城轨车辆客室灯具模块化设计

刘传刚 郭礼建

摘 要：文章介绍了目前城轨车辆客室灯具的基本结构和安装方式，分析了常用客室灯具的结构、控制方式及接线方式的特点，根据模块化的设计方法，通过归并、简化、统一为一系列的灯具标准单元的过程。

关键词：城轨车辆；客室灯具；模块化设计

中图分类号：U270.38+1 文献标志码：A 文章编号：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”期間国家将继续加大基础设施建设的投入，绿色环保的轨道交通装备产品进入新一轮的发展时期[1]。产品类型呈现出多样化，地铁、低地板车辆、跨座式单轨车，悬挂车，低速磁浮列车等产品同时涌现，对车辆制造商的设计、生产效率提出很大的考验，为提高大规模生产的速度，降低成本，同时满足用户的多样化、个性化的需求，提高市场的竞争力，这在种形势下模块化设计理念引入到设计中来是大势所趋。为了适应当今城轨车辆市场需求，通过客室灯具进行了模块设计，降低了成本，缩短了供货周期，提高了生产效率。取得交货速度、成本、质量上的优势，为提高竞争力和取得良好的经济效益奠定了夯实的基础。

2 模块化设计的概述

（1）模块化的定义、对象和目的[2]。a.模块化=结构典型化+接口规范化+通用化+系列化+组合化。b. 对象：构成系统或产品族的典型的、可用的（重复、复用）的要素，包括：系统、子系统、组件、部件、器件、电路逻辑组件、软件程序、接口等。c. 目的：满足多样化的需求和适应激烈的市场竞争，但在多品种、小批量的生产方式下，实现最佳的效益和质量。

（2）模块化产品设计的基本方法。a. 系统分解组成法：通过对产品族的分析，把其中相同或相似的功能单元或要素分离出来，经归并、简化、统一为一系列的标准单元（模块）；用不同模块和专用构件的组合构成多样化的产品。b. 基本型派生法：集中力量研制一种基本型，通过变型（某些零件的附加、替换、再加工）派生出满足多种需求的产品。c. 实际应用：组合法+基本派生法。

3 城轨车辆客室灯具基本结构分析

由于城轨项目不断增多，各个项目客室灯具的结构和控制方式也不尽相同，现将主流灯具的结构及安装方式进行分析，以成都1号线和广州5号线为例。

3.1 成都1号线灯具结构及安装分析

3.1.1 结构分析

（1）镇流器安装在灯体的顶部，易于顶板骨架的小横梁相干涉，因此每个灯体的镇流器的位置需根据横梁的位置确定，灯体安装孔也需根据横梁位置来确定，因此这种安装结构增加了灯体的种类，种类的增多会给安装、检修、维护和物流系统增加了工作量。（2）镇流器是易损易耗件，需要经常更换，此灯体镇流器安装螺钉位于灯体内部，更换时，只要打开灯罩，拆下镇流器安装螺钉即可更换，更换时只需一个人即可完成此项工作。（3）灯罩采用了吊绳+滑槽的安装结构，安装时只需先将有吊绳的一侧扣在灯体滑槽上，然后利用灯罩本身的柔韧性，将另一侧扣在滑槽上即可，这种结构安装、拆卸简单，给检修灯管、镇流器带来很大方便，大大减少了工作量，安装检修只需一个人可完成此工作。

3.1.2 安装分析

从图1中可以看出，灯体是通过安装支架分别固定在顶板骨架的横梁和纵梁上，安装时，需要先将安装支架挂在顶板骨架的相应位置，再将灯体试装，根据灯体眼孔的具体位置，确定安装支架位置，待灯体取下后，再紧固安装支架，最后将灯体固定在安装支架上，将灯罩扣上即可。这种安装方式安装过程比较复杂，特别是现车需要调整灯体之间的间隙时，非常耗时耗力。

3.2 广州5号线灯具结构及安装分析

3.2.1 结构分析

（1）镇流器安装在灯体上部，其在灯体的位置亦受顶板骨架的制约，检修时需先将灯罩、灯体拆下，工作量较大。（2）灯罩安装一侧采用搭接结构，另外一侧利用螺钉固定在灯体的吊耳上，固定螺钉头外漏，不美观。

3.2.2 安装分析

从图2中可以看出灯体安装时需预先在顶板骨架上安装铆螺母，然后将灯体固定在骨架上；灯罩安装时先将滑槽侧搭接在顶板骨架上，另外一侧利用螺钉固定在灯体的吊耳上。这种灯具结构的优点是：灯体安装时无需过渡件，直接固定在骨架上，灯罩采用搭接结构，一个人施工即可。缺点是：由于骨架上预先将铆螺母固定，在车体横向方向上可调节量较少，当灯体与顶板闪缝不均时需调整时，工作量较大，不利于大批量生产。

