城際軌道交通車輛車窗設(shè)計(jì)概要課件

1、軌道交通車輛車窗設(shè)計(jì)的總體介紹 王達(dá)緯 2010110241第1頁，共18頁。軌道交通車輛車窗設(shè)計(jì)的總體介紹 鐵路客車是一個(gè)活動(dòng)的建筑，人們要求在客車內(nèi)生活得舒適方便，希望有充足的光照、柔和的輕風(fēng)、適宜的溫度、安靜的環(huán)境、良好的視野等。但是客車畢竟與固定建筑不同，它是以一定速度運(yùn)行的“活動(dòng)建筑”，人們要求在旅途中從車窗處能欣賞窗外的風(fēng)景，在停站時(shí)能遞送和購買東西。因此，客車車窗不僅是影響客車外觀的部件，而且是影響客車使用功能及舒適度的重要部件之一。如果說客車車廂是“旅客之家”的話，那么客車的車窗應(yīng)該是旅客的“方便之窗”。所以，作為一個(gè)車輛設(shè)計(jì)師首先要考慮到如何使車窗滿足旅客舒適和方便的要求。第

2、2頁，共18頁。軌道車輛車窗的功能 透光及透視功能：車窗透光率應(yīng)在80%左右,在長時(shí)間紫外線照射后(例如3000h )，透光率變化不大于1%。第3頁，共18頁。軌道車輛車窗的特點(diǎn)抗沖擊性：風(fēng)擋玻璃必須保證足夠的防穿透能力。沖擊強(qiáng)度高（尤其是低溫下的沖擊強(qiáng)度），擊而不碎，或擊后只出現(xiàn)裂紋但不裂斷，不產(chǎn)生危及司機(jī)及乘客安全的碎塊。司機(jī)室車窗試驗(yàn)方法就是當(dāng)風(fēng)擋玻璃在噴過漆的框架中安裝之后，要經(jīng)過1kg質(zhì)量的物體以vp = 460 km/h的速度（UIC依據(jù) 651:2002-07-01，第2.7.4，“前窗強(qiáng)度”，物體沖撞速度vp = 運(yùn)行速度300 km/h + 相向速度160 km/h）沖撞,風(fēng)

3、擋玻璃不能被穿透。隔熱性：保證夏季空調(diào)和冬季采暖的效果。一般以傳熱系數(shù)k表示，它表明在玻璃兩側(cè)溫差為1時(shí)，在l面積內(nèi)可傳遞的熱量(功率),單位為W/(C)。隔音性：車窗應(yīng)是良好的隔音材料。一般按DIN52210-75標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。隔音性能取決于車窗玻璃硬度、厚度和結(jié)構(gòu)?？估匣裕簢庖话阍陬l率為2Hz、負(fù)荷為4kPa的正弦波形沖擊下進(jìn)行10萬次疲勞老化試驗(yàn)和頻率為0.5Hz、負(fù)荷為5kPa的25萬次的疲勞老化試驗(yàn)。難燃性：達(dá)到DIN4102標(biāo)準(zhǔn)的A級(jí)(不燃級(jí))和B1級(jí)（難燃級(jí)）。加工性：易切割，易鉆孔；利用一定加工方法可彎曲成一定曲率半徑的拱形，使機(jī)車前車窗具有一定的采光藝術(shù)設(shè)計(jì)，又提高了承載能力

4、。自重小：隨著高速機(jī)車車輛的輕型化，要求車窗玻璃自重小?？箟毫Σǎ寒?dāng)高速列車會(huì)車時(shí)和通過隧道時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的壓力差 ,車窗玻璃應(yīng)能承受這巨大的壓力波。第4頁，共18頁。軌道車輛車窗的種類 車窗分為裝有單層玻璃或隔層玻璃的金屬窗框(輕合金或不銹鋼)的側(cè)窗，以及裝有其他金屬窗框的側(cè)窗和無窗框的玻璃窗。側(cè)窗又分為固定車窗、氣窗、開啟或半開啟車窗、以及滑動(dòng)窗。 固定車窗由其結(jié)構(gòu)與材料可分為:（1）中空車窗玻璃 在兩層玻璃間留有空腔，并充入干燥氣體；或除此之外,在外側(cè)玻璃空氣層側(cè)涂上一層隔熱性能好的特殊金屬膜。這種玻璃有良好的隔熱、隔音性能，可消除太陽輻射熱引起的不舒適感。 （2） 夾層車窗玻璃 在兩片或

