城軌車輛的前端擋風玻璃設計原則探析

李宏雙 孫澤

摘要：隨著城市人口的不斷增加，環保要求的不斷提高，城市軌道交通已成為現代城市公共交通的一道亮麗風景。前端擋風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。本文從系統設計的角度論述了城軌車輛設計中前端擋風玻璃的設計原則。

關鍵詞：前端擋風玻璃；安全夾層；電加熱；型式試驗

1 前端擋風玻璃的厚度設計原則

在城軌車輛的前端擋風玻璃設計中，均采用安全夾層玻璃設計。里、外層為玻璃，中間夾層普遍采用聚乙烯醇縮丁醛（PVB）。根據項目的具體要求以及車輛的運行速度，內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，前端擋風一般設計厚度為12，對于要求執行TB/T1451和EN 15152的車輛，增設防飛濺膜。對于一些速度較低的輕軌車輛，抗沖擊滿足UIC651標準的項目，前端擋風玻璃的厚度可適當降低，以達到減重的目的。在前端擋風玻璃的設計研發中，需充分考慮標準要求、速度、環境的綜合要求。

2 前端擋風玻璃的結構型式設計原則

在城軌車輛的前端擋風玻璃設計中，普遍采用兩種結構型式，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。目前國內項目普遍采用第一種結構型式，結構簡單，重量輕。通過計算以及粘接試驗的驗證，膠粘接結構能夠滿足滿足DIN6701鐵路車輛和鐵路車輛構件的粘接要求。缺點是在車輛運行過程中，如有出現破損的玻璃，更換玻璃需要48小時。因為膠需要較長得固化時間，且拆除擋風玻璃時，除膠工序較拆除螺釘工序難度稍大。現國外的城軌項目，由于維修維護上要求擋風玻璃更換時間較短，膠粘結構不能夠滿足時間的要求，故采用帶框架的擋風玻璃設計。缺點是成本高，安裝時與車頭匹配困難，精度要求極高。

3 前端擋風玻璃的電加熱系統的設計原則

在城軌車輛的前端擋風玻璃設計中，普遍采用兩種電加熱系統。一種是導電膜加熱系統，一種是電阻絲加熱系統。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，技術成熟，成本低。導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。國內城軌車輛普遍采用電阻絲加熱。

4 前端擋風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，對前端擋風玻璃進行的主要型式試驗總結如下：

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

2）介電強度試驗。在加熱系統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最大為15，輔視覺區最大為25。

4）光畸變。用幻燈機（在透鏡前設置光闌）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最大為2，輔視覺區最大為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次數為1000次，內表面為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規定，前端擋風玻璃的透光率應在70%以上。通常情況下城軌車輛的前端擋風玻璃透光率可達到80%。

8）色度。色度的型式試驗目的是防止透過前窗玻璃的光顏色偏差導致司機誤讀信號。

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，沖擊同時進行散列試驗，要求鋁板未產生痕跡，散列性能視為合格。

5 結語

城軌車輛的前擋風玻璃的設計涉及知識繁多，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玻璃的基本設計原則進行了闡述。在實際項目的設計中，還需提高其他細節的管控，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）