孫湘漪， 裴 冰， 趙 娜， 馬連鳳， 鄭旭陽(yáng)

（中車(chē)永濟(jì)電機(jī)有限公司， 陜西 西安 710018）

引言

內(nèi)燃機(jī)車(chē)電器柜是整個(gè)機(jī)車(chē)的控制中心，司機(jī)對(duì)機(jī)車(chē)發(fā)出的起動(dòng)、運(yùn)行、升降速及停機(jī)等指令均通過(guò)電器柜內(nèi)的各種電器來(lái)實(shí)現(xiàn)，電器柜的設(shè)計(jì)是否科學(xué)、合理，關(guān)系到列車(chē)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性。

內(nèi)燃機(jī)車(chē)電器柜的設(shè)計(jì)要求把功能、結(jié)構(gòu)、工藝、材料、人機(jī)關(guān)系、維修、形態(tài)、色彩等因素自然地融合在一起，在首先滿足使用功能要求的同時(shí)，根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的原理，還應(yīng)考慮電器布置的合理性，安裝、檢修和操作的方便性，外觀造型的美觀性。

1 電器柜的柜體設(shè)計(jì)

內(nèi)燃機(jī)車(chē)電器柜安裝在機(jī)車(chē)的電氣室內(nèi)，它的工作環(huán)境比較特殊，機(jī)車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生上下、左右、前后等多個(gè)方向的振動(dòng)，因此電器柜柜體的設(shè)計(jì)必須滿足剛度強(qiáng)度的要求，并且在長(zhǎng)期振動(dòng)和有沖擊的環(huán)境內(nèi)能夠保證柜內(nèi)電器設(shè)備安全可靠工作。

內(nèi)燃機(jī)車(chē)電器柜是焊接式機(jī)柜，是鋼板折彎再組焊而成的柜體；基本骨架由頂框、底框、立柱組成，再配以左、右側(cè)門(mén)沿及前后門(mén)，裝上頂蓋、底蓋而形成。這種結(jié)構(gòu)工藝性好，且堅(jiān)固耐用。

1.1 電器柜的外形設(shè)計(jì)

在高、低壓電器分開(kāi)安裝的內(nèi)燃機(jī)車(chē)上，高壓電器柜的寬度一般為650 mm，低壓電器柜寬度為550 mm。這是在內(nèi)燃機(jī)車(chē)上有限的空間內(nèi)，既能保證布置好各種電器、又能保證各種電器斷開(kāi)時(shí)游離氣體電弧和火花不致危及相鄰電器部件的正常工作和人體安全的最小寬度。

電器柜兩面設(shè)門(mén)，可雙面進(jìn)行電器的安裝、布線，而且方便檢查、調(diào)試及維修等。

1.2 電器柜的柜門(mén)設(shè)計(jì)

電器柜的柜門(mén)是整個(gè)柜體中使用最頻繁的部件，也是最能體現(xiàn)人性化設(shè)計(jì)的部件之一。體現(xiàn)人性化設(shè)計(jì)的主要是柜門(mén)開(kāi)啟的角度和門(mén)鎖。

由于內(nèi)燃機(jī)車(chē)電氣室的空間較小，電器柜內(nèi)的電器需要操作、觀察、調(diào)節(jié)和拆檢，所以在保證柜體強(qiáng)度的同時(shí)，應(yīng)盡可能地使柜內(nèi)電器盡可能展露給操作人員，電器柜的門(mén)也盡可能地開(kāi)啟角度大。受機(jī)車(chē)電氣室走廊的寬度及高壓電器柜和低壓電器柜之間距離所限，機(jī)車(chē)電器柜柜門(mén)的寬度一般不應(yīng)超過(guò)400 mm，柜門(mén)的個(gè)數(shù)由所給定的電器柜的長(zhǎng)度而定。

電器柜柜門(mén)應(yīng)使用能開(kāi)啟180°的門(mén)鉸鏈，這樣電器柜柜門(mén)能夠充分地敞開(kāi)，為司乘人員和檢修人員的操作、通行提供最大的空間。

門(mén)鎖的選擇與設(shè)計(jì)，不僅要保證門(mén)鎖操作靈活、開(kāi)關(guān)自如，而且要堅(jiān)固耐用。門(mén)鎖的高度不能超出門(mén)面過(guò)高，不能帶棱角，保證當(dāng)工作人員，特別是檢修、操作和司乘人員從柜體旁邊來(lái)回走動(dòng)時(shí)，不會(huì)勾掛工作人員的衣服。手柄能在門(mén)開(kāi)啟后復(fù)位為最佳。

