轨道车辆的隔热设计

谭兵

摘要：在车辆静止和运行过程中，有三种传热方式：热传导、对流和辐射，它们同时进行。基于此，本文根据这三种传热方式，对轨道车辆采取相应的隔热措施，以最大限度减少传热。

关键词：轨道车辆;隔热;密封

随着城市发展的加快，我国轨道交通的发展越来越受到国家及社会的重视。如何提高旅客舒适性已成为车辆设计者越来越关注的问题，其中，轨道车辆的隔热性能是影响乘客舒适性的一项重要指标。为了使轨道车辆内部温度保持在一定范围内，除安装制冷及加热设备外，还要求车体具有一定的隔热性能。因此，轨道车辆隔热应用技术越来越受到业界的重视。

一、轨道车辆类型

轨道车辆是城市轨道系统中运输旅客的工具，有多种类型，常见的有常规钢轮钢轨制式车辆、直线电机车辆、磁悬浮车辆。常规钢轮钢轨制式车辆技术成熟可靠，在各城市轨道交通中得到普遍采用;直线电机车辆和磁悬浮车辆属于新型城市轨道交通工具，技术先进，具有较好的发展前景。

二、车辆车体隔热材料设计方法及安装方式

在早期设计中，隔热材料完全按车体钢结构实际分块进行绘制并标注所有尺寸，配套厂家按图样制作并編号，但在实际安装中对号困难，且因钢结构误差往往造成尺寸配合不理想，后改为由设计图样规定各种不同厚度规格的总需要量，配套厂家现车测量、定制和安装。从理论上看，这种简化设计方法似乎不合要求，但实际效果比原设计方法好，有利于减少差错，加快生产进度和提高安装质量。

车体隔热材料一般都包有铝箔，安装要求是严密、密贴、牢固;隔热材料接缝处需用铝箔胶带封边。安装方式有：

1、防寒钉。采用接触焊把专用铁钉焊接或粘接在车体钢结构顶板或墙板上，穿透隔热材料和压铁再环头固定。对软、硬质防寒材均采用过防寒钉固定方式。这种方式虽简易可行，但焊点对顶板或墙板腐蚀太大，易脱落，常造成返工。

2、粘接。用双面胶带或胶水等材料将防寒材粘接到车体上，车体侧墙、内部底架的隔热材料大多采用这种安装方式。

3、压条固定。压条固定是指用铝板或钢板将隔热材料拉铆固定到车体上，一般用于车下隔热材料的固定，能防止隔热材料在车辆运行时的脱落，车体内部有运动机构或电气柜区域的隔热材料也可用压条固定，以防隔热材料脱落影响设备正常工作。

三、隔热材料及安装

1、隔热材料。当前，主要隔热材料有双面铝箔超细玻璃棉、三聚氰胺泡沫塑料、丁腈橡胶发泡、碳纤维棉、聚合材料垫板、橡胶等非金属不良导体材料等。其中，玻璃棉是由熔融玻璃制成的一种矿物棉其在高、低温环境中具有良好的保温性能对中、高频的各种声波、噪声有良好吸声效果;但由于其性脆易断，受潮后吸声性能下严重;化学性质稳定，不变质，不腐烂，基本无老化，不燃烧，不产生有害气体及有毒物质，不易粉化，长期使用性能不变;玻璃丝吸湿率小，在潮湿条件下含水率低，具有良好憎水作用。玻璃丝棉通气性能好，有防潮机能;质地坚挺，富有弹性，对任何方向的压力都具有良好的弹性恢复力;超细玻璃丝棉属于不燃材料，其氧指数>50，在燃烧时发烟系数低，基本无有害气体产生;超细玻璃丝棉价格低，其复合铝箔后防阻燃性能可提高，但成本均增加30%。三聚氰胺树脂发泡材料是以三聚氰胺树脂泡沫为原料得到，三聚氰胺自身有很好的阻燃性，因此在生产中无需添加阻燃剂，在燃烧过程中产生的烟雾量小，且自动结焦不产生流滴，符合健康环保要求，具有良好的吸声性能。橡胶发泡材料是以橡胶为主要原料经发泡而成的柔性闭泡绝热材料。而碳纤维是有机绝热纤维经碳化制成的纤维，是一种新型的节能材料。它是一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀、低密度、高强度、低电阻、高模量、膨胀系数小、有较强的抗拉弹性的绝热保温材料，其用途十分广泛。

