內(nèi)燃機車電器控制柜總體設(shè)計分析

孫湘漪， 裴 冰， 趙 娜， 馬連鳳， 鄭旭陽

（中車永濟電機有限公司， 陜西 西安 710018）

引言

內(nèi)燃機車電器柜是整個機車的控制中心，司機對機車發(fā)出的起動、運行、升降速及停機等指令均通過電器柜內(nèi)的各種電器來實現(xiàn)，電器柜的設(shè)計是否科學、合理，關(guān)系到列車運行的可靠性與穩(wěn)定性。

內(nèi)燃機車電器柜的設(shè)計要求把功能、結(jié)構(gòu)、工藝、材料、人機關(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，根據(jù)人機工程學的原理，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

內(nèi)燃機車電器柜安裝在機車的電氣室內(nèi)，它的工作環(huán)境比較特殊，機車在運行過程中會產(chǎn)生上下、左右、前后等多個方向的振動，因此電器柜柜體的設(shè)計必須滿足剛度強度的要求，并且在長期振動和有沖擊的環(huán)境內(nèi)能夠保證柜內(nèi)電器設(shè)備安全可靠工作。

內(nèi)燃機車電器柜是焊接式機柜，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)門沿及前后門，裝上頂蓋、底蓋而形成。這種結(jié)構(gòu)工藝性好，且堅固耐用。

1.1 電器柜的外形設(shè)計

在高、低壓電器分開安裝的內(nèi)燃機車上，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)燃機車上有限的空間內(nèi)，既能保證布置好各種電器、又能保證各種電器斷開時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，可雙面進行電器的安裝、布線，而且方便檢查、調(diào)試及維修等。

1.2 電器柜的柜門設(shè)計

電器柜的柜門是整個柜體中使用最頻繁的部件，也是最能體現(xiàn)人性化設(shè)計的部件之一。體現(xiàn)人性化設(shè)計的主要是柜門開啟的角度和門鎖。

由于內(nèi)燃機車電氣室的空間較小，電器柜內(nèi)的電器需要操作、觀察、調(diào)節(jié)和拆檢，所以在保證柜體強度的同時，應(yīng)盡可能地使柜內(nèi)電器盡可能展露給操作人員，電器柜的門也盡可能地開啟角度大。受機車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，機車電器柜柜門的寬度一般不應(yīng)超過400 mm，柜門的個數(shù)由所給定的電器柜的長度而定。

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

門鎖的選擇與設(shè)計，不僅要保證門鎖操作靈活、開關(guān)自如，而且要堅固耐用。門鎖的高度不能超出門面過高，不能帶棱角，保證當工作人員，特別是檢修、操作和司乘人員從柜體旁邊來回走動時，不會勾掛工作人員的衣服。手柄能在門開啟后復(fù)位為最佳。

1.3 柜體的底部設(shè)計

內(nèi)燃機車電系統(tǒng)主線束由車體地板下的主線槽進入到電器柜底部，再穿過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)，機車大修時，電器柜所有的對外連線必須由過線孔退出后，電器柜方可吊出，給拆卸電器柜帶來很大麻煩。目前電器柜設(shè)計取消了底部封板，采用敞開式結(jié)構(gòu)或把柜底的出線板設(shè)計成活板，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)燃機車制造工藝改進前，機車電器柜底與機車車體直接進行焊接，現(xiàn)新造機車采用先油漆后組裝的制造工藝。為了適應(yīng)機車新工藝的要求，柜體底腳設(shè)計時加裝一個焊塊，焊塊與柜體底腳用螺栓聯(lián)接，機車油漆前先根據(jù)電器柜定位尺寸將焊塊焊接在車架上，這樣可避免因柜體與車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)計時的特殊處理

內(nèi)燃機車柴油機啟動后機車一直處于振動狀態(tài)，為避免電器柜柜門振動所產(chǎn)生的不良后果，各個門與門沿、門與門之間均粘貼減振橡膠條，這樣的處理使電器柜柜門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的下部均開設(shè)百葉窗，以利散熱。在設(shè)計時把發(fā)熱溫度較高的電器磁場削弱電阻，與其它電器隔離，獨立安裝在柜內(nèi)頂部，相應(yīng)的頂部位置開設(shè)百葉窗進行散熱，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工程學原理，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)常操作和維護的元件裝于柜的上部，如磁場弱電阻、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，如萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、自動開關(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)人機工程學原理，自動開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、閘刀開關(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，超過這個范圍，就會使人在操作、觀察等方面感到不便。對于管型電阻的布置，應(yīng)安排在電器柜上部且不超過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)不被門沿擋住，以便機車做水阻試驗時試驗人員對電阻的調(diào)節(jié)。

2.2 電器布置的模塊化設(shè)計

對于內(nèi)燃機車電器柜，其中部分電器的布置可采用模塊化設(shè)計。所謂模塊就是將聯(lián)系緊密的各個電器組裝在一起，形成具有相對獨立功能的大部件。在東風8B型和東風11型內(nèi)燃機車上，其蓄電池充電和柴油機啟動回路與空壓機控制和勵磁回路的功能及所選電器的型號、電器之間的連接方式是完全相同的，因此對這兩部分電器排列可形成兩個模塊。在低壓電器柜設(shè)計時，這部分電路可直接使用，可省去對此電路電器排列、安裝形式、銅排連接的重復(fù)設(shè)計?？尚纬深愃频哪K還有機車主回路電器、LKJ-2000監(jiān)控系統(tǒng)等。對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、自動開關(guān)和中間繼電器等，均以電阻組件、二極管組件、自動開關(guān)組和中間繼電器組的方式進行模塊化設(shè)計，根據(jù)機車電路的不同作相應(yīng)的局部修改即可使用。模塊化設(shè)計不僅可縮短電器柜的設(shè)計周期，對同一類型不同控制方式或不同運用方式的機車（如東風8B型內(nèi)燃機車），可做到柜體內(nèi)的電器布置基本相同，為主機廠的制造過程、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。機車電器柜的導線一般采用線槽布設(shè)，為避免導線損傷，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：

1）選用的線槽材質(zhì)是阻燃的絕緣材料，與導線配套，能增強線路的絕緣性能及安全可靠性。2）線槽兩側(cè)的散熱孔，能迅速將導線的熱量散發(fā)。3）布線方法簡單，操作便利，布線可一次性完成。4）選用線槽時，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

機車電器柜的布線，還應(yīng)充分考慮布線方式的合理性。如果電器柜內(nèi)的導線（簡稱內(nèi)部線）布線不合理，會造成內(nèi)部線與進入電器柜的導線（簡稱外部線）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)。

進入電器柜的導線還有25 mm2及以上的機車電纜，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)計過渡銅排，將電器的接線用過渡銅排引至電器柜的底部。這種設(shè)計方式既方便了主機廠的電纜接線，同時柜體內(nèi)部也顯得整齊美觀。

4 結(jié)語

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