铁路客车车窗设计技术

客车设计部培训教材 KSJC05-05

1铁路客车车窗设计技术 作者 刘志美 内容提要:本文重点介绍了客车车窗的设计原则、设计步骤、设计要点及统型铝合金单元式车窗设计，对铁路客车车窗设计的掌握将有积极的帮助。 ※ ※ ※ 1概述 铁路客车车窗是客车设计中的重要部件之一，是车体侧墙的组成部分，车窗设计的合理与否直接影响到行车安全以及旅客乘坐的舒适度，是体现旅客列车安全性、舒适性的重要标志之一。 我国现行铁路旅客列车的车窗从形式上分为二种：一种是单元式组合车窗，另一种是窗带式粘接车窗。从结构上分可分为向下开启式、向上开启式、内翻式以及玻璃粘接式车窗。除粘接式车窗外，向下开启式、向上开启式、内翻式车窗又有活动车窗和固定车窗两种之分，这三种结构的车窗由于是在车下自成一体，自行组成一独立单元，可统称为铝合金单元式车窗。 向下开启式车窗为较早开发的客车用车窗，但在车辆的运用过程中发现：由于是上部开启，它用于非空调客车时通风性能不好，座车上的乘客热的只能座在座椅背上或站在过道上，介于这些情况，又开发了向上开启式车窗。随着铁路车辆的不断发展，对车辆的性能和外观要求不断提高，又研制出了25K客车车窗，在运用过程中发现了一些问题，在此基础上又进行了改进，演变成了现有的25T型车窗。 我国幅源辽阔，地理位置、气候环境差异很大，不同速度等级、不同车型的旅客列车以及地方铁路的自身需求，使得25B、25G、25T型列车以及200km/h速度以上的动车组同时并存，现有车窗在满足既有车辆的前提下，为了更好地适应铁路客车高速发展的需求，不断开发、研制高品质的车窗是我们努力的方向。 2设计原则 设计原则：车窗作为车体的重要组成部分，其安全性、可靠性、舒适性要求是车窗设计的最根本要素。车窗的结构设计应能满足以下主要性能：防雨性能、气密性能、水密性能、抗风压性能、隔热性能、隔声性能、耐久性能。 形式确定：常规客车车窗形式一般是由招议标《技术规范》或客户要求确定，对于新研制客车、特殊车种、特别要求的车辆，比如地方铁路客车可根据用户的需求来配置车窗。 车窗设置：车窗设置一般是由总体设计根据车辆的平断面布置来确定，对于空调客车其活动窗的设置一般根据应急通风的需求来确定，它与车内的平面布置和旅客分布情况有关。车窗的大小从理论上来说应该越大越好，因为车窗越大自然采光越好，视野越广阔，但车窗越大带来的问题相应增大，如所承受的压力、车窗的重量、安装的难度、采购成本等。所以一般情况下总体设计需要根据各种利弊关系综合考虑决定。 客车设计部培训教材 KSJC05-05

2下面结合铝合金单元车窗，对其设计步骤进行重点介绍。 3设计步骤 3．1设计依据 TB/T3107-2005《铁道客车单元式组合车窗》 《技术规范》中对车窗的有关规定； 《技术规范》中各车种平断面布置中车窗的配置要求; 总体设计说明及平断面布置图; 同类车窗的设计。 3．2 设计定位（设计方案确定） 依据总体设计技术要求及平断面布置图确定车窗的结构型式、钢口尺寸、数量以及固定窗与活动窗的配置。 结构型式：上窗下拉式、下窗上拉式、内翻式 钢口尺寸：614X1014XR120 1064X1014XR120 1264X1014XR120 (厨房窗 1064X894XR1200) 数量：根据车型车种确定 固定窗与活动窗配置：根据车型车种确定 3．3提出联系书 与车体之间的安装关系以业务联系书的方式提出，对车体侧墙钢结构及侧墙内墙板的开孔尺寸应有公差要求，并明确车窗安装用紧固件螺栓与车体接触处钢板的强度要求，保证车窗能安装牢固。 3．4完成设计 3．5试制验证 车窗的设计必须满足其主要性能的要求，产品试制完成后须对其进行型式试验。主要试验项目为：防雨性能试验、水密性能试验、抗风压性能试验、隔热性能试验、隔声性能试验、耐久性能试验等。 4 车窗型式及适用车型 向上开启式车窗：亦称KC6车窗，主要用于22B型翻新车以及25B型非空调客车。 向下开启式车窗：亦称KC3车窗，主要用于25B型硬卧车和乘务员宿营车以及25G型客车。 内翻式车窗：又可分为25K型和25T型两种，主要用于25G、25K、25T型空调客车。 玻璃粘接式车窗：主要用于速度160km/h以上的客车。比如“先锋号”动车组。 5 车窗性能 防雨性能：进行防雨试验，应不出现渗漏现象。 气密性能：满足车辆整体气密性要求。 水密性能：在淋雨量3L/(m2.·min)情况下，渗漏压力差值ΔP≥350Pa。 抗风压性能：变形压力差值P1≥3KPa;安全压力差值P3≥3.5KPa。 客车设计部培训教材 KSJC05-05