5、多片玻璃間嵌夾透明塑料薄片，經(jīng)熱壓或灌漿粘合而成。使用不同玻璃和中間夾層材料可獲得耐光、耐熱、耐濕、耐寒等特殊性能。此種玻璃抗沖擊強(qiáng)度高，碎后不飛散，只產(chǎn)生輻射狀裂紋，耐高溫、耐寒、耐濕且透光率在80%左右。（3） 聚碳酸酯板車窗玻璃 聚碳酸酯屬于綜合性能優(yōu)良的熱塑性塑料，通過壓制或擠壓方法可制成聚碳酸酯保溫透光板 (Lexam Thermoclear Sheet,以下簡稱LTC板)。國外已用LTC板作車窗玻璃。LTC板較之普通玻璃有許多優(yōu)點(diǎn)，主要是質(zhì)輕 ；沖擊強(qiáng)度高；隔熱性能好;隔聲優(yōu)良；阻燃性好；透光性不差；耐候性好；易切割。第5頁，共18頁。軌道車輛車窗的設(shè)計(jì)要求 【1】車窗應(yīng)滿足旅客方

6、便和舒適的要求 （1）通風(fēng) 對(duì)于沒有空調(diào)的客車，車窗的通風(fēng)是極為重要的。良好的通風(fēng)性能應(yīng)使旅客既感到?jīng)鏊巳?，又感到和風(fēng)輕拂。在列車運(yùn)行時(shí)開啟車窗進(jìn)入車內(nèi)的迎面風(fēng)速度都較高，所以要達(dá)到上述目的，車窗的開啟位置很重要。第6頁，共18頁。 1）一扇上開窗 我國現(xiàn)有22型客車的一扇上開窗，具有開啟方便，結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，車窗關(guān)閉時(shí)視野也較好。它的缺點(diǎn)是通風(fēng)性能不理想，尤其是硬座車，坐在迎風(fēng)側(cè)的人，風(fēng)速過急，坐在背風(fēng)側(cè)的人，因受座椅靠背的阻擋又吹不到風(fēng)，這樣的狀況在春秋季節(jié)或夏季晚上更為突出，因此迎風(fēng)側(cè)的旅客休息時(shí)要求關(guān)閉車窗,致使車內(nèi)空氣極為污濁。 2）一扇下開窗 一扇下開窗的通風(fēng)性能良好,因?yàn)轱L(fēng)在靠

7、背以上吹入，不受阻擋，迎風(fēng)側(cè)及背風(fēng)側(cè)的人均能得益，氣流位置在頭部以上，能達(dá)到使車內(nèi)涼爽而不直接吹人的目的。另外還可用調(diào)節(jié)車窗開啟的大小來調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度,以適應(yīng)季節(jié)變化及白天黑夜溫度不同的要求。但是下開窗的最大弊病是排水困難，致使鋼結(jié)構(gòu)腐蝕嚴(yán)重，所以這種結(jié)構(gòu) 已逐漸淘汰。3）橫拉窗 橫向拉窗不需要平衡車窗重量的均衡裝置(目前很多公路大客車采用這種開啟型式),結(jié)構(gòu)簡單，并且在整個(gè)車窗高度內(nèi)均能有風(fēng)吹入。但是,車窗只能開啟一半，迎風(fēng)側(cè)與背風(fēng)側(cè)進(jìn)風(fēng)的差距很大，密封性能較差，所以在鐵路客車上極少采用。4）兩截式車窗 兩截式車窗按開啟方式的不同有以下幾種形式 :上窗上開、下窗固定式;上窗下開、下窗固定式;上