此外，这些材料具有不同的特性，因此用于车辆的不同位置。其中，双面铝箔超细玻璃棉常用于车顶、侧墙、端墙等车体结构部位;三聚氰胺泡沫塑料通常用于车体结构的车顶及端墙部位，一般自带铝箔及背胶。丁腈橡胶发泡常用于车顶部位厚度空间有限的部位;碳纤维棉主要用于环保要求高的区域;车体内饰和设备件与车体结构的接触部位多采用聚合材料垫板、橡胶等非金属材料，以隔离热桥，减少热能传递。

2、隔热材料的安装。以铝合金车体为例，在车辆地板、车顶、侧墙、端墙均铺设双面铝箔超细玻璃棉。车体内饰与设备件与车体内滑槽接触处安装非金属垫板，以减少热能的传递。

四、车辆的密封

为了尽量减少空气对流，设计结构中应采用多种密封方式，以确保车内密封，防止空气对流。

1、车体密封。铝合金车体为整体焊接结构，局部采用涂密封胶方案，进一步加强车辆的密封性能。

2、车门密封。门扇周围安装橡胶条，与门框密封框形成密封，两扇门扇间采用双重密封，使车门在关闭时具有良好的密封性能（通风试验时，客室正压为30～50Pa）。图1为车门密封图。

门扇上部和两侧密封，如图1中的Ⅰ和Ⅲ所示。铝型材密封条框安装在车体门口上部和门口两侧的铝结构上，密封门口条安装在客室门板周围。车门关闭后，门扇上的密封胶条与铝型材密封条框紧密压合，确保车体门口周围的密封性。

门扇下部密封如图1中Ⅱ所示。车体门口下部设有门槛，门板下部设有密封胶条。车门关闭后，门扇下部密封胶条与车体门口踏板紧密压合，确保车体门口下部密封。

两门扇之间的密封如图1中的Ⅳ所示。两门扇前沿设置了专用的中空防夹密封胶条，该胶带不仅能满足障碍物探测功能要求，而且在车门关闭后具有良好的密封性。

3、地板布和内墙板间的密封。内墙板包括侧墙内板、端墙内板、司机室隔墙等，在内墙板下侧设置踢脚线。根据踢脚线的不同，地板布与内墙板间有两种密封方案。①当踢脚线为地板布时，踢脚线的材质应与地板上的地板布相同，接口处应用焊条焊接或用与地板布颜色相同的密封胶密封。②当踢脚线为不锈钢板时，地板布伸入内墙板内侧，内墙板下部踢脚线与地板布接触处用加密胶密封。

4、车窗与内墙板和铝结构间的密封。车窗玻璃通过密封粘接剂与铝合金窗框结合，形成整体车窗。整体车窗通过车体外侧的螺钉安装在车体铝结构上，车窗玻璃与车体铝结构的接缝处加密封胶，以此保证车窗安装位置的密封性及美观性。

内墙板和车窗用胶条密封，胶条与内墙板配合牢固，无脱落现象。胶条与车窗玻璃紧密接触，以确保密封。

五、设备运行时产生热量的隔热方案

1、车下电气设备隔热。车下电气设备放置在箱体内，运行中产生的热量可通过箱体的散热孔分布到周围空气中;由于热传递效应，热量将通过箱体和车体铝结构同时传递到车内，由于在车体铝结构上安装了双面铝箔超细玻璃棉，可有效防止热传导，产生的热辐射能被其反射，从而达到隔热效果。

2、空调机组隔热。空调机组安装在车顶外侧，运行时产生的热量可通过机组本身的散热孔散发到周围空气中;由于热传递作用，热量也将通过车体铝结构传递到车内。因此，在车体铝结构上安装双面铝箔超细玻璃棉，防止热传导，产生的热辐射能被其反射，从而达到隔热效果。

3、车内电气设备隔热。车内电气设备放置在电气柜中，由于空调出风口设在电气柜内，可降低电气设备和电气柜内的温度。电气柜一般采用聚酯玻璃钢或铝蜂窝制成，可有效避免热辐射直接射进客室，保证乘客的舒适性。

参考文献：

[1]韩晓明.城市轨道交通车辆车体隔热材料及其应用[J].装备机械，2015（01）.

[2]马继红.轨道车辆的隔热设计[J].铁道车辆，2018（06）.