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摘要：头罩是地铁车辆中最具标志性的部件之一，首先出现在人的视野范围内，在美观、强度等方面要求很高，研究头罩具有重要的现实意义；本文简要介绍了常见头罩的材料性能、检验标准及头罩成型工艺，着重分析了储能式现代有轨电车头罩设计的特点，具有一定的指导意义，为便于今后头罩设计工作做积累和铺垫。
关键词：储能式现代有轨电车；头罩；玻璃钢；设计
中图分类号：U264
0 引言
随着我国社会经济的飞速发展及城市人口的快速增长，相应地给城市交通带来了与日俱增的压力，而轨道交通成为解决该问题的理想交通方式。近些年来城市轨道交通得到了迅猛的发展。
有轨电车头罩安装在列车司机室前端，是整车外型设计中重要组成部件之一，最能够体现城市风格、文化传承以及城市精神面貌的部件，其上装有运行灯、防护灯、前照灯、前窗玻璃、刮雨器等。本文对头罩的选材、性能、成型工艺、安装方式和造型进行了探讨，对后续头罩设计工作具有一定的现实指导意义。
1 材料设计
为满足现代化的审美要求，头罩外观呈大弧度双曲面造型，这种形状复杂的结构，金属材料基本是难以实现的，而玻璃钢复合材料正好可以满足，表1是玻璃钢的一些基本性能。
表1 玻璃钢的材料性能
使用环境 -35～+40?C
吸水性能 ≤0.5%
巴氏硬度 ≥25
冲击韧性（kJ/m2） ≥150
阻燃性能 氧指数≥28 难燃级
玻璃钢即FRP，学名玻璃纖维增强塑料，它是合成树脂为基体材料，以玻璃纤维及其制品为增强材料组成的复合材料。玻璃钢的密度介于1.5-2.0 g/cm3，只有普通碳钢的1/4-1/5，比铝还要轻1/3左右，而机械强度却很高，某些方面甚至能接近普通碳钢水平。玻璃钢有良好的热性能，其比热是金属的2-3倍，但导热系数比较低，只是金属材料的1/100-1/1000。玻璃钢是良好的耐腐蚀材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。
玻璃钢的种类较多，常用的有环氧树脂玻璃钢与聚脂玻璃钢。环氧树脂玻璃钢具有较好的耐腐蚀性，粘结力强，机械强度高，还具有一定的电绝缘性和耐碱能力，但价格相对昂贵。聚脂玻璃钢制品适用于制作曲面结构和造型复杂件，该材料适用于头罩、导流罩、门立柱罩、侧墙板等车辆内装部件。聚酯玻璃钢相对于环氧玻璃钢耐候性更好，更耐老化，且在固化过程中无挥发物逸出，可常温成型，具有固化施工方便，模具简单，生产周期短，生产费用相对较低的特点。故从经济适用环保角度聚酯玻璃钢是城轨车辆头罩的最佳选择。
2 成型工艺
头罩采用真空灌注成型（VARTM）工艺制备，原理是利用薄膜将增强材料密封于单边模具上，借助于真空将低黏度树脂吸入，利用高渗透率介质沿增强材料的表面快速浸渍，并同时向增强材料厚度方向进行浸润。真空灌注成型适用于小批量、尺寸大、质量高的制品，它广泛应用于舰船、军事设施、国防工程、航空和民用工业领域，其主要产品有游艇、机舱罩、雷达罩、机翼、风力发电叶片、头罩、体育用品配件等。此种工艺制备的产品纤维含量高，机械力学性能优良，产品质量稳定，并且大大降低了劳动强度，卫生环保。该工艺设备主要有真空泵、导流管、压力表、导流布、脱模布、真空袋等，其工艺过程如下图2所示：
3 结构设计
储能式现代有轨电车玻璃钢头罩按照流线型进行设计，外观敏捷灵活，极富动感效果，能够充分减少气动噪声以及运行中的空气阻力；其厚度为34mm，采用两层聚酯玻璃钢内填充泡沫的夹层结构，即4.5mm（聚酯玻璃钢）+25mm（泡沫）+4.5mm（聚酯玻璃钢）；该结构中间泡沫夹层能够吸声减震降噪，同时达到减重效果，两侧玻璃钢起到强化作用，总体结构满足UIC651-2002头罩抗冲击性，头罩未击穿、DIN5510-2-2009防火等级3、UIC 567-1隔热及DIN 52210-6隔音不小于38db（A）的相关要求。
