嘉興有軌電車地板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

□ 湯云哲

上海軌道交通設(shè)備發(fā)展有限公司 上海 200245

1 設(shè)計(jì)背景

有軌電車客室地板指車體底架上方的板或板狀結(jié)構(gòu),處于乘客視野下部,是車輛內(nèi)部裝飾中的重要組成部分,對(duì)強(qiáng)度、防火、安全性、隔聲、美觀方面均有較高要求。筆者對(duì)嘉興有軌電車一期項(xiàng)目地板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

嘉興有軌電車一期項(xiàng)目共計(jì)采購(gòu)100%低地板鋼輪鋼軌有軌電車20輛,采用5節(jié)編組,車型分為M車、F車、Tp車三種。其中,M車為安裝動(dòng)車轉(zhuǎn)向架和司機(jī)室的動(dòng)車模塊,F車為懸浮車體模塊,Tp車為安裝受電弓和拖車轉(zhuǎn)向架的拖車模塊。地板為全酚醛樹脂材料,屬于熱的不良導(dǎo)體,具有較高的隔熱隔聲性能,并且質(zhì)量較輕。地板高低尺寸設(shè)計(jì)參考東湖項(xiàng)目,地板支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考以色列項(xiàng)目。M車地板縱向及橫向截面分別如圖1、圖2所示,Tp車為M車二位端及其鏡像。M車地板模型如圖3所示,F車地板模型如圖4所示,Tp車地板模型如圖5所示。

圖1 嘉興有軌電車M車縱向截面

圖2 嘉興有軌電車M車橫向截面

圖3 嘉興有軌電車M車地板模型

圖4 嘉興有軌電車F車地板模型

2 以往項(xiàng)目分析

東湖項(xiàng)目地板為鋁板面層聚酯板泡沫芯層材質(zhì)復(fù)合地板,在門區(qū)地板下沉至距軌面350 mm,F車全部地板和M車門區(qū)地板距軌面380 mm,M車座椅間走道地板距軌面450 mm。東湖項(xiàng)目M車地板模型如圖6所示,F車地板模型如圖7所示。以色列項(xiàng)目地板為酚醛樹脂材料,在門區(qū)地板下沉至距軌面350 mm,F車全部地板距軌面380 mm,M車全部地板距軌面450 mm。以色列項(xiàng)目M車地板模型如圖8所示,F車地板模型如圖9所示。

圖6 東湖項(xiàng)目M車地板模型

圖7 東湖項(xiàng)目F車地板模型

圖8 以色列項(xiàng)目M車地板模型

圖9 以色列項(xiàng)目F車地板模型

東湖項(xiàng)目與以色列項(xiàng)目因地板材質(zhì)差別而導(dǎo)致地板支撐方式有差別。

東湖項(xiàng)目在地板下部由車體焊接安裝座,在安裝座上粘貼厚度為5 mm的橡膠墊進(jìn)行調(diào)平,以彌補(bǔ)車體平面度誤差,如圖10所示。東湖項(xiàng)目M車底部支撐布置如圖11所示,F車底部支撐布置如圖12所示。

圖10 橡膠墊調(diào)平

圖11 東湖項(xiàng)目M車底部支撐布置

圖12 東湖項(xiàng)目F車底部支撐布置

以色列項(xiàng)目在地板下部由車體焊接螺柱,安裝座緊固在螺柱上,在安裝座間安裝地板梁,地板梁上粘貼橡膠墊后再安裝地板,通過安裝座和地板梁間的調(diào)整墊進(jìn)行調(diào)平,地板中部也由橫向地板梁和調(diào)整墊來(lái)支撐、調(diào)平。以色列項(xiàng)目M車底部如圖13所示,M車底部支撐布置如圖14所示,F車底部支撐布置如圖15所示。

