一种地铁车辆前照灯密封性及安装结构分析

一种地铁车辆前照灯密封性及安装结构分析

崔汝静 张哲

中车大连机车车辆有限公司，辽宁 大连 116022

摘要：本文通过对一种地铁车辆前照灯的设计及装车应用，分析灯罩与灯体的密封结构、灯体的出线结构以及灯体与车体的安装结构，研究优缺点以及探讨相关优化方案。

关键词：地铁车辆；前照灯；密封性；安装结构

1 概述

前照灯作为地铁车辆外部用于照明和警示作用的灯具，是保证车辆安全行驶的重要部件。同时，前照灯作为车头重要的外观部件，直接影响整车的美工效果。灯具进水对车辆功能和外观上都会造成很大影响，水甚至可能通过灯具进入车内，对车辆内部设备及电路产生影响。因而前照灯的密封性是影响地铁车辆性能的重要指标之一。

本文介绍的一种地铁车辆前照灯，主要从以下三个方面分析密封性：灯罩与灯体安装结构的密封性，灯体出线结构的密封性，灯体与车体安装结构的密封性。

2 前照灯结构介绍

2.1 标准地铁推荐结构

中车标准地铁推荐的前照灯结构如下图1所示，一般包括灯罩与装饰板、安装板、光源、驱动电源、灯体、紧固件等。灯罩与装饰板整体固定，光源一般包括远光灯、近光灯和尾灯，灯体固定于车体上，紧固件包括灯罩紧固螺钉、安装板紧固螺钉、灯体紧固螺钉。

图1 标准地铁前照灯结构图

2.2 一种电源模块外置的前照灯结构

一种地铁车辆前照灯结构如下图2所示，结构包括灯罩、安装板、光源、灯体及灯仓、紧固件等，灯罩为一体成型结构，光源包括远光灯、近光灯及防护灯，紧固件包括灯罩紧固螺钉、安装板紧固螺钉、灯体紧固螺钉。左右前照灯对称布置，前照灯电源模块外置，安装于司机室控制柜中，如下图3所示。

图2 一种地铁车辆前照灯结构

图3 电源模块结构

2.3 电源模块外置的优缺点分析

前照灯使用过程会产生热量，热量不仅会使内部元器件加速老化，如果密封性出现问题导致水渗入灯内，水汽会凝结于温度相对较低的灯罩上，从而影响照明效果。

由于带有灯仓的前照灯内部为完全密闭的空间，灯具能量转化过程中产生的热量不易散发，而电源模块作为产生热量的部件，从降低灯具内部温度的角度考虑将电源模块外置是有必要的。其次，电源模块存在一定的检修频率，如果外置于控制柜中将方便检修，减少因检修电源模块拆卸灯罩的频率。

而从车辆布线与接口角度考虑，电源模块外置必然会增加车辆布线，增加了车辆与前照灯的接口数量。

3 前照灯密封结构设计

3.1 灯罩与灯体安装结构的密封性

3.1.1 结构分析

灯体和灯仓为一体式结构，灯体和车体间使用密封胶密封，灯罩和灯体间使用密封条密封。灯罩与灯体安装结构如下图4所示，灯体安装法兰上设计一圈凹槽结构，凹槽内部设计密封条，在灯罩对应密封条的位置设计一圈凸起结构，当灯罩固定在灯体后，灯罩的凸起结构压缩灯体法兰凹槽内的密封条，通过灯罩安装紧固件把紧，从而实现密封。需要注意的是紧固件安装位置需设计在密封条的外侧，避免水通过紧固件位置进入灯罩内。

图4 灯罩与灯体安装结构

该结构灯罩拆装简单，便于在车外对灯内部光源进行检修维护。同时，由于灯罩与灯体的安装法兰直接接触，承力点位于安装法兰上，避免了灯罩压力全部集中于密封条而导致的压力过大。

3.1.2 安装需注意事项

灯罩安装位置材质通常有两种，PC材质和金属材质，本项目灯罩采用一体式PC材质的结构，由于灯罩灯体之间通过密封条密封，需一定的紧固力矩才能保证密封效果，因此灯罩把紧时一定严格控制紧固力矩，否则容易造成灯罩开裂，造成漏水隐患。本项目紧固件配有特制垫圈用于分散螺钉周围的应力，减少开裂风险。

3.1.3 优化建议

由于本项目灯罩的密封是通过灯罩安装螺钉的紧固来保证，紧固力矩必须达到一定值才能保证密封效果，而灯罩采用的PC材质本身存在强度低、容易变形的缺点，因而对紧固力矩的准确度要求较高，需试验验证。安装螺钉的设计位置也必须保证密封条受力均匀，以达到良好的密封效果。

