地铁调车机车电气控制柜结构优化

刘平郭，魏 强，高晓芳，杨秋芬

（中车资阳机车有限公司，四川 资阳 641300）

电气控制柜（以下简称“电气柜”）是机车的控制中枢，为机车上关键不可缺少的核心设备。中车资阳机车有限公司（以下简称“中车资阳公司”）早期设计的供国内某城市地铁线路的调车机车（以下简称“调机”）电气柜，存在体积较大、电源开关操作不便、没有平台化设计理念等不足。针对这些不足，中车资阳公司重新设计了一种新型的地铁调车机车电气柜，本文对该新型电气柜的改进项点进行了介绍。

1 中车资阳公司早期某型地铁调机电气柜简介

1.1 外形尺寸

柜体外形尺寸为850 mm×350 mm×1 550 mm（宽×深×高），如图1 所示。

1.2 结构特征

电气柜柜门为双开门结构，除万转开关、按钮开关和空气开关以外的电器件均安装在柜体内部，万转开关、按钮开关和空气开关设置在柜体右侧面，蓄电池总电源闸刀开关位于柜体内部。柜体底部通过4 个安装孔与司机室地板梁固定，顶部通过2 个拉板与司机室隔墙固定。

1.3 存在问题

1.3.1 外形尺寸

地铁调机电气柜安装在司机室内部，与操纵台、座椅等共享司机室内部空间。柜体外形尺寸偏大，影响司机室内部空间。

1.3.2 柜门

柜体为双开门结构，由左门和右门组成。柜门尺寸较大，柜门变形量精度要求较高，门锁锁杆较长，机车振动时容易产生异响。

1.3.3 蓄电池总电源开关

蓄电池闸刀开关位于柜体内部，开合闸刀开关需要先打开电气柜柜门。蓄电池闸刀开关为操作较为频繁的器件，而打开柜门门锁需要使用钥匙，所以影响闸刀开关操作的便利性。

1.3.4 平台化

平台化主要体现在欠缺通用性、兼容性和可扩展性。柜体对外安装接口不通用、不兼容，万转开关、按钮开关和空气开关的可扩展性不够。

柜体底部通过4 个安装孔与司机室地板梁固定，顶部通过2 个拉板与司机室隔墙固定。但是，不同的地铁调机有不同的车体钢结构。有的机车地板梁下方车架无横梁，空间宽敞；有的机车地板梁下方车架有横梁，安装空间受限；有的机车司机室隔墙无采光窗；有的机车司机室隔墙存在采光窗。

不同机车的万转开关、按钮开关和空气开关的数量会有所不同。特别是空气开关，在留有1 个备用空气开关的基础上仍然需要考虑更多的可扩展性。

图1 柜体外形尺寸（单位：mm）

需要一种具有通用性的电气柜柜体结构，该电气柜可以装在内走廊机车上，也可以装在外走廊机车上，可以固定在不同结构的司机室地板梁和司机室隔墙上，可以很简单地更改空气开关的数量。

2 新型电气柜简介

针对不足之处，中车资阳公司重新设计了1 个电气柜。

2.1 外形尺寸

重新设计的柜体外形尺寸为750 mm×270 mm×1 550 mm（宽×深×高），结构紧凑，占用空间更小，如图2 所示。

2.2 柜门

柜门如图3 所示。

图3 柜门

将柜门由双开门结构改为上下2 层的3 门结构，门沿上贴减震胶条。上门为单开门结构，安装有2 个三角锁，门上装有万转开关、按钮开关和空气开关，开关安装面内凹以免和司乘人员发生碰撞。上门区域柜体内部为不需要经常检修维护的电器件，如PLC、数字量模块、模拟量模块、功率放大块等。下层为双开门结构，安装有1 套连杆锁。连杆锁带钥匙，防止被随意打开。

通过更改柜门结构，既提高了空间利用率，也大大降低了机车振动时产生异响的可能。

2.3 蓄电池总电源开关

为解决总电源开关需打开柜门操作的问题，将该开关的类型由闸刀开关改为卡车用蓄电池电源开关，如图4 所示。将电源开关设置在电气柜左侧，并且手柄外漏以使在不打开柜门的情况下也可以接通和断开电气柜与机车蓄电池的电气连接。电源开关位置如图5所示。

图4 电源开关

图5 电源开关位置

2.4 平台化设计

2.4.1 底部安装接口

底部安装孔采用冗余设计，共设计6 个安装孔和1个接地点，如图6 所示。安装时根据具体车型车体钢结构的差异而选择不同的螺栓紧固点，一般选择4 个安装孔，使用4 颗M10 的螺栓将电气柜固定在司机室地板梁上。

图6 底部安装接口

2.4.2 顶部安装接口

顶部安装孔采用冗余设计，共设计2 组（共4 个）安装孔，如图7 所示。图7 左侧安装孔未显示，位置和右侧安装孔关于柜体中心线对称。柜体顶部吊环螺钉旁的2 个安装孔在机车司机室隔墙无采光窗时使用，顶部左右侧面的2 个安装孔在机车司机室隔墙有采光窗时使用。无论采用何种方案，未使用的安装孔均用封板遮蔽。

图2 重新设计的柜体外形尺寸（单位：mm）

图7 顶部安装接口

2.4.3 开关件安装

开关件安装在上门组件上，安装数量具有可扩展性，如图8 所示。其中，万转开关、按钮开关区域可新增1 个万转或2 个按钮。空气开关组设置有2 个备用件，如有需要可直接使用或者更换为不同额定电流值的空气开关后使用。空气开关处设有活动盖板，可方便空气开关的安装和更换。如在2 个备用空气开关全部使用的情况下仍不能满足机车电气保护的需要，柜体结构依然预留有进一步扩展的空间。仅仅只需更换1 个活动盖板，电气柜最多还能新增3 个单极空气开关。可见，柜体结构的空气开关安装数量兼容性较强，可满足各种不同型号地铁调机的需求。

图8 开关件安装

2.4.4 柜体内部电器件安装

为使电气柜内部空间利用率最大化，柜体内部安装板采用焊接结构。电气柜正面有上下2 块安装板，不同的车型可通过安装板上开孔的数量和位置的不同来匹配，如图9 所示。对于旧电气柜的加改，只需在安装板空白区域现场配钻螺纹孔。

图9 柜体内部安装板

3 装车运用情况

该平台化电气柜结构自优化改进以来，已先后在青岛地铁、成都地铁、贵阳地铁等线路地铁调机上装车使用。与中车资阳公司早期地铁调机电气柜相比，具有结构紧凑、通用性强、电源通断方便等特点。经过运用验证，能满足各种不同地铁调机车型的装车需求。