高速动车组侧窗中空玻璃设计及检修研究

陈保霖 石佳良 赵祥 罗宏亮 李鹏

摘要

交通强国，铁路先行。高速动车组列车是一个非常庞大的复杂系统，采用了许多新技术、新结构，加之与周围环境、列车线路等的相互作用，使得高速列车在长期服役过程中会出现可靠性、可用性、维修性和安全性等方面的问题，直接威胁到高速列车的安全运营。中空玻璃是由两片或两片以上玻璃中间用带有干燥剂的间隔框隔开、周边密封的玻璃制品。由于中空玻璃具有良好的保温隔热性能，在铁路行业有着广泛应用。本论文主要讨论高速动车组中空侧窗玻璃创新设计理论以及服役性能劣化与寿命评估、基于服役性能的可靠性评估与状态维修策略研究。

关键词：动车组 侧窗 中空玻璃 寿命评估

1. 侧窗玻璃结构设计

在侧窗设计过程中，首先根据车辆限界、用户要求等输入内容，确定系统顶层设计指标，首先需要确定的顶层指标有：玻璃的强度性能、抗风压性能、隔热性能、隔音性能，这些性能指标直接影响侧窗的结构设计。根据确定的顶层设计指标制定相关技术方案，考虑侧窗的功能及设计要求，同时考虑破损后快速更换车窗的要求确定侧窗的结构方案。侧窗设计过程中要注意侧窗玻璃的厚度、组合方式、是否镀膜、镀哪种膜等因素。现有车窗结构如下图所示：

图1-1 高速动车侧窗结构 图1-2 城际动车侧窗结构

客室侧窗是乘客对外交流的主要窗口，满足客室隔热、隔音及采光要求。并且在紧急情况下，可以打碎进行逃生。客室侧窗系统的所有部件需满足使用环境的条件，既充分适应空气内含有相当大的湿气，且其中含有盐分和腐蚀性物质的气候条件，能防腐蚀，在动车组寿命周期内不允有锈蚀痕迹。

2. 动车组侧窗玻璃失效

虽然，动车高铁在我们国内发展较快，但发展时间比较短，许多技术还很不成熟，专门针对动车高铁运行工况、环境的侧窗玻璃的研究还很少，尤其是针对其使用性能和使用寿命评价技术的研究仍为空白。

侧窗玻璃失效主要有三种情况：一是玻璃失效，二是中空密封胶失效，三是PVB胶膜失效。根据断裂力学理论，对于一定厚度的玻璃，当应力强度因子达到某一临界值，裂纹即迅速扩展而导致玻璃结构脆性断裂。因此玻璃的疲劳寿命与玻璃初始裂纹长度、深度及施加载荷产生的应力值有关。

PVB是英语Polyvinyl Butyral的简称，中文名称为聚乙烯醇缩丁醛，主要含有缩醛基、羟基和少量乙酰基，形成三官能团的化学结构。分子式：C₁₆H₂₈O₅，分子结构式如下，属于高分子链。PVB膜片是由PVB树脂和增塑剂经过挤出混炼后流延形成，是一种软质片材，厚度在0.2~2 mm，无毒、无味，在一定压力和温度下可与玻璃很好地黏结，是安全玻璃夹层的最佳选择。

图2-1 PVB化学结构式

3. 侧窗玻璃寿命评估

高速列车密封胶是高速列车侧窗系统密封用的关键零部件之一，其性能的好坏尤其是使用寿命的长短，直接影响到侧窗密封性能以及列车的安全性。密封胶具有良好的密封性能，保证了列车的正常运行，被动车高铁广泛使用。但随着使用时间的延长，胶会发生老化破坏，使用性能和使用寿命就会大大降低，因此对其综合性能和寿命进行准确预测、评价，制定合理的维护及更换规程，就显得非常重要。

密封系统是保证空气侧窗密封系统正常运作的重要组成部分，密封胶又是密封系统的重要组成部件之一。因此，密封圈的好坏直接影响到空气侧窗密封系统的正常运作。如果密封圈的寿命还没有结束就对其进行替换，这样就浪费了密封圈的剩余使用价值，造成了资源的浪费。如果密封圈的寿命已经结束还没有对其进行替换，这样就会影响空气侧窗密封系统的正常运作，严重了甚至会影响列车的正常运行，造成不可挽救的损失。表3-1为几种密封胶的性能比较.

表3-1 几种密封胶的性能比较

密封胶	MVTR/[g/(m2xd)]	气体透过性（氩气）/[ml/(m2xdxbar)]	拉伸强度/MPa	耐紫外线性能	耐高低温
丁基胶	0.1-0.2	5-15	极小	优秀	较差
硅酮胶	15-20	2000-4000	15-25	优秀	优秀
聚硫胶	3-6	40-80	2-3	较差	良好
聚氨酯胶	2-6	100-300	4-8	良好	良好

在高速动车组侧窗运维和检修过程中，运修成本与检修周期及人力时间成本通常是一个矛盾的两方面，二者不可兼得，但为了实现效益最大化，就需要针对侧窗玻璃进行专项分析研究，详细深层次研究其对应的运修技术，找出二者之间的平衡点，来实现统筹兼顾。

4. 结论

通过对高速动车组侧窗玻璃设计及寿命周期成本的分析，需增强对运修技术的研究，进而降低后期成本投入所占比例，提高高速动车组侧窗玻璃使用效率。

侧窗玻璃后期设计、检修可概括为：.

（1）能修则修，不能修则更换新件，以降低检修成本。

（2）研究检修方法，对比检修与换新的成本，同时考虑环保，报废处理。

（3）根据侧窗玻璃使用情况，研究零部件实际使用寿命、存储条件等。

（4）根据侧窗玻璃使用情况，反馈设计部门，在新产品中优化其性能和结构，降低运修成本。

参考文献

[1] 王忠凯.动车组运用检修计划优化方法的研究[D].北京：中国铁道科学研究院，2012

[2]． 陈保霖.车辆振动与噪声测试系统软件开发与应用[D].燕山大学,2013:26-35.

[3]．权毅.关于动车组以及检修作业方式的探讨[J].铁道车辆，2014（9）：40-42.