蜂窩復合地板在機場擺渡車上的應用

陳　斌，吳明松，曾柳妃（浙江金港汽車有限公司，浙江 紹興　312300）

蜂窩復合地板在機場擺渡車上的應用

陳斌，吳明松，曾柳妃
（浙江金港汽車有限公司，浙江 紹興312300）

蜂窩復合地板是一種高效材料，具有輕質、抗振、隔熱、隔音等性能優(yōu)點。文章介紹蜂窩復合地板的結構特點，闡述其在機場擺渡車上的實際應用情況，并分析輕量化結果和經(jīng)濟性效益。

蜂窩復合地板；機場擺渡車；輕量化；經(jīng)濟性

隨著科學技術的發(fā)展，復合材料在汽車工業(yè)中得到越來越廣泛的重視和應用。蜂窩復合地板具有輕質、高強度、耐腐蝕、易復合成型等優(yōu)點，能夠取代傳統(tǒng)的竹膠板。為了推廣輕量化技術以及新材料的應用，提高客車品質，我公司在機場擺渡車地板上對其進行了試用。在保證地板的承載能力和減振、降噪功能的提前下，大幅度減輕了地板的重量，同時再改進地板骨架設計，提高了地板原材料利用率，減少生產成本，取得了較好的效果。

1　結構及性能

蜂窩復合板是由兩層或多層的面板材料和中間夾一層或多層厚而輕的蜂窩芯層復合而成。當復合地板承受彎曲載荷時，上表面玻璃纖維層被拉伸，下表面連續(xù)玻璃纖維增強層被壓縮，蜂窩芯層傳遞切剪力。從力學角度分析，與工字梁很相似，面材相當于工字梁翼緣，主要承受應力；芯材相當于工字梁的腹板，主要承受剪切力。由于夾芯層高度比面板高出幾倍，剖面的慣性矩隨之成4次方增大，且面板有夾芯支持，剪切強度大，穩(wěn)定性好。面板可以很薄，與實心結構相比要輕得多且剛性大，輕量化效果極為明顯［1］。表1為其與常規(guī)地板材料的力學性能對比（其測試樣品尺寸為350 mm×70 mm，跨距為280 mm），同時它還具有良好的抗振、隔熱、隔音等性能，是一種高效結構的材料。

表1　常規(guī)地板材料的力學性能對比

常規(guī)地板材料的成本也相差比較大，以鋼板價格為基準，6061鋁板價格為鋼板的7倍，竹膠板為鋼板的1.5倍，蜂窩復合板則為鋼板的13倍。蜂窩復合板價格較高，且在制造和應用過程中，容易形成脫粘、積水、劃傷、裂紋等缺陷，這些缺陷的存在嚴重制約了蜂窩復合板的應用。所以在實際應用過程中，質控把關要嚴格、材料利用率要提高、工人技能要過關，三者缺一不可。

我公司使用的蜂窩復合地板是采用多層有方向性的連續(xù)玻璃纖維增強聚丙烯帶材與聚丙烯蜂窩芯熱復合而成，結構如圖1所示。該結構具有較高的抗層間剪切、抗彎、抗剝離及抗疲勞性能［2］。

圖1　蜂窩復合地板結構圖

2　應用實例及效果分析

普通客車在駛行過程中地板會因顛簸沖擊容易產生橫向和縱向的彈性扭曲變形，機場擺渡車只在民用機場坪內行駛且最高車速不高于25 km/h［3］，不容易產生彈性扭曲變形；其整車結構較簡單，地板空間寬廣又無需安裝太多的部件，因此很適合輕量化設計。復合材料具備輕質高強、綠色環(huán)保、耐候性好、隔音隔熱、吸能減振等性能，使用該材料，可以使汽車振動減小，能使機場擺渡車更加安全和舒適［4］。

我公司采用厚18 mm蜂窩復合地板（上面為厚1 mm玻璃纖維片材，中間為厚16 mm聚丙烯蜂窩芯層，底部為厚1 mm連續(xù)玻璃纖維增強層）+厚2 mm阻尼板的組合方案代替厚20 mm竹膠板方案。

