摘  要：地铁列车布线不仅仅关系到车辆后期的维护，还会影响到列车的正常运营。随着列车功能设计上的逐渐成熟，业主招标和车辆设计都普遍开始重视列车的布线，尤其是在车外的底架布线。围绕底架布线模块化程度，阐述列车底架布线的各种设计方案及理念，比较和研究不同的方案，展望底架布线未来的设计方向。

关键词：地铁动车组；列车布线；模块化；方案比较

 

      地铁列车底架布线包括枕梁内布线和枕梁外布线，其中，枕梁内布线主要由高压电缆连接至受电弓，通过高压母线和辅助供电母线连接列车牵引、辅助系统设备；枕梁外布线主要用于底架引上线至客室电气柜的连接和跨接线的连接。跨接线主要用于车与车之间的电气连接，使电源线及控制线贯穿整个列车。

      不同车体的底架设备安装方式、枕梁及转向架的结构等各具特殊性，因此，所采用的底架布线和跨接线的设计思路和方案也不一样。按照底架线槽过枕梁的方式可以将底架布线分为 3 种，第 1 种是横穿枕梁式底架布线，在枕梁满足机械强度要求的条件下，设有过线槽孔；第 2 种是上跨枕梁式底架布线，利用枕梁与底架的空间设计底架布线；第 3种是下跨枕梁式底架布线，利用枕梁与转向架的空间设计底架布线。以实际项目为例，阐述 3 种底架布线的设计理念和方案，分析和研究不同方案的应用条件及其优劣。

 

      下跨枕梁式底架布线主要用于枕梁与车体底架贴合焊接，线槽没有足够空间穿过枕梁上方。上海13 号线、苏州 1 号线及杭州 1 号线地铁列车底架布线均采用下跨枕梁式结构。

      上海 13 号线地铁列车线槽采用 3 mm 厚6061-T6 铝合金型材挤压成形，苏州 1 号线及杭州1 号线地铁列车线槽采用 3 mm 厚不锈钢板材焊接而成，由于运输及表面处理的需要，底架线槽由 3段线槽拼接而成。由于枕梁中部存在转向架与枕梁的连接点，两边空间被空气弹簧所占用，因此，底架线槽采用一位侧线槽和二位侧线槽，分别从空气弹簧和转向架连接座的中间通过。底架线槽内需要分布各电压等级的线束，对 EMC 和 EMI 要求较高，需对各电压等级线束隔开布线。

      过枕梁线槽采用支架固定线束的简约设计理念，但所有过枕梁线束都穿波纹管保护，固定于线槽上。线槽截面如图 1 所示。

      过枕梁线槽如图 2 所示。

      底架线槽采用模块化设计理念，对线槽的安装采用统一的安装接口，方便现场的施工，线槽安装三维示意如图 3 所示。

      底架线槽上预留有安装 T 型槽，通过安装角铁与设备吊挂梁固定。这样，一方面保证了线槽安装的高可靠性，另一方面可以减少线槽固定支架。线槽安装截面如图 4 所示。

      苏州 1 号线和杭州 1 号线地铁列车底架线槽的安装采用在车体上挤压或者焊接通长的 T 型槽，线槽上铆接安装支架，通过安装支架与 T 型槽固定。

      采用下跨枕梁式底架布线，线束在线槽出线口主要有 2 种设计方案。一种是设计多功能的线槽盖板，在线槽出线口的线槽盖板上开口，同时线槽盖板折弯形成线束固定面，如图 5 所示。

      另一种是在线槽出线口安装分线箱，线束引出线槽直接进入分线箱，通过格兰头出线，如图6 所示。

      下跨枕梁式底架布线主要应用在枕梁与车体之间没有空隙、贴面为焊接结构的情况下。一方面，线槽采用两侧线槽，一侧为高电压电源线束，一侧为低电压控制线束，每侧的线槽再按不同类的线束等级分开，可很大程度上保证列车 EMC 要求；另一方面，底架布线最大程度上实现了模块化要求，线束完全固定于线槽后，总装车间通过工装实现底架线槽的模块化安装，可减少总装车间的工序，降低车上布线的风险。

 

      上跨枕梁式底架布线主要用于铝合金车体，枕梁与车体之间采用焊接或者螺栓连接，但枕梁牵引中心销面是凹陷结构，枕梁与车体间有较大的间隙，可以满足线槽从其间通过。南京 1 号线、2 号线和 10 号线，以及深圳 4 号线地铁列车底架布线都是采用上跨枕梁式结构。

      枕梁在设计时铸造成下凹的形状，上表面与车体不是平面贴合，因此，底架线槽采用列车中心侧单根线槽，线槽两侧向两边吊挂设备分线。线槽也采用 3 段线槽拼接组成，线槽整体并不是铝型材挤压形成，而是通过折弯件拼焊而成，根据线束等级的不同，分为 5 个隔间来满足列车布线 EMC 要求。枕内线槽截面如图 7 所示。

      枕内线槽正视图如图 8 所示。

      过枕梁线槽同样采用线槽与盖板模式，以最大程度地保证线束在转向架区域的可靠性，减少波纹管的使用，提高模块化程度，增加布线空间利用率。过枕梁线槽如图 9 所示。

      从图 9 可以看出，线槽盖板采用双侧与线槽安装，这种方式紧固点较多，极大程度上保证了列车布线的高可靠性。在上海地铁 10 号线地铁列车中，线槽盖板一侧设计有卡槽，通过卡槽卡住线槽，另一侧用螺栓固定，这种方法可减少现场安装的复杂程度，但增加了一定的设计风险。

      上海地铁 10 号线车体底架下安装有防寒材及不锈钢防火板，底架设备的安装采用车体边梁吊挂模式。在这种情况下，底架线槽的安装采用在不锈钢防火板上铆接线槽吊挂梁，通过线槽的安装座与其固定。线槽安装如图 10 所示。