8、窗上開、下窗上開式;上窗下開、下窗上開式,以及下窗固定、上窗橫向拉動(dòng)或側(cè)開或向里翻開等多種型式。兩截式車窗具有下開窗通風(fēng)性能 良好的特點(diǎn)，又無下開窗鋼結(jié)構(gòu)腐蝕嚴(yán)重的缺點(diǎn)。下窗固定的兩截窗具有人坐高度內(nèi)密封性能較好的優(yōu)點(diǎn)，也適用于一些空調(diào)客車中的活動(dòng)窗及非空調(diào)客車的車窗。車窗的開啟高度與固定高度的比例,因各國情況不同及應(yīng)用席別不同而不同。在空調(diào)客車中，可開啟部分通常只占全車窗的 1/3，而在普通客車中可占1/2。由于我國人口多,車內(nèi)擁擠,夏季炎熱地區(qū)要求具有較大的通風(fēng)量,以消暑氣，所以可開啟部分的高度可取為全車窗的2/3。由于兩截式車窗的優(yōu)點(diǎn)較多，所以目前世界上采用這種型式的車窗較多。 對(duì)于采用

9、固定車窗的高速列車則采用通風(fēng)系統(tǒng)解決車廂內(nèi)通風(fēng)問題。第7頁，共18頁。 （2）視野 旅客從車內(nèi)向車外觀光景色，車窗尤如一幅畫的鏡框,車外景色在鏡框內(nèi)活動(dòng)。合理的鏡框應(yīng)使車外景色均在人的視線范圍內(nèi)，即車內(nèi)旅客坐在座位上觀看景色時(shí)不擋視線。據(jù)資料介紹，中國人坐勢(shì)平均視線高度是,男性為1181毫米,女性為1110毫米,人們?cè)谧⒁暿挛飼r(shí),距視線中15的角度內(nèi)最清楚,判斷的正確性也最高。因此稱此角度的視野為直接視野,距視線中心15角度以外的可見范圍內(nèi),注視事物就較模糊，也不能正確判斷事物，稱為間接視野。兩 眼可見范圍為上方不大于50、下方不大于70，左右方向視野為200。由于人頸左右轉(zhuǎn)動(dòng)比上下抬頭、低頭

10、方便，因此車窗設(shè)計(jì)成橫向?qū)?、上下窄是比較合理的。第8頁，共18頁。 （3）采光與隔熱 從采光考慮，車窗越大，陽光越充足，車內(nèi)越明亮。但是車窗越大，輻射熱也越強(qiáng)，通常在現(xiàn)有客車中，從車窗中接受的輻射熱約 4000一5000 千卡/ 時(shí)左右，以一般空調(diào)車總熱量30000千卡/ 時(shí)計(jì)算,從車窗進(jìn)入的熱量約占全車的1/6 1/7。另一方面車窗又是全車隔熱的薄弱環(huán)節(jié)。1982年四方車輛研究所曾對(duì)25.5米客車的局部傳熱系數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，雖然車窗是雙層玻璃，但是傳熱系數(shù)仍很大，約為2.53一3.374千卡/ 米時(shí)，由于車窗占整車面積8.4一12.01% ,因此對(duì)整車K值影響很大。若把車窗高度改為800毫米，

11、即車窗面積減少17% ，從車窗進(jìn)入的輻射熱也按比例變化，即輻射熱由4000 5000千卡/ 時(shí)可降為3500 4000千卡/ 時(shí)左右，車窗面積占整車面積的8.412.01%也降為7.3 10%，因此傳熱量也相應(yīng)減少。 此外，采用吸熱玻璃或反射玻璃對(duì)空調(diào)客車是有利的，因?yàn)槲鼰岵ＡЩ蚍瓷洳Ａ苁龟柟庵械募t外線80 90%被反射，而仍能保證有50% 的透明度（國產(chǎn)濾色玻璃的透明率為78%)。雖然濾色玻璃比普通玻璃的成本約高一倍，但是由于輻射熱減小，空調(diào)機(jī)組的冷負(fù)荷亦可減小，所以是經(jīng)濟(jì)合理的。第9頁，共18頁。 （4）隔聲與密封性 車窗隔聲性能的好壞取決于兩個(gè)因素：窗玻璃的厚度及雙層玻璃間的空氣層厚度

