电力机车司机室隔热结构设计及隔热性能测试

电力机车司机室隔热结构设计及隔热性能测试

于辰飞 广德强

中车大连机车车辆有限公司机车开发部 辽宁大连 116021

摘要：文章主要是分析了司机室结构，在此基础上讲解了隔热设计，最后探讨了传热系数k值测定试验，望可以为有关人员提供到一定参考和帮助。

关键字：电力机车司机室；隔热设计；传热系数测定

1. 前言

当前我国经济水平的不断发展，同时也推动了铁路运输行业的发展进程。电力机车司机室温度是影响到司乘人员工作舒适度的重要指标，为此应当确保司机室温度能够符合到相关要求，才能够减少能耗。

2、司机室结构介绍

电力机车的司机室包括钢结构和司机室装饰，司机室钢结构不仅要具备承载以及防碰撞性能，而且要有便于瞭望、操作空间宽敞、外形简洁美观等特点。司机室钢结构由前墙、后墙、侧墙、顶盖四个模块组成，即，由横梁、立柱、蒙皮阻焊构成封闭框架以加强结构强度。司机室装饰的主要功能是绝缘包装钢结构和管道设备，美化司机室空间，提高司机室整体绝缘和降噪性能，装饰包括前窗、侧窗、入口门、地板、内部面板安装。

3、隔热设计

3.1、隔热材料的选择

隔热材料的选择应考虑导热系数和组装技术等因素。聚丙烯泡沫的导热系数是λ＝0.03w /（ m·k ），这是无毒，无味，经济且易于安装的。因此，它成为电力机车的顶盖、侧墙、前后墙和地板内部填充的首选隔热材料。隔热材料由聚丙烯泡沫制成，用于降噪和隔热，效果良好。

3.2、隔热结构设计

具有三层扁平结构由盖板，隔热填充物和FRP装饰板组成。该结构具有良好的隔热性能，这是一种理想的隔热结构。通过改变中间隔热填充物的材料和厚度，可以提高隔热层的隔热性能。该结构广泛用于飞机中，以确保热稳定性和绝缘性。封闭式箱梁结构由FRP和盖板覆盖。虽然钢是热桥传递的主要结构，但箱体结构确保了驾驶室所需的强度和刚度，因此箱型结构已广泛应用于机车钢结构的设计。箱型结构槽钢采用105mm厚的空气层密封，空气层导热系数为位r=0.04w/（M.K），导热系数接近耐寒聚丙烯泡沫塑料的导热系数，但由于空气流动增加了流动和交换效应，保温效果较差这种结构的承载力比平墙结构差。但它是一个一个必不可少的刚性司机侧窗结构。这种侧窗由5+6A+5（5mm玻璃6mm空气）组成，安全中空玻璃和铝型材窗框。双层中空玻璃的传热系数为3.4W/（m ·K），铝合金窗框因其重量轻、易于成型而在铁路上得到广泛应用，而铝合金窗框的传热系数更大：6.2W/（m ·K），这并不意味着传热系数大于由铝窗框组成的侧窗系统的系数，并按照文献给出了换热系数的计算方法条件结果表明，侧窗系统的传热系数与玻璃和窗框的传热系数有关，玻璃和窗框的传热系数为已知窗户的面积比，热量越小，热量越小，侧窗系统的传热系数越小。玻璃与窗框、铝窗框（19.8%）与玻璃（80.2%）的传热系数通过计算得出侧窗系统的传热系数为：3.7W/（m ·K），可以看出，合理地设置侧窗可以提高侧窗系统的隔热性能控制铝窗框的面积比。4.前窗由铝窗框和电加热器组成，前窗玻璃是安全夹层的电阻玻璃。玻璃夹层玻璃结构为：6mm无色透明玻璃1mmPVB+5mm。通过更换无色透明玻璃和PVB的厚度和热工性能，为4.60W/（m ·K），可以看出由于前窗抗撞击性的特殊性，前窗较差。司机室后墙保温设计已全部采用。后墙的隔热设计主要是填充吸声隔热材料，不仅填充吸声隔热材料，而且在后墙内表面喷涂阻尼浆。尽管阻尼材料的主要功能是降噪和阻尼，但它具有良好的绝缘性和一定的绝缘效果。为可以确保司机室的隔热和密封，紧急制动阀突出并密封。包装制造商提供后壁K铌α的加热系数K≤3.4W /（m ·K）和地板隔热设计。司机室使用整体复合地板。它包括4mm厚的橡胶板，3.5mm厚隔音垫，3mm厚的钢板，40mm厚的聚丙烯泡沫和3mm厚的钢板是典型的多层扁平壁传热结构。从上述材料的厚度和导热率来看，可以看出整体的传热系数为0.62W /（m ·K），表明地板具有良好的隔热性能。然而，为可以进一步提高隔热性能，聚丙烯泡沫也填充在地板下的底部框架中。

3.3、密封设计

孔洞和缝隙会增加司机室的热对流效应，密封设计是决定司机室隔热性能的关键项点，司机室入口门的密封性尤为重要。车门关闭，车门开启，车门将中空密封件压到驾驶室侧面的密封件上，用于驾驶室的车门机器。机器车门关闭时，挤出橡胶密封件，充分发挥密封效果，窗的前窗采用多层密封设计，玻璃和窗框密封，窗框和钢结构在内部和外部密封。因为窗框和钢结构需要固定以密封螺栓孔，所以打开窗框上的矩形槽以实现密封胶。绝缘玻璃用挤出橡胶密封，绝缘玻璃的外侧密封，并且固定窗框的外部皮肤和驾驶室的外皮密封。当窗户关闭时，紧固力使橡胶条从可动侧窗挤出以实现密封效果。

4、传热系数k值测定试验

多层隔热结构是一种由纤维间距和多层反射组成的轻质隔热系统箔。在使用多层隔热结构时，有多种传热形式：纤维的固体热传导，气体导热在间隙中，纤维间隙中的气体自然转移。在反射屏幕上，随着试验温度的升高，多层隔热结构的传热越高，试验温度越高，响应温度越高，材料需要均衡。由于车身骨架和连接件的存在，隔热层导致冷桥的出现，使车身传热不均匀，以便准确掌握隔热结构的隔热能力，并对驾驶室的隔热性能试验进行加热，换热系数（k值）是评价驾驶室性能的标准，也就是说每平方米的隔热墙不等于1k。热量换算时，k值代表保温性能的大小，k值越小，保温性能越好。按照铁路标准TB/T1674-93中规定的试验方法，在车间的关闭条件下测量驾驶室的传动系数。测试参数包括驾驶室的温度，加热功率和热量。

5、结束语

由上可知，在不考虑到机车成本和制造工艺的前提下电力机车司机室隔热能力也能够得到的一定的提升，在设计方面可以将司机室骨架在内饰板相连接处涂抹隔热胶，最后在工艺方面可以在司机室内外蒙皮处直接填充防寒填料密实度。

参考文献

1. 安转青、赵志强、李绪泉. 电力机车司机室隔热结构设计及隔热性能测试[J]. 青岛理工大学学报, 2021, v.42;No.178(01):61-64.

2. 罗明波, 黄安畏, 李忠盛,等. 一种管路隔热性能测试装置:, CN210834731U[P]. 2020.

3. 李兴奎. 一种建筑设计屋面隔热结构:, CN211037597U[P]. 2020.

4. 姜林, 刘亮, 吕昊,等. 一种应用于燃油箱隔热板强度测试的试验装置:, CN210221503U[P]. 2020.