电力机车前窗玻璃粘接工艺优化提升方案

(中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412001)

0 引言

电力机车最大运营速度一般为120～160 km/h，运行环境温度为-40 ℃～40 ℃，前窗玻璃要求承受的风压高达2 500 Pa。该电力机车前窗玻璃自重约35 kg/件，完全依靠胶粘剂与司机室钢结构框架进行连接。根据粘接接头对铁路车辆组件及部件的重要性划分，机车前窗玻璃粘接为粘接体系最高等A1级，该粘接等级对粘接作业环境要求很严格，粘接质量直接关系铁路、车辆、人员及设备安全。

1 现场生产现状

目前机车粘接采用的是单组份湿固化聚氨酯胶粘剂，它具有不需要现场配胶、固化时间短和粘接强度高等优点。但其配套产品包括胶粘剂、清洗剂、玻璃底涂和玻璃底涂，对环境温度、湿度、作业时间都有较高的要求，粘接温度需控制在15 ℃～30 ℃，湿度范围需控制在30%～70%Rh，最佳温度为23 ℃，最佳湿度为50%Rh。在实际生产过程中，由于春夏交替之季，尤其是南方地区气温高、空气潮湿，对聚氨酯玻璃胶粘接工艺影响较大，需制定出相应的解决方法，提高装配质量。

2 现场工艺问题

在株洲(南方城市)，某型号电力机车生产过程中，接连出现几起前窗玻璃粘接固化后，胶条起泡现象，具体见图1。通过现场对比发现，气泡出现的位置集中在玻璃拐角处，同时还伴随着前窗玻璃与窗框胶线边缘毛刺、胶条间隙不均允、胶条塌陷等安装质量问题。这些现象的发生，不仅影响该型电力机车流线型车头的外观，还会影响前窗玻璃的位移能力、黏结强度及密封性能，最终造成粘接失效，成为粘接结构装配的安全隐患。

图1 胶条内部有气泡

基于目前现场选用单组份湿固化聚氨酯胶粘剂的性能基理，适用于高强度、持久的弹性粘合联接，适用于多种基材，已广泛应用于铁路机车的粘接，适合进行前窗玻璃粘接。通过查阅相关质量记录数据后发现，注胶固化后起泡现象具有一定规律性，且与粘接现场环境有一定联系。因此，本文主要基于生产现场实际情况，进行原因分析并提出可行性方案。

3 原因分析

目前生产现场无恒温恒湿装置，粘接过程中常出现环境温湿度无法满足粘接要求的情况。开放性厂房温湿度环境不易控制，且随外界环境变化而变化，温湿度波动较大。胶粘剂及配备的底涂对环境的温度、湿度、固化时间都有较高的要求，若在非恒温恒湿的生产环境下，胶粘剂将无法发挥其全部价值。加之，由于春夏交替之际，温差和温度变化加聚，且生产现场各处无法保证温湿度统一，造成胶粘接固化速率不一，胶粘剂固化内部产生应力，是造成起泡的直接原因。

4 方案制定

4.1 工装设计阶段

根据现场作业人员反馈，生产现场温湿度不能满足粘接作业要求，不仅严重影响生产进程，对作业后产品质量也有很大影响。根据现场作业情况，车间虽开启中央空调通风，但存在以下两点问题：①需长时间通风后环境湿度方可下降，影响作业进程。②易受外界影响，如现场进行清洁作业，局部环境湿度值会有明显上升。针对上述两个问题，通过设计粘接温湿度控制工装(如图2所示)，形成粘接作业“小环境”，既保证粘接可操作性，又提高作业效率。

图2 粘接温湿度控制工装

4.2 工装验证阶段

当天生产环境温湿度为21 ℃、75%Rh，不能满足现场粘接要求，需对粘接环境温湿度进行控制。针对上述问题，提出两种方案对生产环境温湿度进行控制，并通过区域划分，验证上述两种方案对粘接环境变化的有效性及实时性。①由于当天车间仅湿度不满足现场粘接要求，建议车间将中央空调的通风系统打开(如图3所示)，通过通风循环降低环境湿度。②组织车间使用粘接温湿度控制工装(如图4所示)，配合除湿机、移动式灯箱(照明)使用，通过除湿机的除湿功能降低工装内粘接环境的湿度。

图3 空调除湿 图4 工装使用

4.3 验证规律分析

通过统计当天08：00～22：00南、北区域温湿度变化情况，得到当天该时段粘接温湿度控制工装内环境环境变化曲线，以便掌握后续作业环境变化规律，指导后续该工装使用要求。

统计当天该时间段作业北区域温湿度变化情况，通过数据统计发现，通过中央空调通风可降低粘接环境湿度值，但存在以下问题及波动情况：①需长时间(2 h以上)开启后湿度才有明显下降变化。②对外界环境敏感(中午时段湿度下降明显)。③受其它作业单元影响(若有地面清洁作业，湿度值骤升)(如图5所示)。

图5 空调除湿湿度变化曲线

统计当天该时段粘接温湿度控制工装内温湿度变化情况，通过数据统计发现，通过工装配合除湿机使用，可以控制该环境内温湿度值(见图6)，减少操作员工现场等待时间，同时也大幅提升电力机车粘接质量。该方案可以将工装内温湿度控制在规定波动范围内，但也存在以下几点需改进的项点：①作业空间光线不足，对粘接过程有一定影响。②需要控制作业人员人数，人员人数对作业环境有一定影响。③除湿器的功率需要加大，如此即可以保证温湿度波动，又可以降低作业人员人数对环境影响。

图6 工装内湿度变化曲线

针对温度控制，目前可通过加热器及移动式空调进行调节。若温度低于操作温度时，通过使用加热器进行热源补充；若温度高于操作温度，通过移动式空调进行温度调节。

5 结语

针对目前无恒温恒湿设备的生产现场，粘接环境控制一直是一个“老大难”的问题，不仅影响生产进程，更会影响后续产品质量的管控。针对该问题的处理方式需根据实际情况而定，一般处理方式为通过启动中央空调通风降低环境湿度，若出现无法通过上述方式改进，需使用粘接温湿度工装辅助作业，以便提高粘接可操作性。