城軌車輛客室燈具模塊化設計

劉傳剛 郭禮建

摘 要：文章介紹了目前城軌車輛客室燈具的基本結構和安裝方式，分析了常用客室燈具的結構、控制方式及接線方式的特點，根據模塊化的設計方法，通過歸并、簡化、統一為一系列的燈具標準單元的過程。

關鍵詞：城軌車輛；客室燈具；模塊化設計

中圖分類號：U270.38+1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）11-0082-02

Abstract： This paper introduces the basic structure and installation mode of passenger room lamps for urban rail vehicles at present， analyzes the structure， control mode and wiring characteristics of commonly used passenger room lamps and lanterns， according to the modular design method， this paper suggests a process of merging， simplifying and unifying into a series of standard units of lamps and lanterns.

Keywords： urban rail vehicle； passenger room lamps； modular design

1 概述

“十三五”期間國家將繼續加大基礎設施建設的投入，綠色環保的軌道交通裝備產品進入新一輪的發展時期[1]。產品類型呈現出多樣化，地鐵、低地板車輛、跨座式單軌車，懸掛車，低速磁浮列車等產品同時涌現，對車輛制造商的設計、生產效率提出很大的考驗，為提高大規模生產的速度，降低成本，同時滿足用戶的多樣化、個性化的需求，提高市場的競爭力，這在種形勢下模塊化設計理念引入到設計中來是大勢所趨。為了適應當今城軌車輛市場需求，通過客室燈具進行了模塊設計，降低了成本，縮短了供貨周期，提高了生產效率。取得交貨速度、成本、質量上的優勢，為提高競爭力和取得良好的經濟效益奠定了夯實的基礎。

2 模塊化設計的概述

（1）模塊化的定義、對象和目的[2]。a.模塊化=結構典型化+接口規范化+通用化+系列化+組合化。b. 對象：構成系統或產品族的典型的、可用的（重復、復用）的要素，包括：系統、子系統、組件、部件、器件、電路邏輯組件、軟件程序、接口等。c. 目的：滿足多樣化的需求和適應激烈的市場競爭，但在多品種、小批量的生產方式下，實現最佳的效益和質量。

（2）模塊化產品設計的基本方法。a. 系統分解組成法：通過對產品族的分析，把其中相同或相似的功能單元或要素分離出來，經歸并、簡化、統一為一系列的標準單元（模塊）；用不同模塊和專用構件的組合構成多樣化的產品。b. 基本型派生法：集中力量研制一種基本型，通過變型（某些零件的附加、替換、再加工）派生出滿足多種需求的產品。c. 實際應用：組合法+基本派生法。

3 城軌車輛客室燈具基本結構分析

由于城軌項目不斷增多，各個項目客室燈具的結構和控制方式也不盡相同，現將主流燈具的結構及安裝方式進行分析，以成都1號線和廣州5號線為例。

3.1 成都1號線燈具結構及安裝分析

3.1.1 結構分析

（1）鎮流器安裝在燈體的頂部，易于頂板骨架的小橫梁相干涉，因此每個燈體的鎮流器的位置需根據橫梁的位置確定，燈體安裝孔也需根據橫梁位置來確定，因此這種安裝結構增加了燈體的種類，種類的增多會給安裝、檢修、維護和物流系統增加了工作量。（2）鎮流器是易損易耗件，需要經常更換，此燈體鎮流器安裝螺釘位于燈體內部，更換時，只要打開燈罩，拆下鎮流器安裝螺釘即可更換，更換時只需一個人即可完成此項工作。（3）燈罩采用了吊繩+滑槽的安裝結構，安裝時只需先將有吊繩的一側扣在燈體滑槽上，然后利用燈罩本身的柔韌性，將另一側扣在滑槽上即可，這種結構安裝、拆卸簡單，給檢修燈管、鎮流器帶來很大方便，大大減少了工作量，安裝檢修只需一個人可完成此工作。

3.1.2 安裝分析

從圖1中可以看出，燈體是通過安裝支架分別固定在頂板骨架的橫梁和縱梁上，安裝時，需要先將安裝支架掛在頂板骨架的相應位置，再將燈體試裝，根據燈體眼孔的具體位置，確定安裝支架位置，待燈體取下后，再緊固安裝支架，最后將燈體固定在安裝支架上，將燈罩扣上即可。這種安裝方式安裝過程比較復雜，特別是現車需要調整燈體之間的間隙時，非常耗時耗力。

3.2 廣州5號線燈具結構及安裝分析

3.2.1 結構分析

（1）鎮流器安裝在燈體上部，其在燈體的位置亦受頂板骨架的制約，檢修時需先將燈罩、燈體拆下，工作量較大。（2）燈罩安裝一側采用搭接結構，另外一側利用螺釘固定在燈體的吊耳上，固定螺釘頭外漏，不美觀。