圖13 以色列項(xiàng)目M車底部

圖14 以色列項(xiàng)目M車底部支撐布置

圖15 以色列項(xiàng)目F車底部支撐布置

東湖項(xiàng)目地板安裝方式均為螺釘從上往下固定,如圖16所示。以色列項(xiàng)目地板安裝方式部分為從上往下固定,部分為向兩側(cè)車體固定,如圖17所示。安裝時(shí),必須計(jì)算好安裝座與車體地板折彎板間的距離,以及折彎板和車體中間防寒材料的厚度,保證可以實(shí)現(xiàn)安裝。

圖16 東湖項(xiàng)目地板安裝方式

圖17 以色列項(xiàng)目地板安裝方式

以色列項(xiàng)目地板固定方式分為在型材中放置預(yù)埋塊和通過長(zhǎng)條鋼板攻絲兩種,需要在合適的地方選用合適的固定方式。東湖項(xiàng)目地板統(tǒng)一使用鋁型材加鋼塊攻絲的固定方式,較為簡(jiǎn)單。

3 地板設(shè)計(jì)

嘉興有軌電車一期項(xiàng)目地板采用三層夾心結(jié)構(gòu),上下表面為酚醛預(yù)浸布,厚度均為1.2 mm,中間為低密度輕芯鋼豎排芯層,邊框?yàn)楦呙芏确尤┬筒?采用環(huán)氧膠對(duì)各材料進(jìn)行粘接,整體厚度為19 mm。如遇到異形地板,則需要開模具壓制為異形芯層,保證芯層為一體結(jié)構(gòu),不允許芯層拼接。

酚醛地板的機(jī)械性能見表1。

表1 酚醛地板機(jī)械性能

嘉興有軌電車一期項(xiàng)目M車門區(qū)地板與車體的距離為22.5 mm。以色列項(xiàng)目車頭對(duì)應(yīng)區(qū)域沒有門,不需要將地板下沉,所以地板與車體底架平面的距離為101.5 mm,此區(qū)域地板通過大型支撐座及與支撐座連接的地板梁來(lái)支撐。東湖項(xiàng)目為聚酯地板,對(duì)應(yīng)區(qū)域?yàn)槎鄩K橡膠墊點(diǎn)支撐。需要重新設(shè)計(jì)嘉興有軌電車一期項(xiàng)目的支撐方案。

門區(qū)地板距車體上表面21 mm,為了保證地板強(qiáng)度,此處地板厚度為17 mm,下部直接粘貼厚度為4 mm的橡膠墊來(lái)調(diào)節(jié)高度,在車體鋼底架上攻絲后用螺釘連接。

門區(qū)下部在底架上焊接螺柱,在螺柱上安裝地板梁,并在地板梁下放置調(diào)整墊,對(duì)地板梁調(diào)平,地板梁上粘貼1 mm厚橡膠墊。地板梁安裝方法如圖18所示。為了在地板折彎處提高強(qiáng)度,沿折彎處設(shè)置地板梁。M車地板支撐布置如圖19所示。

圖18 地板梁安裝方法

圖19 嘉興有軌電車M車地板支撐布置

門區(qū)和走道間的區(qū)域,以色列項(xiàng)目為水平地板和斜坡底架,距離較大,采用地板安裝梁支撐的結(jié)構(gòu)。東湖項(xiàng)目為斜坡地板和斜坡底架,距離較小,采用橡膠墊支撐。嘉興有軌電車一期項(xiàng)目對(duì)應(yīng)區(qū)域同樣為斜坡地板和斜坡底架,并且距離較小,因此采用橡膠墊支撐。地板周圍與以色列項(xiàng)目一致,有一圈地板梁。

M車除門區(qū)和走道間區(qū)域外,與底架距離均為1.5 mm,與東湖項(xiàng)目及以色列項(xiàng)目相同。嘉興有軌電車一期項(xiàng)目在這些區(qū)域分布橡膠墊,通過密集的橡膠墊來(lái)調(diào)平及支撐,四周以水平方向向車體攻絲固定。

