鐵路客車LED燈具統型研究

孫利蘋,范恩明,李富強

(中車唐山機車車輛有限公司，河北 唐山 063035)

引言

與熒光燈相比，LED光源具有更優的物理性能、照明及電氣性能，也已逐漸成為軌道交通運輸行業中的首選光源，日益受到用戶的認可和青睞[1-5]。但是，其在鐵道客車上的應用也存在一定制約：花樣繁多的LED燈具給檢修維護、配件更換等帶來諸多不便。為了將LED燈具在鐵路客車上推廣應用，LED燈具的統型工作勢在必行。

1 LED燈具統型的技術方案

現有鐵道客車上廣泛使用的為經過統型的熒光燈，包括2×20 W雙管頂燈、2×15 W雙管頂燈、1×20 W壁燈、1×15 W壁燈、3×15 W壁燈以及座車、餐車客室安裝的燈帶。燈具本身以及機械、電氣接口均已統一。考慮現有車輛改造裝用LED燈具的可行性，LED燈具統型須考慮以下技術問題：①燈具類型參考統型熒光燈具類型執行；②統型LED燈具的安裝機械接口和電氣接口(包括：功率、接線)與統型的熒光燈具接口保持一致；③單個LED燈具的照度與熒光燈具照度保持一致，保證燈具改裝后車輛照度和原有照度保持一致，車內照明均勻性保持一致。

1.1 技術方案

LED燈具本身包含燈體、燈角、LED發光源以及端子、接地標貼等輔助裝置。為保持LED燈具與熒光燈具機械接口的一致性，外形尺寸與熒光燈具保持一致。除LED發光源和驅動器外，其余輔助裝置形式均按統型熒光燈具執行。

統型LED燈具包含兩種方案：①LED燈管形式；②平面光源形式。

1)LED燈管形式燈具。圖1為LED燈管形式的2×15 W雙管頂燈，其外觀(包括外形尺寸、進線、接線等)形式與2×15 W熒光燈具雙管頂燈完全相同。與2×15 W熒光燈具雙管頂燈相比，熒光燈管改為LED燈管，鎮流器(或逆變器)改為了驅動器。

圖1 2×15 W雙管頂燈——LED燈管形式Fig.1 2×15 W double tube dome light with the form of LED tube

LED燈管外觀結構與傳統日光燈管相同，而燈管內部不同，發光角度也不同。LED燈管的發光角度不同于熒光燈管(發光角度為360°)，LED燈管為前照發光，發光角度固定。LED燈管的統型涉及：①發光角度的統型(保證燈管安裝在燈體內后，燈管均勻射出，保證照度的均勻性)；②燈管外觀統型，包括燈管長度、與等角的機械接口等，從而保證燈管在不同LED燈具內的互換性。圖1中的燈光發光角度為120°，燈管橫向中心距為100，通過模擬試驗證明其很好的保證了燈光均勻性。

驅動器(LED電氣控制裝置)輸入電壓分三種類型：AC220 V、DC110 V、DC48 V，輸出電壓恒壓DC36 V，更好的保證了燈具的安全性。外形尺寸、安裝接口統一。電子控制裝置具備過流、過壓、欠流、欠壓保護功能及短路保護盒過熱保護功能。

圖2 LED燈具內部接線框圖Fig.2 Wiring diagram of LED light

2×15 W雙管頂燈內部接線框圖如圖2所示。以上為2×15 W雙管頂燈——LED燈具統型方案，其他類型燈具(包括：2×20 W雙管頂燈、2×15 W雙管頂燈、1×20 W壁燈、1×15 W壁燈、3×15 W壁燈)均參照執行。

2)平面光源形式燈具。圖3為2×15 W雙管頂燈——平面光源形式LED燈具。它與LED燈管形式的燈具相比，主要區別是發光源為LED光源板。因發光源的不同，導致燈體內部布局要稍做調整。

圖3 2×15W雙管頂燈——LED平面光源形式Fig.3 2×15W double tube dome light with the form of LED plain light source

1.2 LED燈具統型規格

為保證與現有客車技術接口的一致性以及現有運行鐵道車輛燈具的改造，統型的鐵道客車LED燈具，LED燈具與熒光燈具的機械(外形尺寸等)、電氣接口(電纜直徑、載流量、端子型號、控制柜空開等)保持一致。具體規格型號及內部關鍵部件接口見表1。

1.3 方案對比分析

LED燈管形式燈具和平面光源形式LED燈具除上面介紹的區別外，在外觀、散熱性能、節能效果、使用壽命、可維護性方面也存在差異，具體如表2所示。

通過兩種形式LED燈具的對比分析可以看出，平面光源LED燈具具有光照均勻、散熱性能好、節能效果好、使用壽命長等優勢，且因平面光源使用約為50 000 h，正常運用維護過程中無需對光源進行檢修更換。因此建議采用平面光源形式LED燈具。

表1 LED燈具規格型號及內部關鍵部件接口表

表2 LED燈管形式燈具與平面光源形式LED燈具的對比

2 鐵路客車中安裝熒光燈具與LED燈具的效果對比

圖4為車內客室安裝熒光燈具后的效果圖，圖5為車內客室安裝LED管狀光源燈具后的效果圖。對比可見，LED燈具產生的照明效果美觀性、舒適性更佳。

圖4 熒光燈具裝車效果圖Fig.4 Design sketch with fluorescent lamp

圖5 LED燈具裝車效果圖Fig.5 Design sketch with LED lamp

3 結語

統型的標準化的LED燈具可以更好地替代熒光燈管燈具，并且對車輛組裝流程及工藝帶來的變化小。通過統型工作，實現鐵路客車LED燈具的模塊化、標準化、系列化、通用化，便于LED燈具的檢修、更換，可整體提升客車的美觀性、舒適性。

此外，隨著中國鐵道車輛國際訂單的增加，對鐵道客車的整體技術水平的要求必將越來越高。鐵路客車LED燈具統型可以從整體上提升車輛的設計、制造水準，為中國鐵道客車整體技術水平的提高發揮應有的作用。

[1] 高健飛,劉文平,胡曉春.鐵道客車LED平面光源照明燈具設計探索[J].鐵道客車,2009(10):33-36.

[2] 周連慶. 鐵道站場照明現狀及LED高效照明燈的研究應用[J]. 鐵道機車客車,2010(4):100-101.

[3] 聞興業，孫利蘋，劉永志.LED照明及集中供電方式在軌道車輛上的應用[J].鐵道機車車輛,2014(1):34-37.

[4] 曾丹，彭冬生，蔣月.LED照明的光學器件設計與仿真[J].紅外激光工程,2016,45(12):196.

[5] 睦世榮，余榮桑，馬達.LED照明光組件體系研究在LED照明產業標準化實踐中的意義[J].標準科學,2015(9):23-26.