快捷棚車照明系統(tǒng)設(shè)計

徐 誌 劉 兵

(中車眉山車輛有限公司 四川 眉山 620000)

鐵路快捷棚車通常需要在夜間進(jìn)行裝卸作業(yè)，故對車輛自帶照明系統(tǒng)提出了要求。外部光源的光線難以覆蓋整個車廂，且存在照明不均勻、明暗對比強(qiáng)烈等現(xiàn)象，增加了裝卸作業(yè)難度。目前，棚車車輛內(nèi)部照明設(shè)計在貨車設(shè)計中極少涉及，同時也缺乏相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定、方法等。本文參照客車、動車組照明和建筑照明等設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，采用DIALux軟件進(jìn)行車內(nèi)照度仿真分析，為快捷棚車車內(nèi)照明系統(tǒng)設(shè)計提出一種設(shè)計方案。

1 照明系統(tǒng)光源選型

不同的光源會給內(nèi)部空間帶來不一樣的照明效果，在輸出功率的大小、顏色特性、壽命長短及節(jié)能特性等方面，各種光源都有不同的特點。光源按照不同類型分為白熾燈、熒光燈、鹵素?zé)簟ED(發(fā)光二極管燈)等[1]，其光效率和壽命對比如表1所示。白熾燈是一種熱輻射光源，是運用時間最長的燈具，但電能大部分作為熱量散發(fā)，光效能低，壽命也較短；鹵素?zé)粢彩菬彷椛涔庠矗ぷ鳒囟?、效能較白熾燈更高，同時要求散熱良好；熒光燈具有高光效、長壽命和高顯色性等優(yōu)點，但燈具體積較大；LED光源因效能高、壽命長、體積小的優(yōu)點，大量應(yīng)用于高鐵、動車車輛內(nèi)部空間照明。

表1 各種光源的光效率和壽命

因貨車車輛使用屬性是裝運貨物，在車頂設(shè)計時應(yīng)兼顧燈具不侵入貨物裝載空間，并且應(yīng)有一定的保護(hù)性結(jié)構(gòu)使貨物避免碰撞到燈具。某型快捷棚車車輛內(nèi)頂部是平面構(gòu)型加規(guī)則四邊形凹槽結(jié)構(gòu)。受到車輛結(jié)構(gòu)和貨物裝載空間限制，作為附屬系統(tǒng)的照明燈具，安裝空間較小，如圖1所示。

圖1 棚車車頂結(jié)構(gòu)示意圖

作為安裝在棚車車輛內(nèi)部的照明光源，需要滿足體積小，工作壽命長，光效率高等要求，綜合考慮，棚車照明系統(tǒng)優(yōu)選LED光源。

2 照明功率分析

一般件倉庫的平均照度要求為100 lx，最大允許照度功率密度限值(W/m2)現(xiàn)行值應(yīng)不大于4 W/m2，目標(biāo)值不大于3.5 W/m2。單位車輛內(nèi)部照明面積為67.5 m2，按照最大允許照度功率密度限值3.5 W/m2計算，單位車輛照明功率目標(biāo)值不應(yīng)大于236.25 W，16輛編組的快捷棚車照明總功率不應(yīng)大于3 780 W。

目前，我國快捷貨運車輛供電技術(shù)方案研究中，不帶保溫箱的貨運車輛采用機(jī)車DC230 V供電為可選的方式之一，機(jī)車供電裝置額定輸出功率可達(dá)50 kW，單路供電功率約6 kW[2]。但除極少數(shù)車輛可自帶電源或自發(fā)電裝置，其余車輛還需外部提供電力。棚車車輛在站場或貨場時，機(jī)車解編后不能提供電源的情況下，需采用站場提供電源。故車輛照明所用電源需兼容機(jī)車和站場提供電源制式。在不過多增加站場供電設(shè)施配套情況下，車輛采用家用插座供電，以民用額定電壓220 V電源計算，額定最大電流為16 A，則照明最大功率不能超過3 520 W。16輛編組時，每輛車照明功率不能超過220 W。