3.2.2 安裝分析

從圖2中可以看出燈體安裝時需預先在頂板骨架上安裝鉚螺母，然后將燈體固定在骨架上；燈罩安裝時先將滑槽側搭接在頂板骨架上，另外一側利用螺釘固定在燈體的吊耳上。這種燈具結構的優點是：燈體安裝時無需過渡件，直接固定在骨架上，燈罩采用搭接結構，一個人施工即可。缺點是：由于骨架上預先將鉚螺母固定，在車體橫向方向上可調節量較少，當燈體與頂板閃縫不均時需調整時，工作量較大，不利于大批量生產。

4 客室燈具模塊化設計

隨著城市軌道項目的增多，燈體安裝結構逐漸定型，為了減少燈體的種類，方便燈管和鎮流器的拆卸檢修；方便燈罩的安裝拆卸，減少燈體鎮流器和燈體安裝孔受頂板骨架的制約，提高生產效率，根據模塊化方法和不同客戶的具體需求，通過對以往項目燈具結構的分析總結，把其中相同或相似的功能單元或要素分離出來，經歸并、簡化、統一為一系列的標準單元，不同功能的單元可以根據實際項目需求進行組合使用。

4.1 燈體結構模塊化

燈體采用鋁型材拉制而成，鎮流器安裝在燈體的內部，燈具斷面及安裝見圖3。

（1）燈體型材設計為完全對稱結構，型材本身寬度方向上對稱，燈體安裝眼孔在燈體長度和寬度方向上對稱，燈體不再分左右件，減少了燈具的種類。（2）鎮流器安裝在燈體內部，不再受骨架安裝梁的制約，而且夠達到了檢修方便的效果。（3）單獨設置燈具安裝梁，不再受頂板骨架橫梁的制約，安裝梁也可為側頂板所共用。

4.2 燈罩安裝結構固化

燈罩采用透光率好，耐老化，具有良好彈性的聚碳酸酯板，安裝采用吊繩+滑槽的安裝結構，十分便于生產、檢修、維護。具體斷面見圖3。此種結構在成都1號線，沈陽2號線，北京昌平線等項目上大量應用，已得到地鐵用戶的認可。另外客室燈罩可以根據具體項目的特點或業主的要求重新進行外形設計，但其安裝接口不變，不同項目之間的燈體實現了互換性。

4.3 電源模塊化

（1）供電電壓。通常城軌車輛客室照明中的緊急照明采用蓄電池供電，供電電壓為DC110V，正常照明采用AC220V供電，由于車輛提供為三相交流電，而一個正常照明燈具只用其中的一相，因此會增加燈具的種類，為較少燈具的種類，將正常照明供電電壓也設計為DC110V。（2）供電方式?？褪覠艟叱Ｓ玫墓╇姺绞接蟹稚⑹焦╇姾图惺焦╇妰煞N，其中分散式供電是每盞燈具配置1個鎮流器，每節車廂大約配置20多個鎮流器，數量較多給檢修維護帶來較多困難。集中式供電是每個車廂配置有2個電源模塊，2個電源模塊互為備份，當1個電源模塊損壞時，另外1個電源模塊能夠滿足本車廂燈具的滿功率運行，當燈具車輛進入緊急狀態時，集中電源則降功率運行，為車輛提供緊急照明。集中式供電優點：a. 采用DC110V直流供電，減少了燈具的供電電壓制式，從而減少了燈具本身自帶電纜的數量，減輕了燈體重量，節約了制造成本。b. 采用分散式供電時，每量車的鎮流器數量大約24個，檢修時需要先將拆卸燈罩，然后再對鎮流器進行更換，更換需再次將燈罩安裝，在此過程中燈罩容易變松動。集中式供電方式的的電源模塊放在電氣柜內，每節車廂只有2個。打開柜門即可對電源模塊進行檢修、維護。因此節約了維修時間，降低了人工成本。（3）電源模組。由于城軌車輛品種繁多，每種類型的客室長度不同，使用的照明燈具的功率也有所差異，因此我們將集中式電源模塊內的電源模組的功率固化為200W，電源模塊的功率可根據車輛的具體功率進行選擇電源模組的數量，從而滿足設計需求。

4.4 接線方式固化

根據不同項目的供電方式和接地方式不同，燈具的電源供電連接器采用6P和3P兩種，其中6P連接器方式可以滿足直流（應急照明）與交流（正常照明）共同供電的方式，此種方式也可滿足燈具客室每側燈具的集中接地的方式。3p連接器可應用于集中式直流供電方式和分散式集中供電的控制方式。

4.5 小結

通過對客室燈具的外形結構的模塊化，供電方式的固化，電源模功率和接線方式的固化，實現針對不同項目靈活選用各個功能模塊進行組合，以滿足不同項目的需求。

5 結束語

通過對以往地鐵車輛客室照明燈具基本結構和安裝方式的分析總結，經歸并、簡化、統一為一系列的燈具標準單元，大大減少了燈具的種類，提高了工作效率，提高大規模生產的效率，降低成本，滿足用戶的多樣化、個性化的需求，提高市場的競爭力，取得良好的經濟效益，奠定了良好的基礎。

參考文獻：

[1]王月華.城市軌道交通智能照明系統設計[J].城市軌道交通研究，2012（8）：108-111.

[2]童時中.模塊化原理設計方法及應用[M].中國標準化出版社，2010.