4 客室灯具模块化设计

随着城市轨道项目的增多，灯体安装结构逐渐定型，为了减少灯体的种类，方便灯管和镇流器的拆卸检修；方便灯罩的安装拆卸，减少灯体镇流器和灯体安装孔受顶板骨架的制约，提高生产效率，根据模块化方法和不同客户的具体需求，通过对以往项目灯具结构的分析总结，把其中相同或相似的功能单元或要素分离出来，经归并、简化、统一为一系列的标准单元，不同功能的单元可以根据实际项目需求进行组合使用。

4.1 灯体结构模块化

灯体采用铝型材拉制而成，镇流器安装在灯体的内部，灯具断面及安装见图3。

（1）灯体型材设计为完全对称结构，型材本身宽度方向上对称，灯体安装眼孔在灯体长度和宽度方向上对称，灯体不再分左右件，减少了灯具的种类。（2）镇流器安装在灯体内部，不再受骨架安装梁的制约，而且够达到了检修方便的效果。（3）单独设置灯具安装梁，不再受顶板骨架横梁的制约，安装梁也可为侧顶板所共用。

4.2 灯罩安装结构固化

灯罩采用透光率好，耐老化，具有良好弹性的聚碳酸酯板，安装采用吊绳+滑槽的安装结构，十分便于生产、检修、维护。具体断面见图3。此种结构在成都1号线，沈阳2号线，北京昌平线等项目上大量应用，已得到地铁用户的认可。另外客室灯罩可以根据具体项目的特点或业主的要求重新进行外形设计，但其安装接口不变，不同项目之间的灯体实现了互换性。

4.3 电源模块化

（1）供电电压。通常城轨车辆客室照明中的紧急照明采用蓄电池供电，供电电压为DC110V，正常照明采用AC220V供电，由于车辆提供为三相交流电，而一个正常照明灯具只用其中的一相，因此会增加灯具的种类，为较少灯具的种类，将正常照明供电电压也设计为DC110V。（2）供电方式。客室灯具常用的供电方式有分散式供电和集中式供电两种，其中分散式供电是每盏灯具配置1个镇流器，每节车厢大约配置20多个镇流器，数量较多给检修维护带来较多困难。集中式供电是每个车厢配置有2个电源模块，2个电源模块互为备份，当1个电源模块损坏时，另外1个电源模块能够满足本车厢灯具的满功率运行，当灯具车辆进入紧急状态时，集中电源则降功率运行，为车辆提供紧急照明。集中式供电优点：a. 采用DC110V直流供电，减少了灯具的供电电压制式，从而减少了灯具本身自带电缆的数量，减轻了灯体重量，节约了制造成本。b. 采用分散式供电时，每量车的镇流器数量大约24个，检修时需要先将拆卸灯罩，然后再对镇流器进行更换，更换需再次将灯罩安装，在此过程中灯罩容易变松动。集中式供电方式的的电源模块放在电气柜内，每节车厢只有2个。打开柜门即可对电源模块进行检修、维护。因此节约了维修时间，降低了人工成本。（3）电源模组。由于城轨车辆品种繁多，每种類型的客室长度不同，使用的照明灯具的功率也有所差异，因此我们将集中式电源模块内的电源模组的功率固化为200W，电源模块的功率可根据车辆的具体功率进行选择电源模组的数量，从而满足设计需求。

4.4 接线方式固化

根据不同项目的供电方式和接地方式不同，灯具的电源供电连接器采用6P和3P两种，其中6P连接器方式可以满足直流（应急照明）与交流（正常照明）共同供电的方式，此种方式也可满足灯具客室每侧灯具的集中接地的方式。3p连接器可应用于集中式直流供电方式和分散式集中供电的控制方式。

4.5 小结

通过对客室灯具的外形结构的模块化，供电方式的固化，电源模功率和接线方式的固化，实现针对不同项目灵活选用各个功能模块进行组合，以满足不同项目的需求。

5 结束语

通过对以往地铁车辆客室照明灯具基本结构和安装方式的分析总结，经归并、简化、统一为一系列的灯具标准单元，大大减少了灯具的种类，提高了工作效率，提高大规模生产的效率，降低成本，满足用户的多样化、个性化的需求，提高市场的竞争力，取得良好的经济效益，奠定了良好的基础。

参考文献：

[1]王月华.城市轨道交通智能照明系统设计[J].城市轨道交通研究，2012（8）：108-111.

[2]童时中.模块化原理设计方法及应用[M].中国标准化出版社，2010.