头罩设计中需给LED顶部运行灯、后视摄像机、刮雨器、前窗玻璃、后雾灯、侧窗玻璃、LED防护灯、前照灯等部件预留出合适空间或安装接口，如根据玻璃的大小确定头罩的开窗大小，头罩搭接玻璃面处宽度，厚度要能足够支撑玻璃；根据玻璃大小及视野分析确定刮雨器刮臂刮片长度，从而确定刮雨器在头罩上的安装位置及连接座位置等，下图3是储能式现代有轨电车玻璃钢头罩造型，图中文字表示相应部件安装位置。
头罩两侧留有侧窗玻璃安装接口，三面玻璃窗使司机视野宽敞辽阔；上部两侧留有后视摄像机安装接口；为了给前照灯及LED防护灯留出安装空间，头罩前部设计成台阶外形，并在台阶上预留出雷达等电气设备安装接口，这与以往项目存在较大区别，可为今后丰富头罩设计提供平台及经验。
4 安装方式
储能式现代有轨电车头罩安装采用先螺栓紧固再进行打胶的处理方式。如图4（a）所示，头罩下部左右两侧通过螺栓螺母将头罩与车体底架连接成一体，可通过头罩横向腰型孔和车体纵向腰型孔实现缝隙调整均匀；头罩后部左右两侧靠近司机室侧门处采用螺栓、套筒与头罩本身预埋螺母，将头罩与车体后梁紧固起来，如图4（b）；头罩上部可通过T型螺栓在“C”型槽内滑动和“L”型安装座的高度方向腰型孔来实现缝隙调整，如图4（c）。
通过螺栓、螺母、预埋螺母、或者T型螺栓等紧固件将头罩四周与车体牢牢紧固在一起，后续进行打胶处理，明显有别于之前项目头罩单纯打胶的安装方式，前者通过螺栓连接的安装方式，安全稳定可靠，使用寿命长，既解决了骨架较少车体的头罩安装难题，又保证了安装效果，丰富了后续项目头罩安装方式。
5 小结
玻璃钢头罩在强度、降噪、防火、隔热、耐磨、防水、抗撞击等方面均有优越的性能，具有制作简单，价格便宜，重量轻，造型及颜色丰富等一系列优点，十分适合制作造型复杂的头罩；储能式现代有轨电车头罩独特的外部造型，使司机视野宽敞辽阔，特有的螺栓连接，安全稳定可靠，使用寿命长，很大程度上丰富了头罩设计，为后续头罩设计工作做基础。
参考文献：
[1] GB/T 7928-2003， 地铁车辆通用技术条件[S].
[2] UIC 651 OR-2002， 机车、有轨电车、动车组、驱动拖车的司机室布置[S].
[3] DIN 16948-1975， 玻璃纤维增强的热固性树脂模塑材料-特殊模塑材料的性能[S].
关键词：储能式现代有轨电车；头罩；玻璃钢；设计
中图分类号：U264
0 引言
随着我国社会经济的飞速发展及城市人口的快速增长，相应地给城市交通带来了与日俱增的压力，而轨道交通成为解决该问题的理想交通方式。近些年来城市轨道交通得到了迅猛的发展。
有轨电车头罩安装在列车司机室前端，是整车外型设计中重要组成部件之一，最能够体现城市风格、文化传承以及城市精神面貌的部件，其上装有运行灯、防护灯、前照灯、前窗玻璃、刮雨器等。本文对头罩的选材、性能、成型工艺、安装方式和造型进行了探讨，对后续头罩设计工作具有一定的现实指导意义。
1 材料设计
为满足现代化的审美要求，头罩外观呈大弧度双曲面造型，这种形状复杂的结构，金属材料基本是难以实现的，而玻璃钢复合材料正好可以满足，表1是玻璃钢的一些基本性能。
表1 玻璃钢的材料性能
使用环境 -35～+40?C
吸水性能 ≤0.5%
巴氏硬度 ≥25
冲击韧性（kJ/m2） ≥150
阻燃性能 氧指数≥28 难燃级
玻璃钢即FRP，学名玻璃纖维增强塑料，它是合成树脂为基体材料，以玻璃纤维及其制品为增强材料组成的复合材料。玻璃钢的密度介于1.5-2.0 g/cm3，只有普通碳钢的1/4-1/5，比铝还要轻1/3左右，而机械强度却很高，某些方面甚至能接近普通碳钢水平。玻璃钢有良好的热性能，其比热是金属的2-3倍，但导热系数比较低，只是金属材料的1/100-1/1000。玻璃钢是良好的耐腐蚀材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。