建议采用此种密封结构的灯罩，螺栓安装区域的边框尽量使用金属材质，尽量避免因紧固力矩过大而造成潜在的开裂风险。

3.2 灯体出线结构的密封性

3.2.1 结构分析

本项目灯体出线结构采用灯仓尾部甩线的形式，灯仓出线位置采用电缆夹紧接头保证密封。灯罩灯体间的密封保证水无法渗入灯具内部，灯具出线位置的密封性设计则保证了水汽无法通过灯具进入车辆内部。

由于本项目前照灯连接器完全位于车辆内部，因而选型时防护等级按车内连接器防护等级选型。

图5 灯体出线结构结构

3.2.2 设计注意事项

灯体灯仓为一体式结构，灯仓装车后一般极少拆卸，前照灯与车辆电气接口的检修一般在车内进行。从密封性以及方便车辆检修的角度考虑，灯仓尾部甩线的方式都优于连接器直接固定于灯仓上的方式。设计时需注意与车辆确认合适的甩线长度，使连接器固定于方便车辆检修的位置。

3.3 灯体通气孔设计

为保证密封效果，本项目灯体与灯仓为一体式结构，灯仓背面设置三个通气孔，均匀布置于灯仓的上、中、下部。通气孔的作用一是保证前照灯内部温度变化导致内外压力差时，平衡内外压力，二是保证前照灯内的水汽可通过通气孔单向排出灯具，防止雾气凝结。通气孔如上图5所示。

4 前照灯与车体安装密封结构设计

4.1 结构分析

前照灯与车体的安装采用螺钉安装的方式，并在灯体安装法兰与车体安装接触面及侧面均匀涂抹密封胶。灯体与车体安装结构如下图6所示。灯体安装螺钉采用现场配钻的形式。安装结构较为简单，在车外即可实现安装及检修更换。

图6 灯体与车体安装结构

4.2 安装需注意事项

安装时，先安装灯体，后安装灯罩。灯体与车体之间间隙均匀，间隙不大于3mm，需要清理溢出灯体的密封胶。需注意的是，密封胶只打到灯体与车体之间，而灯罩与车体之间是不打胶的，灯罩与灯体之间通过密封条已达到密封效果，如果灯罩打胶将对检修时灯罩的拆卸产生不便。

4.3 优化建议

由于灯体与车体之间安装孔为通孔，而该安装孔又位于密封条之外，所以该安装孔存在渗水到车内的风险。目前处理方式为通过螺纹紧固胶达到螺纹固定及密封的效果，以下从车体安装角度及灯的设计角度分别提出优化建议。

从车体安装角度，由于车体安装螺钉为现场配钻安装，安装孔为通孔结构，方法一是考虑能否通过增加车体安装座厚度以及控制配钻时钻头长度达到将通孔变为盲孔的效果，直接避免了通孔的漏水隐患，或者参考动车组前照灯，在车体安装座上自带螺纹孔，螺纹孔设计为盲孔，但是该方法对尺寸公差要求严格，对车体加工工艺要求严格；方法二是灯体安装螺钉紧固后，在螺钉表面打密封胶，该方法的缺点是虽然后期检修拆卸灯体及灯仓的概率很低，但是一旦需要拆卸，覆盖在内六角螺钉上面的密封胶处理将会费时费力；方法三是在灯罩和车体之间的缝隙打密封胶，同样，缺点是检修时需先处理密封胶才能拆卸灯罩，费时费力。车体安装结构三种优化示意如下图7所示。

图7 车体安装结构优化示意

从灯本身的设计角度，方法一是可以考虑在灯体安装螺栓对应的灯罩位置，设计密封条，通过灯罩安装螺钉的紧固力矩使该密封条压紧起到密封效果。方法二是将灯体安装螺栓位置设计在原密封条内侧，直接通过密封条保证该螺栓孔的密封，但是该方案必然造成灯罩边缘安装位置尺寸加长，不利于灯体美观。优化示意如下图8所示。

图8 灯设计结构优化示意

5 结语

地铁车辆前照灯的结构及安装方式多种多样，在满足车辆外观需求的同时，前照灯结构的密封性和安装结构的密封性不容忽视。在满足密封要求的前提下也要尽量实现检修方便。本文是对一种地铁车辆前照灯结构的几点思考，希望能对将来前照灯及安装结构的优化提供一些思路。

参考文献：

[1] 刘益武，成雷．轨道交通车辆前照灯密封性探讨[J]．技术应用，2021(7):90-93．

[2] 孙运其，李晓伟，高振强，等．轨道交通车辆前照灯安装结构分析[J]．铁道车辆，2020(1):9-11．