一种简易的折棚风挡加强结构

徐磊

常州今创风挡系统有限公司 江苏常州 213100

为了使160公里动力集中动车组（鼓型）折棚风挡相比于160公里动力集中动车组（直车体）折棚风挡，拥有更加优良的外观和更高的可靠性。160公里动力集中动车组（鼓型）折棚风挡由单波双层折棚结构更改为双层对波结构，并取消了在内部可视的加强弹簧部件。在试验过程中发现，折棚结构的更改对折棚风挡强度的增加达不到预期效果，安装于折棚风挡对接框上的活动渡板出现了剧烈晃动和掉落的情况。因此，需要对折棚进行再次加强。现有的折棚加强结构主要分为两种：一种是独立于折棚之外的部件，例如：限位绳组成、内弹簧等；一种是直接更改折棚结构，例如：单波双层风挡，对波风挡等。160鼓型车折棚风挡使用的双层对波结构，由于空间有限，无法再增加独立于折棚之外的结构。重新更改折棚结构对新车型的进度和成本控制有较大的影响。因此，本文介绍的一种简易的折棚加强方案是非常有必要的[1]。

1 折棚主体结构分析

以160公里动力集中动车组（鼓型）折棚风挡为例，160公里动力集中动车组（鼓型）折棚风挡使用的是双层对波结构，折棚分为外、内折棚两个部分。外折棚侧部与顶部为波形开口向内的单层折棚。除与其他位置相同的单层折棚，底部通过连接棚布，增加了波形朝外的反波结构。内折棚为三面波形向外的单层折棚，内折棚型材端部隐藏于裙布内。

图1 折棚顶部结构

图2 折棚底部结构

160公里动力集中动车组（鼓型）折棚风挡是双层对波结构，且内外折棚轮廓被限制尺寸，所以单独增加加强部件是不可行的。160公里动力集中动车组（鼓型）折棚风挡主要出现的是：安装于对接框上的活动渡板有剧烈晃动和掉落的情况。因此，整体折棚增加强度是不必要的，加强的重点应放置在折棚底部。

2 加强结构分析

2.1 材质选用

目前选用的用于折棚内的加强材质有棚布、PVC板材等。棚布作为常用的，具有原料采购简单、柔韧性好、加工简单、与折棚部分寿命周期接近等优点。

2.2 加强位置选择

为保证折棚的美观和不占用多余空间，用于加强折棚底部的棚布可放置于外折棚底部波形和外折棚底部反波之间形成的空腔内。

在外折棚底部波形和外折棚底部反波之间形成的空腔内，有两处位置可增加棚布，一处为外折棚底部波形内壁，一处为外折棚底部反波波形内壁。

图3 加强结构参考位置

考虑到折棚受挤压的工况，若加强结构位于位置1处（见图4），外折棚底部反波受挤压后向上拱起，超出夹布型材，加强结构的张力限制了夹布型材的靠拢，达到了增加折棚压缩强度的效果。若加强结构位于位置2处（见图5），外折棚底部收到挤压，型材仅有单层反波棚布限位，逐渐靠拢。外折棚底部波形因加强结构张力限制，不能靠拢，造成波形堆积和边环折边，对增加折棚强度效果不明显。若加强结构张力过大，反而有棚布脱框的风险[2]。

因此折棚加强结构增加在位置1更加合理。

图4 加强结构增加在位置1

增加多层棚布用于增强折棚，每层棚布之间若留有缝隙，则会对折棚底部拉伸量产生影响，故每层棚布之间不考虑留间隙。

3 加强结构设计

折棚风挡加强结构主要是有多层棚布构成，主要参数有多层棚布的长度、宽度、厚度。以160公里动力集中动车组（鼓型）折棚风挡为例，对加强棚布的主要参数进行说明。举例中的加强结构由两层棚布组成，若增加加强棚布的层数，其主要参数可由两层加强棚布的主要参数规律推算。

图5 加强结构增加在位置2

图6 折棚底部加强结构

用于加强的两层棚布位于外折棚底部反波内壁，包含折棚本身的一层棚布，三层棚布之间基本无间隙。基于加强的棚布是依附并与外折棚底部反波配合的情况，加强棚布的主要参数也需要根据反波棚布的尺寸而确定。假设反波直段展开长度为A，波形展开宽度为a，加强棚布1展开长度为B，波形展开宽度为b，加强棚布2展开长度为C，波形展开宽度为c。

图7 相关棚布展参数示意

为了更好的过渡加强结构，三层棚布长度和波形展开宽度均为阶梯式，存在关系A＞B＞C，a＞b＞c。两层加强棚布长度（B、C）和厚度可以根据此加强结构对折棚的实际加强效果调节。两层加强棚布波形展开宽度在满足上述递减关系的基础上，可由以下公式推算：

b=a-2＊x1-y1

c=b-2＊x2-y2

x1-加强棚布1与底部反波波形方向错位量

x2-加强棚布2与加强棚布1波形方向错位量

y1-由加强棚布1厚度决定的经验值

y2-由加强棚布2厚度决定的经验值

为保证棚布在弯曲成所需波形状态时，棚布之间无明显缝隙且对缝纫线不造成较大切力，在展开缝制时，会将波形内侧棚布宽度根据制造经验，减少一定的量。棚布厚度越厚，那么棚布弯曲后内外轮廓周长相差越大，内层棚布宽度减少量越大。上述公式内y1和y2就是根据各自对应加强棚布的厚度，得到的宽度减少量。缝制完成后，两层棚布自然形成弯曲状态，并留有较小间隙。当两层棚布受力弯曲，达到所需波形尺寸后，间隙消失，两层棚布贴合[3]。

加强结构位于底部反波中间直段内壁上，采用的是缝制连接。为保证外观和折棚的拉伸量，采用的是阶梯式缝制的方法。每两层棚布之间使用一道缝纫线，即反波直段与搭接布之间设置缝纫位置1，反波直段与加强棚布1之间设置缝纫位置2，加强棚布1与加强棚布2之间设置缝纫位置3。

加工步骤：

a.将强棚布2和加强棚布1长度中心对齐，宽度方向两侧各保留 x2（加强棚布2与加强棚布1波形方向错位量），进行位置3处的缝制。

b.将强棚布1和底部反波直段长度中心对齐，宽度方向两侧各保留 x1（加强棚布1与底部反波波形方向错位量），进行位置2处的缝制。

c.按反波搭接布缝制工艺缝制底部反波直段和搭接布。

d.与弯头的连接以及后续夹制工序等。

图8 缝纫线示意

4 加强结构的特点及适用范围

（1）优点：

a.结构和加工工艺较简单，加强效果明显；

b.可通过调节加强棚布的长度、厚度、层数来调节对折棚的增强效果；

c.使用的材料普遍，可与折棚保持同寿命；

d.不增加额外的组件，保证了折棚的可靠性。

（2）缺点：

由于棚布是柔性材料，仅能用经验值或试验数值判定对折棚的加强效果，目前无法通过的棚布各项参数直接推算出加强力的数值。

（3）适用范围

本文所述的折棚加强方案适用于带有空腔的折棚风挡，不适用于方波、单波风挡。

5 总结

利用折棚直段波形内壁缝制棚布的折棚加强结构，摒弃了传统折棚加强结构的繁琐工艺和占用风挡空间的特点，让折棚加强结构更加灵活可靠，对今后风挡加强结构的设计提供了多项选择。对带有对接框的快速连挂解编式风挡，此折棚加强结构有着重要的应用价值。