动车挡风玻璃安装结构

万志华　李宽欣　李朝　杨广　李东波

【摘要】挡风玻璃是动车组司机观察车外高低信号，线路情况的唯一窗口，其安全设计至关重要，由于受不可预测的因素影响，线路上不可避免有鸟类、砾石等较大异物撞击，由于列车的高速运行，撞击后挡风玻璃受到较大能量冲击，高强度玻璃也难免出现破坏现象，在挡风玻璃结构设计上采用防飞溅膜阻止玻璃碎屑飞溅，在安装结构上，采取快速更换方案保证列车调度的正常运转，本文提出一种优化的安装结构方案，具有较高的实用价值。

【关键词】挡风玻璃；防飞溅膜；粘接胶；密封胶；型材框；表干；固化

概述或引言

目前高速动车组的前挡风玻璃安装结构为玻璃由聚氨酯胶[1]直接粘接到车体上，玻璃、车体之间形成弹性连接，用于缓解列车出入隧道会车时面临的较大空气压力。挡风玻璃[2]完全靠胶粘接来满足安装要求，安装过程需要先将玻璃粘接到车体上，粘接后至少24小时进行密封，密封操作完成后至少在相同环境下12小时后才能移动车辆，但不允许车辆运行。这种安装方式受胶粘剂的限制较大，且安装过程较耗时。随着列车速度的增高，加之运行线路上不可避免的会出现砾石、飞禽类等飞行物，小的飞行异物撞击到高速运行列车的挡风玻璃上，能产生巨大的能量，挡风玻璃不可避免的会被撞坏。对于该类情况急需寻求解决办法，能否研制一种玻璃能提示信息或发射某种生物信号使飞禽类较早避开飞驰的列车，但该种方案对砾石等飞行物起不到提示作用；既然不能避免飞行物的撞击，能否研制一种装置在飞行物撞击的瞬间捕捉到温度场或气流场的微妙变化，激发气囊缓冲飞行物能量或直接将飞行物捕捉，但列车高速飞驰，温度场气流场的微妙变化很难捕捉，该方向有待于进一步深层次的研究；既然很难将飞行物捕捉，不防研究一种撞击后的补救措施，目前的挡风玻璃均带防飞溅膜，即使玻璃破碎也不会伤及司机，这样玻璃破碎后如何快速的更换玻璃，保证路局列车的正常调度运行成为问题的焦点。

1、无框式安装结构

现有动车组挡风玻璃安装结构为玻璃和铝合金车体型材框之间由高强度胶实现粘接和密封，胶24小时固化后，实行密封操作，密封胶24小时固化后，玻璃与铝合金车体间固接连接成一体，列车可运行，玻璃与车体间靠胶连接实现弹性减振缓冲功能。无框式挡风玻璃结构简单，安装难度小，其安装结构如图1所示。

挡风玻璃与铝合金车体型材框之间靠胶粘接，胶固化后不能实现随时拆卸，如果玻璃破裂只能进行破坏性拆除，拆卸困难耗时耗力，并拆卸时需拆卸内部的装饰罩板，工序较多，需多种工种配合，且再次安装挡风玻璃需要清洁活化等一系列操作，粘接胶固化对作业环境、温湿度要求较高，且等候胶固化后密封，3天内车辆不能移动运行，这一拆一装过程耗费较长周期，严重影响动车组的可用性，造成资源浪费。

2、压板式安装结构

压板式挡风玻璃整个安装过程不采用胶粘接，不受胶固化特性的影响，大大缩短了安装及拆卸[3]时间，其安装结构如图2所示。挡风玻璃带框和弹性密封胶条，窗框由螺栓连接到车体型材框上，挡风玻璃通过压板固定在车体上，压板和窗框通过螺栓连接，为足够的安全系数，螺栓可通过窗框直接连接到车体型材框上，挡风玻璃和窗框通过弹性密封结构进行密封，具有较好的减震和密封性能，压板通过紧固件与框和车体连接固定，安全性好。缺点是挡风玻璃为三维曲面结构，由于误差调节能力不足，压板与车体、玻璃在安装后，接缝处不平整，不美观，压板受力情况复杂，存在局部变形的风险，且不适合用于复杂曲面的安装结构。压板和玻璃、玻璃和窗框、窗框和压板、窗框和车体型材框、压板和车体型材框之间要合理匹配，保证安装及密封要求，多个件之间的匹配增加了制造精度即难度，这一方案的实现有待于制造加工工艺的进步。压板式结构更换时只需要更换挡风玻璃，随换随走，对材料及时间、成本均不会造成无谓的浪费。

3、双框式安装结构

双框式挡风玻璃的设计思路源于创新设计的分离原理，基于目前的技术水平不能阻止异物对玻璃的破坏性撞击，只能从预补偿的角度提高玻璃破坏后的补救措施，玻璃破坏只能更换，而更换周期的长短是问题的焦点。双框式挡风玻璃将影响更换速度的粘接胶分离出去，其安装结构如图3所示。采用两框式结构，先将外框粘接到车体型材上，再将内框组件用螺栓连接到外框上，内框与玻璃是提前粘接的整体式结构，外框与内框连接间设置密封胶条实现密封减振功能，内框螺栓孔上设置扣盖，外框与车体间填充泡沫材料后用少许密封胶密封，整个安装结构外观既平滑美观又能实现减振密封功能。当挡风玻璃遭异物撞击破坏后，拆除密封胶，拧下连接螺栓，整体更换内框组件，打少许密封胶即可。由于挡风玻璃整体为机械式连接结构，不受粘接胶的固化特性影响，更换玻璃后稍微停留，密封胶表干即可运行。拆卸的内框组件将破损玻璃拆除后重新粘接新玻璃以备用，实现了资源的重复利用。

4、总结

本文针对动车组挡风玻璃的安装结构提出了几种可行性方案，对其优缺点进行分析，可供不同速度等级的列车设计参考。低速动车可考虑安装方便的结构，高速且运营环境恶劣的列车可考虑快速更换结构。对于不同的安装方式可以经详细设计及安全性计算后，考虑试装，针对试装中出现的问题对结构进一步优化，本文只提供设计思路及连接方式，详细结构需根据具体车型优化，如玻璃厚度，螺栓数量等并未给出，玻璃厚度需根据列车速度及运营环境等进行设计，螺栓数量需根据玻璃面积及螺栓大小计算。挡风玻璃是列车重要部件，其安全设计至关重要，连接结构需稳妥可靠，玻璃结构需满足各项指标要求，如隔热性能、力学性能、光学性能等。另外玻璃的設计还需考虑不同的线路环境，如多隧道环境、高寒、高风沙环境等，需具体问题具体分析。

参考文献

[1]孙明辉，钟汉荣，薛继东.高强度聚氨酯挡风玻璃胶力学性能研究[J].粘接.2012（3）：048-051.

[2]李鹤.广州地铁4号线、5号线司机室前挡风玻璃设计[J].铁道车辆，2007，45（3）：30-32.

[3]兰广健，王建亮.地铁车辆前挡风玻璃拆除工艺[J].科技信息（科学·教研），2013（4）：384.