12、；車窗本身及車窗與側(cè)墻之間的密封性。 1）窗玻璃的厚度及其雙層玻璃間的空氣層厚度 窗玻璃及其雙層玻璃間空氣層厚度越厚則隔聲量越大，但是窗玻璃的厚度受重量限制，不宜過厚，一般采4 一 5毫米;玻璃間空氣層的厚度也受側(cè)墻厚度限制，不可能太厚。玻璃厚度為5毫米，空氣層厚度為6毫米的中空玻璃隔聲量約為29分貝。車窗隔聲是全車的薄弱環(huán)節(jié),減小窗口面積同樣對(duì)全車隔聲有利。 2）車窗及車窗與側(cè)墻之間的密封 若窗的孔縫僅占窗面積的1% ,車窗的隔聲量只有20分貝，即使玻璃和空氣層再厚，整個(gè)車窗的隔聲量不會(huì)太大,所以車窗的密封處理相當(dāng)重要。 為了提高客車的防寒性能,對(duì)客車的各種孔縫必須嚴(yán)加控制,其中也包括數(shù)量多

13、、影響大的車窗密封處理。試驗(yàn)證明，若以內(nèi)端墻為界進(jìn)行全車隔熱性能試驗(yàn)時(shí),測(cè)得普通客車內(nèi)泄熱量占總熱量的8.06一11.99% ,具有較大的熱損失，所以改進(jìn)車窗的密封對(duì)客車的防寒性能也具有一定的作用。 此外，車窗的密封處理還涉及到高速運(yùn)行時(shí)車內(nèi)空氣壓力的變化，當(dāng)列車以高速通過隧道時(shí)，車內(nèi)的壓力變化可達(dá)100毫米水柱以上。由于這種壓力的瞬時(shí)變化，使人耳特別難受，因此要保證客室內(nèi)的壓力不受車體外壓力的影響，必須做好客車的密封，其中包括車窗的密封。第10頁，共18頁。 （5）非常時(shí)期的安全性 在非常時(shí)期，即列車發(fā)生事故時(shí)，往往由于車門變形而不能開啟，車窗必須能很方便地開啟，以供出入。在空調(diào)客車的固定式

14、車窗中，應(yīng)考慮設(shè)有安全措施。例如德國二等試驗(yàn)客車的車窗，在窗的上方設(shè)有手柄,平時(shí)由一小塊玻璃復(fù)蓋，在發(fā)生事故等非常時(shí)期時(shí)，可以打碎小玻璃，拉動(dòng)手柄，就可抽出固定玻璃的橡膠條，玻璃由上下兩根分別為5厘米和60厘米的不銹鋼絲繩將其擋住，不會(huì)打傷旅客，旅客能方便的由此窗口出來。 在一些高速列車內(nèi)可以使用安全玻璃。這種玻璃由兩塊玻璃組合，中間有透明塑料將兩層玻璃粘合，用安全錘玻璃打碎時(shí)，玻璃碎片被塑料粘住，不會(huì)打傷人。 （6）車窗的外形及色調(diào) 車窗外形要與車體側(cè)墻協(xié)調(diào)一致，比例要合適，兩截式車窗除開啟形式有優(yōu)點(diǎn)外，也增加了客車表面的層次感。 車窗的外形，除受結(jié)構(gòu)限制，尺寸受到一定約束外，應(yīng)盡可能使比例