3隔热性能：传热系数K≤3.5W/(m2·K) 隔声性能：计权隔声量RW≥25Db 耐久性能：活动车窗经2X104次全行程启闭试验，均衡机构或翻转机构不应失效;车窗主体构件不变形，不开焊。 机械强度：车窗、固定件及其所有配件应能抗御与UIC566-1990规定的下列加速水平相应的惰性载荷：纵向＝5g; 横向＝3g; 垂直=3g(包括重力作用)，这些加速载荷不可造成固定件任何永久变形。 6设计要点 6．1基本要求 对于不同运营速度的各车型车种，对车窗的主要性能指标参数是不同的，车辆的运营速度越高，对车窗的各项主要性能指标要求越高，比如抗风压性能、隔声性能等。在车窗设计时一般要考虑如下基本要求。 外观：车窗的外部平面与车体侧墙应尽可能地设计在同一平面上，不但减小风的阻力，而且从列车的外观上来看也更加美观，内翻式车窗的外观与上下开启式车窗相比，美观程度大大提高; 通风：通常在设有空调的列车上，设有一定数量的活动窗，主要是考虑到在空调出现故障时或单车停放情况下，可以通过活动窗应急通风，保持车内外空气的流通; 隔热隔声：从隔热、隔声的角度考虑，车窗的窗框设计时，应尽量减少暴露在车外的铝型材面积，减少传热面，同时铝型材的断面设计尽可能采用断桥结构，不至于使外部热量直接传入客室内，车窗玻璃采用中空玻璃结构，即内外两层钢化玻璃，中间为干躁空气或惰性气体组成，对车窗的隔热、隔声性能有明显提高; 密封：车窗的密封性是车窗设计的关键，特别是活动窗，通常是采用橡胶密封条与铝型材的配合来实现; 安装：车窗的安装应满足可靠、便捷的原则，单元式铝合金车窗主要安装型式为拉紧滑块式，对于粘接式玻璃窗，由于没有铝框，将玻璃直接安装在车体钢结构上，用结构胶及密封胶将车窗固定。 6．2单元式组合车窗设计要点 a) 产品须符合TB/T3107-2005《铁道客车单元式组合车窗》的规定。 b) 活动车窗开启应轻便灵活，作用良好。 向上或向下开启的活动车窗净开口高度应不小于340mm,并能随遇平衡; 内翻转车窗的净开启角度应不小于30°; 开关车窗外加力：车窗总组装后应不大于80N,车窗装车后应不大于100N。 c) 活动车窗应设把手和窗锁。窗锁带有开、关标识，可用铁道客车通用三角钥匙开闭，开闭应灵活可靠。 d) 车窗主体构件为铝型材，组成后应不变形、不开焊，窗框、窗外框、内饰框的外露表面应平整 客车设计部培训教材 KSJC05-05