玻璃钢的种类较多，常用的有环氧树脂玻璃钢与聚脂玻璃钢。环氧树脂玻璃钢具有较好的耐腐蚀性，粘结力强，机械强度高，还具有一定的电绝缘性和耐碱能力，但价格相对昂贵。聚脂玻璃钢制品适用于制作曲面结构和造型复杂件，该材料适用于头罩、导流罩、门立柱罩、侧墙板等车辆内装部件。聚酯玻璃钢相对于环氧玻璃钢耐候性更好，更耐老化，且在固化过程中无挥发物逸出，可常温成型，具有固化施工方便，模具简单，生产周期短，生产费用相对较低的特点。故从经济适用环保角度聚酯玻璃钢是城轨车辆头罩的最佳选择。
2 成型工艺
头罩采用真空灌注成型（VARTM）工艺制备，原理是利用薄膜将增强材料密封于单边模具上，借助于真空将低黏度树脂吸入，利用高渗透率介质沿增强材料的表面快速浸渍，并同时向增强材料厚度方向进行浸润。真空灌注成型适用于小批量、尺寸大、质量高的制品，它广泛应用于舰船、军事设施、国防工程、航空和民用工业领域，其主要产品有游艇、机舱罩、雷达罩、机翼、风力发电叶片、头罩、体育用品配件等。此种工艺制备的产品纤维含量高，机械力学性能优良，产品质量稳定，并且大大降低了劳动强度，卫生环保。该工艺设备主要有真空泵、导流管、压力表、导流布、脱模布、真空袋等，其工艺过程如下图2所示：
3 结构设计
储能式现代有轨电车玻璃钢头罩按照流线型进行设计，外观敏捷灵活，极富动感效果，能够充分减少气动噪声以及运行中的空气阻力；其厚度为34mm，采用两层聚酯玻璃钢内填充泡沫的夹层结构，即4.5mm（聚酯玻璃钢）+25mm（泡沫）+4.5mm（聚酯玻璃钢）；该结构中间泡沫夹层能够吸声减震降噪，同时达到减重效果，两侧玻璃钢起到强化作用，总体结构满足UIC651-2002头罩抗冲击性，头罩未击穿、DIN5510-2-2009防火等级3、UIC 567-1隔热及DIN 52210-6隔音不小于38db（A）的相关要求。
头罩设计中需给LED顶部运行灯、后视摄像机、刮雨器、前窗玻璃、后雾灯、侧窗玻璃、LED防护灯、前照灯等部件预留出合适空间或安装接口，如根据玻璃的大小确定头罩的开窗大小，头罩搭接玻璃面处宽度，厚度要能足够支撑玻璃；根据玻璃大小及视野分析确定刮雨器刮臂刮片长度，从而确定刮雨器在头罩上的安装位置及连接座位置等，下图3是储能式现代有轨电车玻璃钢头罩造型，图中文字表示相应部件安装位置。
头罩两侧留有侧窗玻璃安装接口，三面玻璃窗使司机视野宽敞辽阔；上部两侧留有后视摄像机安装接口；为了给前照灯及LED防护灯留出安装空间，头罩前部设计成台阶外形，并在台阶上预留出雷达等电气设备安装接口，这与以往项目存在较大区别，可为今后丰富头罩设计提供平台及经验。
4 安装方式
储能式现代有轨电车头罩安装采用先螺栓紧固再进行打胶的处理方式。如图4（a）所示，头罩下部左右两侧通过螺栓螺母将头罩与车体底架连接成一体，可通过头罩横向腰型孔和车体纵向腰型孔实现缝隙调整均匀；头罩后部左右两侧靠近司机室侧门处采用螺栓、套筒与头罩本身预埋螺母，将头罩与车体后梁紧固起来，如图4（b）；头罩上部可通过T型螺栓在“C”型槽内滑动和“L”型安装座的高度方向腰型孔来实现缝隙调整，如图4（c）。
通过螺栓、螺母、预埋螺母、或者T型螺栓等紧固件将头罩四周与车体牢牢紧固在一起，后续进行打胶处理，明显有别于之前项目头罩单纯打胶的安装方式，前者通过螺栓连接的安装方式，安全稳定可靠，使用寿命长，既解决了骨架较少车体的头罩安装难题，又保证了安装效果，丰富了后续项目头罩安装方式。
5 小结
玻璃钢头罩在强度、降噪、防火、隔热、耐磨、防水、抗撞击等方面均有优越的性能，具有制作简单，价格便宜，重量轻，造型及颜色丰富等一系列优点，十分适合制作造型复杂的头罩；储能式现代有轨电车头罩独特的外部造型，使司机视野宽敞辽阔，特有的螺栓连接，安全稳定可靠，使用寿命长，很大程度上丰富了头罩设计，为后续头罩设计工作做基础。
参考文献：
[1] GB/T 7928-2003， 地铁车辆通用技术条件[S].
[2] UIC 651 OR-2002， 机车、有轨电车、动车组、驱动拖车的司机室布置[S].
[3] DIN 16948-1975， 玻璃纤维增强的热固性树脂模塑材料-特殊模塑材料的性能[S].