F車全部地板距車體底架22.5 mm,統(tǒng)一采用在底架上焊接螺柱,在螺柱上安裝地板梁,地板梁上粘貼橡膠墊的方式進(jìn)行支撐。由于門區(qū)地板兩側(cè)要求與軌面距離為350 mm,因此門區(qū)地板與底架上表面距離為21 mm。使地板兩側(cè)邊緣厚度為17 mm,下部直接粘貼厚度為4 mm的橡膠墊來(lái)調(diào)節(jié)高度,在車體鋼底架攻絲后用螺釘連接。在底架邊梁下表面開排水孔,使冷凝水通過排水孔流出型材。F車地板支撐布置如圖20所示。

圖20 嘉興有軌電車F車地板支撐布置

對(duì)門區(qū)地板的小斜坡位置進(jìn)行調(diào)整,盡量向門區(qū)地板車體縱向兩端移動(dòng),將小斜坡位置設(shè)計(jì)在門立罩板下方,減小此處斜坡對(duì)乘客上車時(shí)的影響。由此,門區(qū)地板與端部地板的連接狀態(tài)發(fā)生改變,由原來(lái)的同平面連接變?yōu)橛薪嵌却罱?。由于原有通過型材加預(yù)埋塊方式搭接對(duì)工藝要求較高,因此改為通過折彎鋼板方式連接。此方式下搭接處下平面比原型材搭接方式下平面高,且安裝后螺釘露頭,所以對(duì)此處地板安裝梁的方式進(jìn)行調(diào)整,提高地板梁的支撐高度,并在螺釘處開缺口實(shí)現(xiàn)避讓。門區(qū)地板與端部地板連接如圖21所示。

圖21 門區(qū)地板與端部地板連接

為了避免雨水從地板端部及車門處流進(jìn)地板與車體底架的空隙內(nèi),需要對(duì)地板進(jìn)行密封打膠。由于M車二位端與門區(qū)既是容易遇水的地方,也是M車最低點(diǎn),因此只需要密封二位端處及門區(qū)處。

除地板外,地板周圈的地板連接件也是設(shè)計(jì)的重要部分。由于地板連接件下部與地板連接,上部與側(cè)墻搭接,因此需要考慮兩方面因素。相較于東湖項(xiàng)目,嘉興有軌電車一期項(xiàng)目側(cè)墻厚度減薄,因此地板連接件相較于東湖項(xiàng)目更加向車體兩側(cè)移動(dòng)。此外,相較于東湖項(xiàng)目,嘉興有軌電車一期項(xiàng)目側(cè)墻下邊緣更高,因此地板連接件上邊緣比東湖項(xiàng)目更高。地板連接件在車體上的安裝座位置由于限制無(wú)法上移,對(duì)安裝方式進(jìn)行改進(jìn),由原來(lái)的Z形安裝點(diǎn)改為倒U形安裝點(diǎn),并在外表面開孔,使套筒伸進(jìn)安裝螺栓,用地板布將開孔遮蓋。由此,在保持安裝位置不變的情況下,最大程度將地板連接件上邊緣提高。地板連接件安裝形式如圖22所示。

圖22 地板連接件安裝形式

4 地板下防寒材設(shè)計(jì)

由于M車和Tp車下部有轉(zhuǎn)向架,因此要進(jìn)行防水及降噪。有軌電車車體底架與地鐵車輛車體底架不同,存在大量孔洞,因此在M車和Tp車車體底架與地板間除了粘貼阻尼片,還需要設(shè)置防水用板。以色列項(xiàng)目在車體底架孔洞上焊接鋼板,將車體底架孔洞完全密封后粘貼阻尼片,質(zhì)量很大,并且焊接周圈會(huì)產(chǎn)生焊接變形,影響地板安裝。嘉興有軌電車一期項(xiàng)目的阻尼片采用膠與鋁板分離的方式。在孔的周圈車體面上涂一定寬度的阻尼膠,然后將鋁板粘貼在上面,覆蓋住阻尼膠和車體底架的孔,最后再涂密封膠。地板與底架間阻尼片布置如圖23所示,紅色為地板橡膠件,白色為車體,綠色為底架上粘貼的阻尼膠,藍(lán)色為覆蓋阻尼膠和孔洞用鋁板。

