详细地分析。并结合车下结构特点，提出了控制电缆采用型腔穿线、主辅电缆用支架布线等线缆布线方法，通过工程实施验证，证明了布线方式的有效性。

2 城轨车辆主要电缆布线方式

城轨车辆所用电缆根据电压等级及功率分类，可分为H、A、B、C四个类别。按照国际布线标准，为防止电磁干扰同时满足各个电气系统的EMC要求，各类别电缆须单独敷设。目前城轨列车车下大多采用如下两种布线方式：

2.1 铝合金悬挂线槽

铝合金悬挂线槽整体呈长方形，包括主辅线槽区和控制线槽区。其中，主辅线槽区用来敷设H、A类别电压等级高的电缆，控制线槽区主要敷设B、C类别控制电缆和信号电缆[3]。线槽制作时，各

个线槽分区用铝合金隔板隔开，每个分区电缆单独设置出线口出线，能有效避免电磁干扰。如图1所示。

采用铝合金线槽，可以预先在线槽内将电缆敷设好，然后整体将线槽安装在车体底架的C型材上。线槽安装后整体密封性较好，有助于电缆的防水、防尘、防腐蚀。现行铝合金车体车辆大多采用线槽布线方式。但由于线槽是长方体结构，安装需要占用车下较大的空间，同时要求安装面为平面，不能与其它车下设备发生干涉。因此，此种布线方式仅适用于车体尺寸、车下设备安装间隔都较大的轮轨车辆。

2.2 底架线管穿线

对于不锈钢车体结构的列车，由于车下底架有多根横梁，如果采用线槽布线方式，线槽将无法安装。因此，一般采用金属线管穿线，即将不同电压等级的电缆分别从不同的线管中穿过，线管纵向排列安装在横梁的工艺孔上。这种布线方式将线缆化整为零，可在设备上方通过，走线灵活，对线缆维护较方便[4]。

总的来说，列车车体底架结构与车下设备布置情况决定采用何种布线方式。所以，应当根据列车结构特点灵活选择布线方式。

3 磁悬浮列车车下布线方式

3.1 列车车下结构分析

本文所研究的中低速磁浮列車采用MC1-M-MC2三节车编组形式。MC1、MC2为带司机室的端车，M是不带司机室的中间车辆，三节车都为带牵引的动车，如图2所示。

列车车下主要由悬浮架及其导向机构、电气设备、管道管路等组成。其中，悬浮架是磁悬浮列车的走形机构，相当于轮轨车辆的转向架，是列车实现悬浮、导向、牵引、制动的执行机构。悬浮架上安装有悬浮电磁铁、直线电机等电器设备，同时它还是一个菱形的导向机构，列车通过弯道时，通过迫导向机构带动连杆，使菱形机构发生变形，发生横向偏移，使列车转弯。磁悬浮列车悬浮架由5个单悬浮架模块组成，结构如图3所示。

车体安装在悬浮架上，两者在车体支撑台处通过空气弹簧等部件实现连接。车体支撑台相当于轮轨车辆的枕梁面，由于“枕梁面”比底架平面高度尺寸上要低，车下电气设备、风源设备等安装布置时，需避开这些部位安装，以防干涉。

由于特殊的运行原理，磁悬浮列车电气系统构成较其它城轨列车更复杂，电气设备也更多。除牵引逆变系统、受流储能系统外，还包括悬浮控制系统。因此，车体底架安装有逆变器、变流器、蓄电池箱、高压分线箱等高压设备，同时20个悬浮控制器布置在底架左右两侧，用来控制列车的悬浮，如图4所示。

可以看出，车下设备密集，无论是垂向尺寸还是横向尺寸，空间都较小，无足够空间安装空间量需求较大的布线设备。另外，悬浮架迫导向机构及连杆在结

构上距车体底架平面较近，敷设电缆时需要避开，增加了电缆布线的难度。

3.2 车下布线方式

据上文对磁悬浮列车车下结构的分析，由于空间受限，底架无法安装类似线槽等需要较大空间的布线设备。因此，无法采用悬挂线槽的布线方式。另外，车辆车体不是不锈钢材质的车体，无底架横梁及安装工藝孔，也不适宜采用线管穿线的布线方式。

考虑到铝合金材质车体由具有空腔结构的型材组焊而成，在车体制造阶段可利用型材空腔，使其具有敷设电缆的可能性。由于型材空腔贯穿于车体底架，电缆敷设在其中，将不受支撑台结构、车下设备安装情况的限制，对于车下空间小的磁悬浮列车来说，是较理想的布线解决方案。此外，城轨车辆上常用于辅助电缆固定的U型支架占用空间小，安装灵活，适用于磁悬浮列车车下对密封性要求不高的高压、大线径线缆的布线。

鉴于此，本文采用型腔布线和支架布线相结合的布线方法进行车下布线。即控制线缆、信号线缆等低电压等级线缆走底架铝合金型腔，主辅线缆直接敷设在支架上。3.2.1 型腔穿线

磁浮列车车辆采用铝合金材质，其底架由铝型材组焊而成。铝型材的空腔截面积大，形状、位置相对固定，可制成贯穿整个底架的型腔，用来穿线[4]。如图5所示。

型腔布线通道贯穿底架中央，为尽可能多地覆盖到需要进线的设备，根据就近原则，每个悬浮架模块都设置分线盒出线。如图6所示。

由于型腔布置的都是电压等级低的线缆，线缆直径较小，线缆在分线盒出线端和设备进线端都采用软管接头，中间段套波纹管进行保护，波纹管固定在走线用支架上。

3.2.2 支架布线

U型支架是一种铝合金材质的金属折弯件。进行线缆布线时，将其底座通过紧固件固定在车体底架C型槽上，电缆通过橡胶扎带固定在支架底部。结构如图7所示。

由于可以将其制作成多种尺寸，使用时受空间约束较小，安装位置选择的灵活度较高。因此，利用车辆底架横向尺寸上，两侧悬浮控制箱与中央牽引设备之间的间隙，布置安装支架，线缆路径不会其它设备发生干涉。按此方法安装支架后，整车支架基本保持在同一直线上，敷设过程中线缆不用弯折，满足了电缆弯曲弧度要求。布线示意图如图8。

实际工程应用中，先对每个布线支架进行编号。布线路径规划时，只需要确