高速列车外风挡是铁路客车的重要部件,安装于车厢两端。列车外风挡除保证旅客通行安全外,还具有纵向伸缩性能,可改善列车运行时的平稳性;当车辆处于任何相对位置时,风挡均与车辆保持严密接触,防止风沙、雨雪和灰尘等进入车厢内。当前,国产高速列车正从“和谐号”时代逐步迈入“复兴号”时代,随着国内高速列车运行速度的不断提高,提高车辆行驶稳定性,降低运行阻力,显得尤为重要。
外风挡类型
高速列车外风挡按其类型可分为:
(1)半包式裙板型橡胶外风挡。安装时,将橡胶裙板安装在车体两侧,该型风挡在欧洲国家使用较多,国内用于时速200km/h的蓝箭号动车组和 CRH1型列车。
(2)半包式U型橡胶外风挡。U型橡胶外风挡安装在车厢两端,车体间呈现平滑过渡,以减少空气阻力和降低噪声,国内CRH2型和CRH3型动车组已大量使用,获得了良好降噪减阻效果。
(3)全包式外风挡。该型风挡常用于时速高于350km/h列车。
(4)隔音风挡。该型风挡常用于更高时速列车,可提高乘坐舒适性。另外,还有用于高速客车的全封闭折棚式Π 型外风挡。
外风挡研制与生产现状
目前, 国内运行的高速列车所使用的外风挡主要以日本或德国产品为主,日本高速动车组风挡普遍采用密封胶囊,其新干线700系动车组使用半包式U型橡胶外风挡(见图1);该型列车气密性好,内部美观,有一定的纵向和横向阻尼,但维护成本高,供货周期长,技术响应慢。因此,掌握高速列车外风挡核心技术并国产化具有重大意义和经济效益。
国外其他国家高速列车由于运输方式、车辆类型和连挂形式不同,风挡结构也各有差异;德国ICE高速客车风挡主要有V型、滑动和双层波纹风挡;法国TGV高速客车风挡为全波纹密封件;国内高速列车外风挡主要以U型橡胶外风挡为主,其研制和生产单位主要有西北橡胶塑料研究设计院有限公司、江阴海达橡塑股份有限公司、株洲时代新材料科技股份有限公司和青岛宏达青田交通设备有限公司等,其中青岛宏达青田交通设备有限公司引进消化了日本" 株式会社成田制作所" 风挡生产技术。
国外技术较为成熟,国内技术尚处于研发、试制和试运行阶段,在产品外观、性能和使用方面各有不足。刘中照等人在高速动车组相邻两节车辆端部设置了由橡胶弹性材料制成的U型风挡胶囊,其优点可减小空气阻力对列车的影响,降低或隔离了车外噪声,提高了列车运行速度和车内乘坐舒适度,还保护列车内部结构。汪海燕等人在动车组车体端墙安装了U型全包环状橡胶外风挡,其在动车组长度方向和周向上,各车体之间的间隙为零,实现了整个动车组拉断连接平顺化,减小了行车阻力,提升了动车组空气动力学性能;外风挡之间线接触可尽量减小相邻外风挡之间可能存在的摩擦阻力。谭莲影等人以三元乙丙橡胶为基材,采用紫外吸收剂与光稳定剂并用的方式提高胶料高温氙灯老化后的力学性能和抗黄变性能,采用钛与白炭黑等白色填料并用方式提高力学性能和抗黄变性能,采用过氧化物硫化体系或二硫代氨基甲酸盐类及秋兰姆类促进剂的胶料色差较小,成功开发出了性能满足技术要求的风挡橡胶材料。
西北橡胶塑料研究设计院有限公司从研制及生产高速列车外风挡产品以来,以乙丙橡胶或氯化聚乙烯橡胶为基材,配合补强材料、阻燃材料和硫化剂等,通过一次性整体成型技术成功开发出了CRH多种型号外风挡产品并通过了装车试验,2017年成功开发出高速列车“XX号”动车组外风挡,目前处于装车试运行阶段。图2为已生产的"XX号" 动车组外风挡胶囊制品。图2“XX号”动车组外风挡
随着高铁技术的不断发展与完善,高速铁路运输呈现出蓬勃发展的强劲势头;到2017 年初,国内高速铁路运营里程已经超过2.2万km,位居世界第一位。与此同时,国产高铁装备陆续逐鹿海外市场,其相关产业也得到了快速发展,外风挡作为高速列车的重要组件,近年来需求量不断增大,具有广阔市场前景。因此,突破和掌握高速列车外风挡核心技术,实现国产化不仅具有良好的经济效益,还能在激烈的国际市场竞争中把握先机,赢得主动。