圖23 地板與底架間阻尼片布置

5 地板布設(shè)計(jì)

地板布是地板結(jié)構(gòu)最上面的一層,覆蓋在地板結(jié)構(gòu)上,乘客可以直接看見并且直接接觸,因此要求更高,需要滿足耐磨、防火、無(wú)毒、壽命長(zhǎng)、不開裂、防滑等要求,并且要求美觀、易于清潔。橡膠地板布主要成分為天然橡膠和人造橡膠,在防火、彈性、工藝性方面有優(yōu)勢(shì),聚氯乙烯地板在耐磨性、密度、價(jià)格方面有優(yōu)勢(shì)。嘉興有軌電車一期項(xiàng)目采用聚氯乙烯地板布,主要性能指標(biāo)見表2。

表2 聚氯乙烯地板布性能指標(biāo)

相較于地鐵車輛,有軌電車地板布的形狀要復(fù)雜得多。地鐵車輛地板布形狀較為規(guī)整,且為一個(gè)平面上的長(zhǎng)方形,可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行橫鋪、縱鋪、分割。有軌電車地板布不僅需要覆蓋地板,而且需要覆蓋地板周圈的地板連接件,還需要考慮采用盡量提高地板布利用率的分割方案。地板布鋪設(shè)時(shí),需要注意地板的陽(yáng)角和陰角。由于性能限制,聚氯乙烯地板布只能夠接受折彎半徑為10 mm以上的陽(yáng)角及陰角,如果地板布的折彎半徑小于10 mm,那么需要強(qiáng)制在折彎處進(jìn)行分縫。M車地板布分縫如圖24所示,F車地板布分縫如圖25所示,Tp車地板布分縫如圖26所示,各圖中紅色粗實(shí)線為分縫。

圖24 嘉興有軌電車M車地板布分縫

圖25 嘉興有軌電車F車地板布分縫

圖26 嘉興有軌電車Tp車地板布分縫

6 結(jié)束語(yǔ)

嘉興有軌電車一期項(xiàng)目客室地板相較于以往項(xiàng)目更加簡(jiǎn)單,在保證地板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的情況下,取消了鋼制安裝座,大大減小了地板結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。為了對(duì)車體底架的孔洞進(jìn)行密封,由原設(shè)計(jì)在車體底架上焊接薄鋼板改為用阻尼膠粘貼薄鋁板并涂密封膠,進(jìn)一步減小質(zhì)量。為了避免F車上車的乘客被門區(qū)地板小斜坡絆倒,將門區(qū)地板的小斜坡設(shè)置在立罩板下方,減小小斜坡的影響。在門區(qū)入口處地板下方增加一根縱梁支撐,更有利于地板在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中的受力穩(wěn)定。

在設(shè)計(jì)中依然有一些小問題,需要在未來(lái)的項(xiàng)目中進(jìn)行改進(jìn)。第一,M車二位端地板與底架的間隙只有1.5 mm,一旦底架平面度較差,或者有焊縫,就不能保證地板上平面位置要求。第二,壓條的安裝形式可能存在產(chǎn)生異響的風(fēng)險(xiǎn)。壓條安裝形式如圖27所示,通過螺釘安裝在預(yù)埋塊上,踩在壓條尖角處時(shí)會(huì)在水平面產(chǎn)生變形,傳導(dǎo)至壓條垂直面后會(huì)與垂直地板布產(chǎn)生摩擦,并有可能產(chǎn)生異響。因此,后續(xù)項(xiàng)目需要在壓條垂直面增加緊固點(diǎn),消除變形和異響。

圖27 壓條安裝形式