1.3 柜體的底部設(shè)計(jì)

內(nèi)燃機(jī)車(chē)電系統(tǒng)主線束由車(chē)體地板下的主線槽進(jìn)入到電器柜底部，再穿過(guò)柜體底部的穿線孔連接到柜內(nèi)的端子上。以往電器柜底部的出線板為焊接結(jié)構(gòu)，機(jī)車(chē)大修時(shí)，電器柜所有的對(duì)外連線必須由過(guò)線孔退出后，電器柜方可吊出，給拆卸電器柜帶來(lái)很大麻煩。目前電器柜設(shè)計(jì)取消了底部封板，采用敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)或把柜底的出線板設(shè)計(jì)成活板，這樣，只要將電器柜的外部接線從端子上拆下，電器柜即可吊出。

在內(nèi)燃機(jī)車(chē)制造工藝改進(jìn)前，機(jī)車(chē)電器柜底與機(jī)車(chē)車(chē)體直接進(jìn)行焊接，現(xiàn)新造機(jī)車(chē)采用先油漆后組裝的制造工藝。為了適應(yīng)機(jī)車(chē)新工藝的要求，柜體底腳設(shè)計(jì)時(shí)加裝一個(gè)焊塊，焊塊與柜體底腳用螺栓聯(lián)接，機(jī)車(chē)油漆前先根據(jù)電器柜定位尺寸將焊塊焊接在車(chē)架上，這樣可避免因柜體與車(chē)體架直接焊接給電器柜外觀油漆造成的損壞。

1.4 柜體設(shè)計(jì)時(shí)的特殊處理

內(nèi)燃機(jī)車(chē)柴油機(jī)啟動(dòng)后機(jī)車(chē)一直處于振動(dòng)狀態(tài)，為避免電器柜柜門(mén)振動(dòng)所產(chǎn)生的不良后果，各個(gè)門(mén)與門(mén)沿、門(mén)與門(mén)之間均粘貼減振橡膠條，這樣的處理使電器柜柜門(mén)具有防振和防塵的雙重效果。

電器柜采用自然散熱方式。因電器在工作使用中均會(huì)產(chǎn)生熱量，為保證柜內(nèi)電器及設(shè)備的正常工作，在柜體的頂部及柜門(mén)的下部均開(kāi)設(shè)百葉窗，以利散熱。在設(shè)計(jì)時(shí)把發(fā)熱溫度較高的電器磁場(chǎng)削弱電阻，與其它電器隔離，獨(dú)立安裝在柜內(nèi)頂部，相應(yīng)的頂部位置開(kāi)設(shè)百葉窗進(jìn)行散熱，使柜內(nèi)的環(huán)境溫度有很大的改善。

2 電器布置

2.1 電器布置的一般原則

電器柜內(nèi)元器件的布置要符合人機(jī)工程學(xué)原理，整體布局要綜合考慮，一般遵循的原則是：大功率發(fā)熱元件、不需經(jīng)常操作和維護(hù)的元件裝于柜的上部，如磁場(chǎng)弱電阻、電阻組件及二極管組件等；體積大、重量重的元器件布置在柜的下部，如工況和方向轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、電空接觸器、電磁接觸器等；經(jīng)常操作的元器件布置在柜內(nèi)的中上方，如萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)等。電器的排列既要整齊、美觀、易于操作，又要保證各電器的電氣間隙。

根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，自動(dòng)開(kāi)關(guān)、萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、閘刀開(kāi)關(guān)一定要布置在電器柜的外走廊側(cè)，以方便司乘人員的操作或應(yīng)急處理。而且這些電器一般應(yīng)布置在距離距地面1.3～1.6 m之間，超過(guò)這個(gè)范圍，就會(huì)使人在操作、觀察等方面感到不便。對(duì)于管型電阻的布置，應(yīng)安排在電器柜上部且不超過(guò)1.9 m的位置，且應(yīng)考慮可調(diào)電阻的調(diào)節(jié)環(huán)在行程范圍內(nèi)不被門(mén)沿?fù)踝?，以便機(jī)車(chē)做水阻試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)人員對(duì)電阻的調(diào)節(jié)。

2.2 電器布置的模塊化設(shè)計(jì)