4光滑，不应有明显的划痕和油污等缺陷。喷塑面不应有起皱、流坠、气泡等缺陷。喷塑厚度为60μm～100μm。 e) 车窗的均衡机构或翻转机构、玻璃和密封胶条应便于检修更换。 6．3主要材料要求 a) 车窗用铝合金型材应符合GB/T5237.2的规定，力学性能应不低于6063－T5，阳极氧化型材氧化膜质量应不低于AA15级。粉末喷涂型材质量应符合GB/T5237.4规定。 b) 车窗用玻璃应符合GB18045的规定。 c) 车窗用密封胶条应符合HG/T3088的规定。 d) 车窗用弹簧材料应符合GB/T5218的规定。 e) 非金属材料的阻燃性能应能符合TB/T3138-2006规定。 f) 非金属材料的环保要求应能符合TB/T3139-2006规定。 g) 不锈钢应符合GB/T1220的规定，其性能应不低于1Cr18Ni9。 6．4 结构设计 6．4.1 车窗窗框设计 车窗窗框采用铝合金型材制作而成，型材断面的设计要点： a) 须有足够的强度及刚度来满足抗风压性能要求; b) 须满足玻璃更换便捷的要求及玻璃安装的可靠性要求; c) 须满足密封胶条及压紧玻璃用胶条的安装和更换方便的要求; d) 须满足均衡机构或翻转机构安装的要求; e) 须满足与内饰框或内墙板之间过渡胶条安装的要求; f) 须满足与车体钢结构拉铆或固定滑块的结构要求。 6．4.2 车窗玻璃设计 6.4.2.1中空玻璃组成 车窗玻璃采用中空玻璃，所谓中空玻璃即两片或多片玻璃以有效支撑均匀隔开并周边粘接密封，使玻璃层间形成有干燥气体空间的制品。目前铁路客车使用的中空玻璃的有效支撑均为使用金属框加干燥剂及内外密封胶的结构形式，内外玻璃均为钢化玻璃。中空玻璃的组成结构、玻璃厚度、空气层厚度主要依据车辆的运营速度来确定，空气层的厚度在一定范围内是随厚度的增加其隔热、隔声性能成正比例增加。 6.4.2.2中空玻璃结构 向上开启式车窗和向下开启式车窗的中空玻璃结构为5＋9＋5，即钢化玻璃厚5＋空气层厚9＋钢化玻璃厚5，总厚度为19;25T型统型车窗的中空玻璃结构为8＋6＋5，即钢化玻璃厚8＋空气层厚6＋钢化玻璃厚5，总厚度为19，外层钢化玻璃的厚度为8; 向上开启式车窗和向下开启车窗的中空玻璃尺 客车设计部培训教材 KSJC05-05

5寸规格是完全一致的，完全符合车辆设计的互换性要求。 6.4.2.3上开式和下开式车窗玻璃规格 活动窗的玻璃规格为： 大窗1177X447X19-2R78 中窗 977X447X19-2R78 小窗 527X447X19-2R78。 固定窗的玻璃规格为： 大窗1177X927X19-4R78 中窗 977X927X19-4R78 小窗 527X927X19-4R78。 6.4.2.3 25T型统型铝合金车窗玻璃规格 活动窗玻璃规格为：大窗（下部）1226X587X19-2R101 (上部)1164X310X19-2R70 中窗（下部）1026X587X19-2R101 （上部）964X310X19-2R70 小窗（下部） 576X587X19-2R101 （上部）514X310X19-2R70 固定窗玻璃规格为：大窗 1226X976X19-4R101 中窗 1026X976X19-4R101 小窗 576X976X19-4R101 6．4.3 均衡机构设计 6.4.3.1基本要求 对于向上开启式或向下开启式车窗，活动车窗的活动部分上下开启是否灵活、滑动是否平衡、用力是否轻巧、耐久性能是否满足，均衡机构设计至关重要。对于内翻式活动车窗，保证开启角度、限位定位是否可靠、翻转是否灵活，翻转机构设计的合理与否，直接影响到车窗的使用性能，下面将向上开启式车窗、向下开启式车窗、内翻式车窗（25T型统型铝合金车窗）的平衡原理作一一介绍，其目的是通过学习、理解、掌握既有车窗的平衡机构设计理念，对于今后开发新型车窗，特别是无铝框活动车窗起到一种传呈、创新的作用。 6.4.3.2下开式（KC6）车窗均衡机构 下部开启式车窗，也称作为KC6X车窗，主要应用于25B型客车。车窗的均衡机构为齿轮-齿条-扭簧机构，齿轮与扭簧为一组件，安装在固定窗横梁上，齿条安装在活动窗两侧。为了保证活动窗上下运动的平稳型，在窗外框两侧安装了不锈钢滑道，不锈钢滑道有两个作用，一是使车窗在运行过程中最大限度的保持为一个平面，使齿轮与齿条不脱开；二是滑道上开有缺口，通过窗锁使车窗在任意位置可以进行锁闭，提高车窗的安全性。当活动车窗上下往复运动时，齿条带动齿轮滚动，通过齿条的直线运动转化为齿轮的圆周运动，齿轮圆周运动带动扭簧压缩和释放形成扭簧扭矩，通过扭簧的扭矩来平衡活动窗的重力矩，使车窗能够在任意位置随意平衡。 6.4.3.3上开式（KC3）车窗均衡机构 上部开启式车窗，也称作为KC3车窗，主要应用于25G型客车及25B型硬卧车和乘务员宿营车。车窗的均衡机构为盒簧机构，盒簧（分左右）安装在车窗的外框上，活动窗横梁左右部分安装了钢丝绳，