城軌車輛雙層地板結(jié)構(gòu)分析

劉益武，成 雷

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412000)

1 概述

為降低車輛運行時噪音和振動的傳遞，增加車體防寒保溫效果，提升舒適度，城軌車輛普遍采用雙層地板結(jié)構(gòu)，即在車體底架上使用橡膠、減震墊、膠粘劑等作為支撐，在支撐上再鋪設一層地板，上層地板一般采用鋁蜂窩地板或輕質(zhì)復合地板。根據(jù)技術(shù)要求在雙層地板的中間鋪設防寒材、阻尼貼、隔音氈等特殊材料可進一步提升隔溫、隔音、降噪效果。

雙層地板結(jié)構(gòu)應用過程中，出現(xiàn)了地板異響、地板塌陷等現(xiàn)象。為利于系統(tǒng)地分析相關(guān)問題，對城軌車輛主要使用的3種不同材質(zhì)的地板的綜合性能及地板安裝結(jié)構(gòu)進行受力分析，并提出優(yōu)化、改進方案。

2 地板性能

城軌車輛雙層地板結(jié)構(gòu)主要使用的有輕質(zhì)復合地板、焊接結(jié)構(gòu)鋁蜂窩地板及粘接結(jié)構(gòu)的鋁蜂窩地板，3種地板都為3層夾心結(jié)構(gòu)。

輕質(zhì)復合地板的中芯層主要成分是熱固性塑料和玻璃纖維，這種材料結(jié)構(gòu)密度小，硬度高，尺寸穩(wěn)定，非常容易加工，上下兩表面為多層0.12～0.25 mm纖維改性坯布經(jīng)過高溫碾壓形成的蒙皮，再用膠粘劑將蒙皮和中芯層高溫碾壓粘接。

焊接結(jié)構(gòu)鋁蜂窩地板中芯層以鋁框骨架為主承載、六角形鋁蜂窩芯支撐的結(jié)構(gòu)，上下兩表面為鋁板蒙皮，采用釬焊方式將中芯層與蒙皮連接。

粘接結(jié)構(gòu)的鋁蜂窩地板中芯層為六角形鋁蜂窩芯，上下兩表面為鋁板蒙皮，周邊鋁型材封邊加強，再用膠粘劑將蒙皮和中芯層高溫碾壓粘接。

根據(jù)地板的使用條件提出相應的試驗要求，3種地板的主要試驗數(shù)據(jù)如表1。

表1 3種地板的試驗數(shù)據(jù)

從數(shù)據(jù)可以看到，內(nèi)部骨架焊接結(jié)構(gòu)的鋁蜂窩地板，剝離強度和抗壓強度都較高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。

輕質(zhì)復合地板使用高脆性的酚醛類膠粘劑，抗拉強度和剝離強度都偏低，從地板邊緣容易將蒙皮剝離。考慮改善粘接蒙皮的膠粘劑的柔韌性，對地板周邊使用膠粘劑封邊、加強邊緣防護等方案，提升地板的抗剝離強度。

內(nèi)部粘接結(jié)構(gòu)的鋁蜂窩板綜合性能居中，當局部蜂窩芯受損、脫膠，蜂窩芯受力產(chǎn)生塌陷、地板分層，塌陷會形成多米諾骨牌效應，不斷擴大。制造時應加強對粘接工藝參數(shù)、操作過程的管控，避免產(chǎn)生內(nèi)部粘接缺陷。

3種地板密度從高到低依次為焊接鋁蜂窩地板、粘接鋁蜂窩地板、輕質(zhì)復合地板，輕質(zhì)復合地板平均比前2種地板輕1/3左右。

3 地板安裝

3.1 地板支撐

城軌車輛雙層地板的支撐方式主要有減震墊支撐、膠粘劑粘接、橡膠墊加螺栓緊固。

減震墊支撐的安裝方式為：先粘貼厚的減震墊，再使用薄的橡膠墊精調(diào)到基準值，相鄰區(qū)域支撐的高度差在1 mm以內(nèi)。減震墊硬度15～25 HA，橡膠墊硬度約55 HA。載荷變化時減震墊受力會產(chǎn)生壓縮與回彈，對地板產(chǎn)生交變載荷。當某局部橡膠墊較多，又與基準面有高度差時，車輛載荷變化時浮動的地板與橡膠墊間碰撞產(chǎn)生響聲，地板與門檻間也可能產(chǎn)生撞擊異響。針對此問題，采用將薄的橡膠墊改用減震墊同樣的軟性材料的方法，增加減震墊粘貼密度，門檻安裝時與地板間預留間隙，優(yōu)化后異響問題基本解決。

橡膠墊加螺栓緊固安裝方式與減震墊支撐安裝類似，增加了螺栓將地板緊固在車體底架上。使用膠粘劑粘接，按標記數(shù)值放置限位塊在注膠粘接地板，膠粘劑固化后硬度約45 HA。這2種安裝方式地板與車體底架連接為整體，不會產(chǎn)生摩擦與碰撞，地板承受的交變載荷小，但減震性、舒適度比減震墊支撐方法差。使用膠粘劑粘接，后期地板維護只能將地板破壞性拆除，可維護性差。

3.2 地板搭接縫隙

早期地板安裝時未考慮2塊地板的搭接處縫隙L(見圖1)可能造成的影響，縫隙設計理論值L=1 mm，受產(chǎn)品部件公差鏈影響，導致部分搭接處緊貼無縫隙，焊接在車體底架扶手桿安裝座與地板接觸(見圖2)。在車輛運營時，浮動的地板與扶手安裝座摩擦，產(chǎn)生異響。溫差大時，地板與車體的材質(zhì)差異熱膨脹系數(shù)不同，地板接縫處產(chǎn)生擠壓或拉伸而造成運營時接縫處剛性接觸、摩擦產(chǎn)生異響，輕質(zhì)復合地板可能造成表層蒙皮脫膠開裂，地板拱起變形。

圖2 地板安裝結(jié)構(gòu)示意圖

圖1 地板搭接示意圖

問題出現(xiàn)后，加大地板搭接處縫隙L的調(diào)節(jié)量，地板安裝時控制地板接縫處及扶手安裝座與地板的最小間隙，避免接觸摩擦產(chǎn)生異響的情況，溫度變化時接縫處能有效釋放熱變形及熱應力。

4 結(jié)語

不同材料、不同結(jié)構(gòu)的組合性能各有優(yōu)劣。在設計時，需要總結(jié)經(jīng)驗，綜合考慮，揚長避短，不斷改進，提升整體性能。隨著新材料的研發(fā)應用，結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，軌道交通不斷地以高科技、高智能、高質(zhì)量的發(fā)展提升人們出行的舒適度和便利性。