電力機車前窗玻璃粘接工藝優化提升方案

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412001)

0 引言

電力機車最大運營速度一般為120～160 km/h，運行環境溫度為-40 ℃～40 ℃，前窗玻璃要求承受的風壓高達2 500 Pa。該電力機車前窗玻璃自重約35 kg/件，完全依靠膠粘劑與司機室鋼結構框架進行連接。根據粘接接頭對鐵路車輛組件及部件的重要性劃分，機車前窗玻璃粘接為粘接體系最高等A1級，該粘接等級對粘接作業環境要求很嚴格，粘接質量直接關系鐵路、車輛、人員及設備安全。

1 現場生產現狀

目前機車粘接采用的是單組份濕固化聚氨酯膠粘劑，它具有不需要現場配膠、固化時間短和粘接強度高等優點。但其配套產品包括膠粘劑、清洗劑、玻璃底涂和玻璃底涂，對環境溫度、濕度、作業時間都有較高的要求，粘接溫度需控制在15 ℃～30 ℃，濕度范圍需控制在30%～70%Rh，最佳溫度為23 ℃，最佳濕度為50%Rh。在實際生產過程中，由于春夏交替之季，尤其是南方地區氣溫高、空氣潮濕，對聚氨酯玻璃膠粘接工藝影響較大，需制定出相應的解決方法，提高裝配質量。

2 現場工藝問題

在株洲(南方城市)，某型號電力機車生產過程中，接連出現幾起前窗玻璃粘接固化后，膠條起泡現象，具體見圖1。通過現場對比發現，氣泡出現的位置集中在玻璃拐角處，同時還伴隨著前窗玻璃與窗框膠線邊緣毛刺、膠條間隙不均允、膠條塌陷等安裝質量問題。這些現象的發生，不僅影響該型電力機車流線型車頭的外觀，還會影響前窗玻璃的位移能力、黏結強度及密封性能，最終造成粘接失效，成為粘接結構裝配的安全隱患。

圖1 膠條內部有氣泡

基于目前現場選用單組份濕固化聚氨酯膠粘劑的性能基理，適用于高強度、持久的彈性粘合聯接，適用于多種基材，已廣泛應用于鐵路機車的粘接，適合進行前窗玻璃粘接。通過查閱相關質量記錄數據后發現，注膠固化后起泡現象具有一定規律性，且與粘接現場環境有一定聯系。因此，本文主要基于生產現場實際情況，進行原因分析并提出可行性方案。

3 原因分析

目前生產現場無恒溫恒濕裝置，粘接過程中常出現環境溫濕度無法滿足粘接要求的情況。開放性廠房溫濕度環境不易控制，且隨外界環境變化而變化，溫濕度波動較大。膠粘劑及配備的底涂對環境的溫度、濕度、固化時間都有較高的要求，若在非恒溫恒濕的生產環境下，膠粘劑將無法發揮其全部價值。加之，由于春夏交替之際，溫差和溫度變化加聚，且生產現場各處無法保證溫濕度統一，造成膠粘接固化速率不一，膠粘劑固化內部產生應力，是造成起泡的直接原因。

4 方案制定

4.1 工裝設計階段

根據現場作業人員反饋，生產現場溫濕度不能滿足粘接作業要求，不僅嚴重影響生產進程，對作業后產品質量也有很大影響。根據現場作業情況，車間雖開啟中央空調通風，但存在以下兩點問題：①需長時間通風后環境濕度方可下降，影響作業進程。②易受外界影響，如現場進行清潔作業，局部環境濕度值會有明顯上升。針對上述兩個問題，通過設計粘接溫濕度控制工裝(如圖2所示)，形成粘接作業“小環境”，既保證粘接可操作性，又提高作業效率。

圖2 粘接溫濕度控制工裝

4.2 工裝驗證階段

當天生產環境溫濕度為21 ℃、75%Rh，不能滿足現場粘接要求，需對粘接環境溫濕度進行控制。針對上述問題，提出兩種方案對生產環境溫濕度進行控制，并通過區域劃分，驗證上述兩種方案對粘接環境變化的有效性及實時性。①由于當天車間僅濕度不滿足現場粘接要求，建議車間將中央空調的通風系統打開(如圖3所示)，通過通風循環降低環境濕度。②組織車間使用粘接溫濕度控制工裝(如圖4所示)，配合除濕機、移動式燈箱(照明)使用，通過除濕機的除濕功能降低工裝內粘接環境的濕度。

圖3 空調除濕 圖4 工裝使用

4.3 驗證規律分析

通過統計當天08：00～22：00南、北區域溫濕度變化情況，得到當天該時段粘接溫濕度控制工裝內環境環境變化曲線，以便掌握后續作業環境變化規律，指導后續該工裝使用要求。

統計當天該時間段作業北區域溫濕度變化情況，通過數據統計發現，通過中央空調通風可降低粘接環境濕度值，但存在以下問題及波動情況：①需長時間(2 h以上)開啟后濕度才有明顯下降變化。②對外界環境敏感(中午時段濕度下降明顯)。③受其它作業單元影響(若有地面清潔作業，濕度值驟升)(如圖5所示)。

圖5 空調除濕濕度變化曲線

統計當天該時段粘接溫濕度控制工裝內溫濕度變化情況，通過數據統計發現，通過工裝配合除濕機使用，可以控制該環境內溫濕度值(見圖6)，減少操作員工現場等待時間，同時也大幅提升電力機車粘接質量。該方案可以將工裝內溫濕度控制在規定波動范圍內，但也存在以下幾點需改進的項點：①作業空間光線不足，對粘接過程有一定影響。②需要控制作業人員人數，人員人數對作業環境有一定影響。③除濕器的功率需要加大，如此即可以保證溫濕度波動，又可以降低作業人員人數對環境影響。

圖6 工裝內濕度變化曲線

針對溫度控制，目前可通過加熱器及移動式空調進行調節。若溫度低于操作溫度時，通過使用加熱器進行熱源補充；若溫度高于操作溫度，通過移動式空調進行溫度調節。

5 結語

針對目前無恒溫恒濕設備的生產現場，粘接環境控制一直是一個“老大難”的問題，不僅影響生產進程，更會影響后續產品質量的管控。針對該問題的處理方式需根據實際情況而定，一般處理方式為通過啟動中央空調通風降低環境濕度，若出現無法通過上述方式改進，需使用粘接溫濕度工裝輔助作業，以便提高粘接可操作性。