3 確定所需光通量

光通量是指人眼所能感覺到的輻射功率，是衡量光源發(fā)光量的指標(biāo)之一。在進(jìn)行照明設(shè)計時，需對光通量進(jìn)行計算，以匹配照明功率和燈具數(shù)量。按平均照度法確定棚車光源光通量。平均照度的計算公式如下：

(1)

式中：Eav為工作面上的平均照度，lx；φ為光源光通量，lm；N為光源數(shù)量；U為利用系數(shù)，取0.8；A為工作面積，為68.8 m2；K為燈具的維護(hù)系數(shù)，照明計算用的維護(hù)系數(shù)不應(yīng)小于0.70。室內(nèi)環(huán)境污染特征屬于一般水平時維護(hù)系數(shù)取值0.7，快捷棚車車廂一般為封閉環(huán)境，在裝卸貨物時會有少量污染，其環(huán)境污染特征應(yīng)屬于一般級別，維護(hù)系數(shù)取值為0.70比較合適。

光源總光通量為：

Nφ=12 286 lm

一般LED光源光效率都在80 lm/W以上，那么單位車輛光源照明功率最小值為153 W。

4 照度仿真分析

DIALux是照明設(shè)計中應(yīng)用成熟的軟件之一，在室內(nèi)照明和道路交通照明設(shè)計領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用經(jīng)驗。車內(nèi)的照明仿真使用DIALux軟件。

棚車貨倉內(nèi)部尺寸參數(shù)為：長22.71 m，寬3.03 m，高3.268 m。側(cè)墻、端墻及車頂內(nèi)表面面漆顏色為RAL 7035淺灰，地板面漆顏色為RAL 7043。在鐵路客車和動車組的照度測量要求中，對于過道、走廊及司機(jī)室等空間一般測量高度為距底板面0.8 m處，棚車車內(nèi)空間使用屬性與此類似，工作面高度取0.8 m較為合適。在DIALux中導(dǎo)入CAD圖紙，并通過軟件的建模功能建立車輛模型，再布置燈具。

對于室內(nèi)照明，不同的場所光源的色表特征也不同，如表2所示。車輛內(nèi)部更適宜采用中間色溫，且顯色指數(shù)不應(yīng)小于80。

表2 光源色表特征及使用場所

在軟件DIALux中導(dǎo)入LED燈具，單個燈具輸出720 lm，顯色指數(shù)為85。單個燈具功率為7 W、共26個燈具，光源總功率為182 W，小于220 W的最大值。燈具分2排均勻布置在車頂凹槽內(nèi)，其配光曲線如圖2所示。

圖2 車輛照明燈具配光曲線圖

進(jìn)行仿真計算，驗證燈具選擇和布置方式是否符合設(shè)計要求。DIALux生成照明強(qiáng)度偽色效果如圖3所示。工作面上的平均照度為106 lx，滿足平均照度不小于100 lx的要求。等照度梯度(見圖4)工作面上的照度大部分在100 lx～120 lx之間，只在車輛兩端有局部低于100 lx，照度均勻值較好。

圖3 照明強(qiáng)度偽色效果圖

圖4 等照度梯度圖

5 照明系統(tǒng)布置方案設(shè)計

快捷棚車端部側(cè)墻上布置有2個電力連接器，用于連接車輛之間的回路或車輛與站場地面電源的回路。在車體底架下方布置有貫通車輛的主電纜，通過主電纜連接到地板下方的配電箱中，由配電箱將電源連接到車門旁的照明開關(guān)上，照明開關(guān)控制整輛車的燈具開閉?？紤]到安全因素，燈具可采用DC24 V電源，在配電箱中需安裝有電源轉(zhuǎn)換器、 漏電保護(hù)開關(guān)、過載保護(hù)等裝置。

6 結(jié)束語

為滿足快捷棚車內(nèi)部照明要求，本文從電源制式選擇、照明計算及仿真分析等方法來進(jìn)行設(shè)計，通過DIALux軟件仿真結(jié)果，棚車車輛照明功耗和平均照度均能滿足運用需求。目前，該型快捷棚車的照明系統(tǒng)已完成設(shè)計制造，待裝車后進(jìn)行照明系統(tǒng)的試驗驗證。