根據(jù)蜂窩復合地板的結構特點，確定裝配工藝可行性方案，確保地板安裝牢固和平整。圖2為蜂窩復合地板+阻尼板裝配工藝方案圖。

圖2　裝配方案圖

在保證乘客區(qū)地板的承載能力和減振、降噪功能的前提下，竹膠地板常規(guī)鋪設數(shù)量需13塊。竹膠地板分塊圖如圖3所示。

圖3 竹膠地板分塊圖

蜂窩復合地板則不能采用圖3的鋪設方案，其原因一是承載能力低；二是材料利用率較低，成本太高。所以必須對地板骨架結構進行優(yōu)化，增強承載能力，減少地板使用數(shù)量，提高原材料的利用率，實現(xiàn)蜂窩復合地板的最優(yōu)分塊。

通過對蜂窩復合板的抗彎強度、撓度計算分析，在原地板骨架結構設計基礎上，增加部分L形或U形支撐梁，以減小地板梁跨距來增強其承載能力，同時進行最優(yōu)分塊，提高原材料的利用率。蜂窩復合板分塊圖如圖4所示。蜂窩復合板材數(shù)量只需9塊，材料利用率高達86%，顯著減少生產成本。

圖4　蜂窩復合地板分塊圖

樣車送國家工程機械質量監(jiān)督檢驗中心進行檢測，載荷測定符合設計要求；滿載5000km行駛可靠性試驗無故障，蜂窩復合板無任何缺陷；整車噪聲值60～75dB（A），符合國家及行業(yè)標準。

輕量化是提高汽車燃油經(jīng)濟性、減少尾氣排放、節(jié)約材耗的有效手段。資料顯示，若汽車整車質量降低10%，燃油消耗減少6%～8%；汽車整車質量每減少100 kg，百公里油耗可降低0.2～0.8 L［5］。輕量化對環(huán)保也很有好處，車輛質量減輕50%，二氧化碳排放量可減少13%［6］。

機場擺渡車乘客區(qū)地板有效面積為23 m2，竹膠板單車使用量為13塊，成本3 120元，蜂窩復合地板單輛車使用量為9塊，成本5 400元，用蜂窩復合地板代替竹膠板，成本增加2 280元，地板骨架增重35 kg，地板減重267 kg，整車減重232 kg。機場擺渡車年行駛里程約10 萬km計算，柴油價格約5元/L，節(jié)約燃油量按汽車整車質量每減少100 kg，百公里油耗可降低0.45 L計算，每車每年節(jié)約費用約5 220元。雖然蜂窩復合地板在單價上較高，但僅因減重后帶來的燃油節(jié)約收益一年就能收回成本，第二年即可節(jié)省可觀的油耗費用。

3　結束語

蜂窩復合地板在我公司機場擺渡車上的應用，其地板減重約60%，效果明顯，達到了整車輕量化的設計目標，而且還提高了車輛的安全和舒適性，以及可觀的燃油經(jīng)濟性。

［1］張廣平，戴干策.復合材料蜂窩夾芯板及其應用［J］.纖維復合材料，2000（2）：25-28.

［2］張劍，李地紅，李興冀，等.復合芯材夾芯結構成型工藝研究［J］.材料科學與工藝，2008，16（1）：76-78.

［3］岳鳳來，張俊紅，林杰威，等.純電動機場擺渡車動力系統(tǒng)匹配與性能仿真［J］.機械設計與制造，2014（7）：120-122.

［4］馮仁杰，于九明.蜂窩夾芯復合板及其在汽車工業(yè)中的應用［J］.汽車工藝與材料，2003（8）：30-32.

［5］敖炳秋.輕量化汽車材料技術的最新動態(tài)［J］.汽車工藝與材料，2002（8）：1-21；2002（9）：1-21.

［6］劉靜安.汽車工業(yè)用鋁材的開發(fā)應用趨勢與對策（1）［J］.鋁加工，2002，25（5）：1-6；2002，25（6）：39-41.

修改稿日期：2016-03-05

Application of Honeycomb Composite Panel to Airport Shuttle Bus

Chen Bin，Wu Mingsong，ZengLiufei
（ZhejiangJin GangMotor Co.，Ltd，Shaoxing312300，China）

Honeycomb composite panel is a high-performance structure material with advantages such as lightweight，shock damper，heat insulation，sound insulation，etc.The authors introduce the structure characteristics ofhoneycomb composite panel and its practical application situation toairport shuttle bus，alsoanalyze the results of lightweight and economy.

honeycomb composite panel；airport shuttle bus；lightweight；economy

U463.83

B

1006-3331（2016）04-0053-02

陳斌（1983－），男，工藝主管工程師；主要從事客車整車制造工藝、涂裝管理等方面的工作。