城轨车辆的前端挡风玻璃设计原则探析
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摘要：随着城市人口的不断增加，环保要求的不断提高，城市轨道交通已成为现代城市公共交通的一道亮丽风景。前端挡风玻璃是城轨车辆中的重要组成部件，涉及司机的安全，决定了司机的视野。本文从系统设计的角度论述了城轨车辆设计中前端挡风玻璃的设计原则。
关键词：前端挡风玻璃；安全夹层；电加热；型式试验
1 前端挡风玻璃的厚度设计原则
在城轨车辆的前端挡风玻璃设计中，均采用安全夹层玻璃设计。里、外层为玻璃，中间夹层普遍采用聚乙烯醇缩丁醛（PVB）。根据项目的具体要求以及车辆的运行速度，内层可增加一层防飞溅膜，增加安全性，达到抗散裂的要求。防飞溅膜普遍采用聚对苯二甲酸类塑料（PET）。车辆运行速度小于120km/h时，前端挡风一般设计厚度为12，对于要求执行TB/T1451和EN 15152的车辆，增设防飞溅膜。对于一些速度较低的轻轨车辆，抗冲击满足UIC651标准的项目，前端挡风玻璃的厚度可适当降低，以达到减重的目的。在前端挡风玻璃的设计研发中，需充分考虑标准要求、速度、环境的综合要求。
2 前端挡风玻璃的结构型式设计原则
在城轨车辆的前端挡风玻璃设计中，普遍采用两种结构型式，一种是玻璃直接粘接到车头上，一种是玻璃自身带框架，框架与车头机械连接。目前国内项目普遍采用第一种结构型式，结构简单，重量轻。通过计算以及粘接试验的验证，胶粘接结构能够满足满足DIN6701铁路车辆和铁路车辆构件的粘接要求。缺点是在车辆运行过程中，如有出现破损的玻璃，更换玻璃需要48小时。因为胶需要较长得固化时间，且拆除挡风玻璃时，除胶工序较拆除螺钉工序难度稍大。现国外的城轨项目，由于维修维护上要求挡风玻璃更换时间较短，胶粘结构不能够满足时间的要求，故采用带框架的挡风玻璃设计。缺点是成本高，安装时与车头匹配困难，精度要求极高。
3 前端挡风玻璃的电加热系统的设计原则
在城轨车辆的前端挡风玻璃设计中，普遍采用两种电加热系统。一种是导电膜加热系统，一种是电阻丝加热系统。其中电阻丝加热是通过钨丝均匀的分布在PVB胶片上作为加热电阻，技术成熟，成本低。导电膜加热是将氧化锡铟通过电磁溅射到玻璃表面作為加热电阻，价格高于电阻丝加热。国内城轨车辆普遍采用电阻丝加热。
4 前端挡风玻璃的型式试验浅析
以TB/T 1451机车动车前窗玻璃标准为例，对前端挡风玻璃进行的主要型式试验总结如下：
1）加热均匀性。额定电压下通电。通过暗室中执行暗影试验来测试加热系统的非加热区和过加热区，将光投射到白色屏幕上。通过在加热区产生的可观测缺陷检验是否满足标准规定。
2）介电强度试验。在加热系统终端和窗口边缘之间施加两倍额定电压加1000V（2U+1000V）的电压来进行介电强度试验。试验电压增幅不得超过500V/s。全电压时试验持续时间为（60±5）s。试验用50Hz的正弦交流电，漏电电流小于5mA为合格。城轨车辆的前端挡风玻璃漏电电流值为0.02A左右。
3）副像偏离。测定主像和副像间的角偏差，合格标准为主视觉区最大为15’，辅视觉区最大为25’。
4）光畸变。用幻灯机（在透镜前设置光阑）透过玻璃样片，投影到白色屏幕上，合格标准为光畸变主视觉区最大为2’，辅视觉区最大为6’。
5）雾度。雾度书面解释为：透过试样而偏离入射光方向的散射光通量与透射光通量之比，用百分比表示。通俗的讲，雾度就是对光的散射能力，雾度越大，玻璃对光的散射能力越强，人眼就越看不清。TB/T 1451中规定的合格标准要求是，雾度小于2.5 %，通常情况下，城轨车辆的前端挡风玻璃的雾度为0.4%左右。
6）耐磨性。试验方法是在试样的外表面试验循环次数为1000次，内表面为100次。合格标准是，磨损引起的雾度变化，外表面不超过2%，内表面不超过8%。
7）透光率。透光率的概念相对较好理解，即为光穿透材料的能力，TB/T 1451规定，前端挡风玻璃的透光率应在70%以上。通常情况下城轨车辆的前端挡风玻璃透光率可达到80%。
8）色度。色度的型式试验目的是防止透过前窗玻璃的光颜色偏差导致司机误读信号。
9）抗老化性。城轨车辆在抗老化型式试验上，需要进行紫外线辐射抗老化性，耐热抗老化试验，潮湿环境抗老化，电加热抗老化四项检验。
10）抗冲击、散列试验。试验方法是质量为1.0kg的铝弹，以Vmax+160km/h的速度冲击试样（Vmax为最高速度）。试验后不得穿透前窗玻璃，且前窗玻璃仍位于其框架内，冲击同时进行散列试验，要求铝板未产生痕迹，散列性能视为合格。
5 结语
城轨车辆的前挡风玻璃的设计涉及知识繁多，如隔音、隔热、防火、粘接计算、粘接试验等。本文仅对城轨车辆挡风玻璃的基本设计原则进行了阐述。在实际项目的设计中，还需提高其他细节的管控，这样才能保证车辆的安全运行。
参考文献
[1]TB/T 1451-2007机车动车前窗玻璃
（作者单位：中车长春轨道客车股份有限公司）
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