      上跨枕梁式底架布线可以采用图 5 所示的线槽盖板出线或者图 6 所示的分线箱出线模式，这里描述一种设计方法，即同时采用线槽盖板和分线箱出线，如图 11 所示。

      转向架区域底架布线，包括电机线束、速度传感器线束、回流线束、应答器线束等。如果牵引系统采用架控模式，则 1 个牵引逆变器 VVVF 控制 1个转向架上的 2 个电机，因此，VVVF 出来只有 3根电机线，而 2 个电机需要 6 根线，这样就设计出线槽盖板和分线箱同时布线的模式。速度传感器、回流线及应答器线束采用线槽盖板布线，而电机线束通过分线箱布线，其中分线箱内部安装有汇流端子进行分线。

      上跨枕梁式底架布线主要应用在枕梁牵引中心销面是凹陷结构，与车体之间存在一定的空间，可以满足线槽充分地通过枕梁上方。这种底架布线设计的优点在于线槽放置于车体横向中心线上，布线时线槽两侧向各吊挂设备分线，采用 1 根线槽就可以完成列车底架布线，既节约了成本，又减少了总装车间的安装压力。由于线槽要穿过枕梁上方，但枕梁上方空间有限，很难满足较大连接器通过枕梁上方，因此，降低了列车底架布线模块化的程度。

 

      孟买地铁 1 号线底架布线就采用了横穿枕梁式结构。车体为不锈钢焊接结构，枕梁为开孔碳钢结构，底架采用不锈钢梁柱焊接而成。枕内区域线槽固定于不锈钢梁柱下方，由于转向架及枕梁空间需求，枕梁及枕梁附近区域线槽采用固定于枕梁及不锈钢梁柱中。

      枕梁及底架横梁上均开有线槽孔，由于线槽孔的大小会影响底架强度，因此，设计时采用 2个线槽横穿底架横梁及枕梁。由于枕内线束较多，将线槽吊挂于底架横梁上。线槽采用铝合金 ENAW-6061（Al Mg1SiCu）材料，特殊型材断面挤压而成。线槽截面分为 2 种，一种是无分间隔，同一等级线束布置于其中，如图 12 所示；另一种是铝合金分间隔，不同等级的线束布置于其中，如图 13 所示。

      线槽上下截面厚度不同，与底架的接触面 2 mm厚，轨道面一侧为 3 mm 厚，这样可有效减少轨道面物飞溅对线槽产生破坏的可能性。中间不规则圆弧面为 3 mm 逐渐过渡到 2 mm 的结构，这样可增加强度，同时对飞溅物产生的力进行有效分解。线槽内表面喷涂绝缘层（耐压 1 500 V AC，保持时间1 min，无击穿、无闪络；绝缘电阻为 50 MΩ），外表面进行硬质阳极氧化处理（氧化膜厚度为 50～60 μm，氧化膜平均硬度须达 HV 378.3），以应对孟买恶劣的使用环境，提高使用寿命。过枕梁线槽如图 14 所示。

      线槽穿过底架横梁和枕梁的线槽孔，采用不锈钢梁柱上焊接吊挂耳与线槽上连接支架固定。由于底架梁柱与线槽的材质、硬度不同，需保证横梁孔与线槽有一定的间隙，横梁孔四周用胶皮防护。对于不穿底架横梁的线槽，同样采用吊挂耳与线槽上支架固定。线槽安装如图 15 所示。

      横穿枕梁式底架布线采用的线槽较特殊，在线槽出线处必须使用分线箱，通过分线箱将线槽中的线引到底架设备上，这样，既能够保证列车电气布线的 EMC 要求，又能够在恶劣的环境下更好地保护电缆。底架布线如图 16 所示。

      横穿枕梁式底架布线主要应用在底架为不锈钢梁柱结构（类似孟买地铁 1 号线），或者底架为地板梁结构（类似 CRH380 动车组）。这种结构可以通过开孔使线槽横穿枕梁和底架横梁实现底架布线。这种底架布线设计的优点在于电缆线束完全置于封闭的铝合金线槽中，以在各种恶劣的运营条件下保证电缆的可靠性，且对列车 EMC 防护也提供最大的保证。这种底架布线方式也有其局限性，一是大大降低了列车布线模块化要求，增加了总装车间底架布线的工序，且许多车端连接器需要现车压接，增大了车上布线的风险；二是封闭的线槽影响高电压电缆的散热，从而对电缆的选型要求更高，要求余量更大，增加了设计风险。

 

      车体及枕梁的结构不同，很大程度上决定了底架布线方式的不同，同一种布线方式又存在许多不同的设计技巧，需要根据不同的列车进行分析和选择。上述 3 种底架布线方式均基于成熟的项目，每种布线方式具有不同的应用条件和优缺点，且每种设计理念又有不同的地方。

      未来底架布线设计思路将主要以提高底架布线的模块化程度为首要目标，以实现底架布线的高可靠性、高维护性等。底架布线的模块化设计理念已经取得了很好的实际应用效果。因此，通过不断完善底架布线模块化、集成化布线设计技术和改进工艺工装保证措施，必将提高我国轨道车辆底架布线模块化技术，有效地推动我国车辆整体设计技术的发展。

 

［1］汤恒舟． 铁路客车电气模块化设计技术应用研究［J］． 铁道车辆，2008，46 （11）：13-16．

［2］中华人民共和国铁道部． TB/T 3153—2007 机车车辆布线规则［S］．

［3］B.C.BEP（俄）． 俄罗斯新一代机车车辆－电气设备、车辆的模块化结构及客车的可靠性［J］． 国外铁道车辆，2002，39（4）：22-26．