對(duì)于內(nèi)燃機(jī)車(chē)電器柜，其中部分電器的布置可采用模塊化設(shè)計(jì)。所謂模塊就是將聯(lián)系緊密的各個(gè)電器組裝在一起，形成具有相對(duì)獨(dú)立功能的大部件。在東風(fēng)8B型和東風(fēng)11型內(nèi)燃機(jī)車(chē)上，其蓄電池充電和柴油機(jī)啟動(dòng)回路與空壓機(jī)控制和勵(lì)磁回路的功能及所選電器的型號(hào)、電器之間的連接方式是完全相同的，因此對(duì)這兩部分電器排列可形成兩個(gè)模塊。在低壓電器柜設(shè)計(jì)時(shí)，這部分電路可直接使用，可省去對(duì)此電路電器排列、安裝形式、銅排連接的重復(fù)設(shè)計(jì)?？尚纬深?lèi)似的模塊還有機(jī)車(chē)主回路電器、LKJ-2000監(jiān)控系統(tǒng)等。對(duì)于功能基本或完全相同的一些電氣元器件，如電阻、硅整流電源、自動(dòng)開(kāi)關(guān)和中間繼電器等，均以電阻組件、二極管組件、自動(dòng)開(kāi)關(guān)組和中間繼電器組的方式進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)機(jī)車(chē)電路的不同作相應(yīng)的局部修改即可使用。模塊化設(shè)計(jì)不僅可縮短電器柜的設(shè)計(jì)周期，對(duì)同一類(lèi)型不同控制方式或不同運(yùn)用方式的機(jī)車(chē)（如東風(fēng)8B型內(nèi)燃機(jī)車(chē)），可做到柜體內(nèi)的電器布置基本相同，為主機(jī)廠的制造過(guò)程、司乘人員的操作提供了極大的方便。

3 電氣布線

3.1 電器布線的規(guī)范性

電器柜的布線原則是在電性能允許的前提下，使線束橫平豎直、整齊美觀。機(jī)車(chē)電器柜的導(dǎo)線一般采用線槽布設(shè)，為避免導(dǎo)線損傷，線束出線槽處均采用外包絕緣處理。采用線槽布線有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）選用的線槽材質(zhì)是阻燃的絕緣材料，與導(dǎo)線配套，能增強(qiáng)線路的絕緣性能及安全可靠性。2）線槽兩側(cè)的散熱孔，能迅速將導(dǎo)線的熱量散發(fā)。3）布線方法簡(jiǎn)單，操作便利，布線可一次性完成。4）選用線槽時(shí)，已預(yù)留了一定的空間，便于用戶的檢修和加裝改造。

3.2 電器布線的合理性

機(jī)車(chē)電器柜的布線，還應(yīng)充分考慮布線方式的合理性。如果電器柜內(nèi)的導(dǎo)線（簡(jiǎn)稱內(nèi)部線）布線不合理，會(huì)造成內(nèi)部線與進(jìn)入電器柜的導(dǎo)線（簡(jiǎn)稱外部線）積聚在一處，給外部線的布設(shè)、綁扎和接線造成很大的困難。所以電器柜內(nèi)部線的走線方式極為重要。一般原則是電器柜內(nèi)部去端子排的導(dǎo)線布設(shè)在端子排的左側(cè)，從端子排上方線槽引下；外部接線布設(shè)在端子排的右側(cè)，自線槽下面向上布設(shè)。

進(jìn)入電器柜的導(dǎo)線還有25 mm2及以上的機(jī)車(chē)電纜，因截面較大布設(shè)困難，而且電器柜內(nèi)的空間有限，電纜不易直接接在電器上。較合理的方式是設(shè)計(jì)過(guò)渡銅排，將電器的接線用過(guò)渡銅排引至電器柜的底部。這種設(shè)計(jì)方式既方便了主機(jī)廠的電纜接線，同時(shí)柜體內(nèi)部也顯得整齊美觀。

4 結(jié)語(yǔ)

內(nèi)燃機(jī)車(chē)電器柜不僅以其外形表現(xiàn)的樣式、形態(tài)、風(fēng)格、氣氛給人美觀的感覺(jué)，而且其功能完全滿足機(jī)車(chē)的使用條件和要求。中國(guó)鐵路的快速發(fā)展，對(duì)機(jī)車(chē)電氣裝備提出了更高的要求，為了提升內(nèi)燃機(jī)車(chē)的制造水平，機(jī)車(chē)電器柜在模塊化、人性化、美學(xué)設(shè)計(jì)方面還有許多課題需要去探索和研究。