15、符合美學(xué)的法則，例如長寬比要符合黃金比(即長寬比為1.618 ),長寬比為5、2等均是美的比例，當(dāng)然不必追求絕對(duì)的算術(shù)比，近似符合，也能達(dá)到一定的效果。在色調(diào)方面要與車內(nèi)外協(xié)調(diào)一致,要和諧均勻統(tǒng)一。第11頁，共18頁。 【2】車窗應(yīng)滿足運(yùn)用維修方便的要求 （1）提高耐久性，減少維修量 由于車窗是客車中數(shù)量較多的大部件，因此應(yīng)經(jīng)久耐用，以減小其維修工作量。設(shè)計(jì)師的任務(wù)是要分析利弊、權(quán)衡得失、綜合考慮，以選擇最佳方案。有時(shí)結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜，成本雖高一些，但能達(dá)到經(jīng)久耐用、維修工作量小的目的，最后綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果反而更好。 車窗要達(dá)到經(jīng)久耐用,從材料材質(zhì)上改進(jìn)也很有必要。在塑料工業(yè)及有色金屬日益發(fā)達(dá)的今

16、天應(yīng)該充分利用這些材料的耐磨性，延長使用壽命。 （2）提高互換性 零件的互換性好，給維修帶來很多方便。要提高互換性，可以從兩方面著手，一方面擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)化及統(tǒng)一結(jié)構(gòu)；另一方面盡可能用模具制造及部件安裝，減少手工操作機(jī)零件組裝。第12頁，共18頁。 【3】車窗設(shè)計(jì)應(yīng)利于制造 （1）模具化 為了提高生產(chǎn)率及提高產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能為使用模具創(chuàng)造條件。 （2）合理利用新材料新工藝 新材料、新工藝的使用能大幅度的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。第13頁，共18頁。軌道車輛車窗的質(zhì)量評(píng)估檢測(cè) 1 安全玻璃厚度及尺寸的檢驗(yàn) 1 . 1 厚度的測(cè)定 1 . 2 尺寸的測(cè)定 1 . 3 彎曲度的測(cè)定 1 . 4 吻合度的測(cè)定

17、2 安全玻璃的外觀檢驗(yàn) 3 基本特性的試驗(yàn) 3 . 1 透射比試驗(yàn) 3 . 2 光畸變?cè)囼?yàn) 3 . 3 耐熱性試驗(yàn)第14頁，共18頁。 3 . 4 抗沖擊性試驗(yàn) 3 . 4 . 1 試樣 300 mm 300 mm 的鋼化玻璃或夾層玻璃。 3 . 4 . 2 試驗(yàn)裝置 使用如圖2 的試樣支架和可使鋼球可以自由落下的裝置；質(zhì)量為508g 3g（直徑約50mm）表面光滑的鋼球。 3 . 4 . 3 試驗(yàn)程序 1 ) 當(dāng)試樣為夾層玻璃時(shí)，試驗(yàn)前在232的溫度下至少存放4h，鋼化玻璃的試樣溫度取2015。 2 ) 將試樣水平放置在支承架上，接觸部位用符合GB/T531規(guī)定的硬度為邵爾A50的橡膠條墊襯

18、，沖擊面相當(dāng)于安裝到車輛上時(shí)的外側(cè)面，試驗(yàn)彎型玻璃時(shí)，需要使用相應(yīng)的輔助框架支撐。 3 ) 將鋼球按表20規(guī)定的高度自由落下， 沖擊點(diǎn)應(yīng)在距試樣中心25mm的范圍內(nèi)。 4 ) 對(duì)每塊試樣的沖擊僅限一次，并觀察其沖擊后的結(jié)果： 當(dāng)試樣為鋼化玻璃時(shí)， 觀察其是否破壞； 當(dāng)試樣為夾層玻璃時(shí)，觀察鋼球是否穿透，用讀數(shù)精確到0.5g的天平測(cè)定從沖擊面反側(cè)剝離的碎片總質(zhì)量。第15頁，共18頁。 3 . 5 碎片狀態(tài)試驗(yàn) 3 . 5 . 1 試樣 從制品中抽取。 3 . 5 . 2 試驗(yàn)裝置 曝光和曬圖裝置；尖端曲率半徑為0.2mm0.05mm的錘子或沖頭。 3 . 5 . 3 試驗(yàn)步驟 1 )將試樣放在相同形狀和尺寸的第二塊試樣上，在兩塊試樣之間放上感光紙，并用透明膠帶紙沿周邊粘牢。 2 )在試樣