城軌車輛的前端擋風(fēng)玻璃設(shè)計原則探析

李宏雙 孫澤

摘要：隨著城市人口的不斷增加，環(huán)保要求的不斷提高，城市軌道交通已成為現(xiàn)代城市公共交通的一道亮麗風(fēng)景。前端擋風(fēng)玻璃是城軌車輛中的重要組成部件，涉及司機的安全，決定了司機的視野。本文從系統(tǒng)設(shè)計的角度論述了城軌車輛設(shè)計中前端擋風(fēng)玻璃的設(shè)計原則。

關(guān)鍵詞：前端擋風(fēng)玻璃；安全夾層；電加熱；型式試驗

1 前端擋風(fēng)玻璃的厚度設(shè)計原則

在城軌車輛的前端擋風(fēng)玻璃設(shè)計中，均采用安全夾層玻璃設(shè)計。里、外層為玻璃，中間夾層普遍采用聚乙烯醇縮丁醛（PVB）。根據(jù)項目的具體要求以及車輛的運行速度，內(nèi)層可增加一層防飛濺膜，增加安全性，達到抗散裂的要求。防飛濺膜普遍采用聚對苯二甲酸類塑料（PET）。車輛運行速度小于120km/h時，前端擋風(fēng)一般設(shè)計厚度為12，對于要求執(zhí)行TB/T1451和EN 15152的車輛，增設(shè)防飛濺膜。對于一些速度較低的輕軌車輛，抗沖擊滿足UIC651標準的項目，前端擋風(fēng)玻璃的厚度可適當(dāng)降低，以達到減重的目的。在前端擋風(fēng)玻璃的設(shè)計研發(fā)中，需充分考慮標準要求、速度、環(huán)境的綜合要求。

2 前端擋風(fēng)玻璃的結(jié)構(gòu)型式設(shè)計原則

在城軌車輛的前端擋風(fēng)玻璃設(shè)計中，普遍采用兩種結(jié)構(gòu)型式，一種是玻璃直接粘接到車頭上，一種是玻璃自身帶框架，框架與車頭機械連接。目前國內(nèi)項目普遍采用第一種結(jié)構(gòu)型式，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕。通過計算以及粘接試驗的驗證，膠粘接結(jié)構(gòu)能夠滿足滿足DIN6701鐵路車輛和鐵路車輛構(gòu)件的粘接要求。缺點是在車輛運行過程中，如有出現(xiàn)破損的玻璃，更換玻璃需要48小時。因為膠需要較長得固化時間，且拆除擋風(fēng)玻璃時，除膠工序較拆除螺釘工序難度稍大?，F(xiàn)國外的城軌項目，由于維修維護上要求擋風(fēng)玻璃更換時間較短，膠粘結(jié)構(gòu)不能夠滿足時間的要求，故采用帶框架的擋風(fēng)玻璃設(shè)計。缺點是成本高，安裝時與車頭匹配困難，精度要求極高。

3 前端擋風(fēng)玻璃的電加熱系統(tǒng)的設(shè)計原則

在城軌車輛的前端擋風(fēng)玻璃設(shè)計中，普遍采用兩種電加熱系統(tǒng)。一種是導(dǎo)電膜加熱系統(tǒng)，一種是電阻絲加熱系統(tǒng)。其中電阻絲加熱是通過鎢絲均勻的分布在PVB膠片上作為加熱電阻，技術(shù)成熟，成本低。導(dǎo)電膜加熱是將氧化錫銦通過電磁濺射到玻璃表面作為加熱電阻，價格高于電阻絲加熱。國內(nèi)城軌車輛普遍采用電阻絲加熱。

4 前端擋風(fēng)玻璃的型式試驗淺析

以TB/T 1451機車動車前窗玻璃標準為例，對前端擋風(fēng)玻璃進行的主要型式試驗總結(jié)如下：

1）加熱均勻性。額定電壓下通電。通過暗室中執(zhí)行暗影試驗來測試加熱系統(tǒng)的非加熱區(qū)和過加熱區(qū)，將光投射到白色屏幕上。通過在加熱區(qū)產(chǎn)生的可觀測缺陷檢驗是否滿足標準規(guī)定。

2）介電強度試驗。在加熱系統(tǒng)終端和窗口邊緣之間施加兩倍額定電壓加1000V（2U+1000V）的電壓來進行介電強度試驗。試驗電壓增幅不得超過500V/s。全電壓時試驗持續(xù)時間為（60±5）s。試驗用50Hz的正弦交流電，漏電電流小于5mA為合格。城軌車輛的前端擋風(fēng)玻璃漏電電流值為0.02A左右。

3）副像偏離。測定主像和副像間的角偏差，合格標準為主視覺區(qū)最大為15，輔視覺區(qū)最大為25。

4）光畸變。用幻燈機（在透鏡前設(shè)置光闌）透過玻璃樣片，投影到白色屏幕上，合格標準為光畸變主視覺區(qū)最大為2，輔視覺區(qū)最大為6。

5）霧度。霧度書面解釋為：透過試樣而偏離入射光方向的散射光通量與透射光通量之比，用百分比表示。通俗的講，霧度就是對光的散射能力，霧度越大，玻璃對光的散射能力越強，人眼就越看不清。TB/T 1451中規(guī)定的合格標準要求是，霧度小于2.5 %，通常情況下，城軌車輛的前端擋風(fēng)玻璃的霧度為0.4%左右。

6）耐磨性。試驗方法是在試樣的外表面試驗循環(huán)次數(shù)為1000次，內(nèi)表面為100次。合格標準是，磨損引起的霧度變化，外表面不超過2%，內(nèi)表面不超過8%。

7）透光率。透光率的概念相對較好理解，即為光穿透材料的能力，TB/T 1451規(guī)定，前端擋風(fēng)玻璃的透光率應(yīng)在70%以上。通常情況下城軌車輛的前端擋風(fēng)玻璃透光率可達到80%。

8）色度。色度的型式試驗?zāi)康氖欠乐雇高^前窗玻璃的光顏色偏差導(dǎo)致司機誤讀信號。

9）抗老化性。城軌車輛在抗老化型式試驗上，需要進行紫外線輻射抗老化性，耐熱抗老化試驗，潮濕環(huán)境抗老化，電加熱抗老化四項檢驗。

10）抗沖擊、散列試驗。試驗方法是質(zhì)量為1.0kg的鋁彈，以Vmax+160km/h的速度沖擊試樣（Vmax為最高速度）。試驗后不得穿透前窗玻璃，且前窗玻璃仍位于其框架內(nèi)，沖擊同時進行散列試驗，要求鋁板未產(chǎn)生痕跡，散列性能視為合格。

5 結(jié)語

城軌車輛的前擋風(fēng)玻璃的設(shè)計涉及知識繁多，如隔音、隔熱、防火、粘接計算、粘接試驗等。本文僅對城軌車輛擋風(fēng)玻璃的基本設(shè)計原則進行了闡述。在實際項目的設(shè)計中，還需提高其他細節(jié)的管控，這樣才能保證車輛的安全運行。

參考文獻

[1]TB/T 1451-2007機車動車前窗玻璃

（作者單位：中車長春軌道客車股份有限公司）