城轨车辆双层地板结构分析

刘益武，成 雷

(中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412000)

1 概述

为降低车辆运行时噪音和振动的传递，增加车体防寒保温效果，提升舒适度，城轨车辆普遍采用双层地板结构，即在车体底架上使用橡胶、减震垫、胶粘剂等作为支撑，在支撑上再铺设一层地板，上层地板一般采用铝蜂窝地板或轻质复合地板。根据技术要求在双层地板的中间铺设防寒材、阻尼贴、隔音毡等特殊材料可进一步提升隔温、隔音、降噪效果。

双层地板结构应用过程中，出现了地板异响、地板塌陷等现象。为利于系统地分析相关问题，对城轨车辆主要使用的3种不同材质的地板的综合性能及地板安装结构进行受力分析，并提出优化、改进方案。

2 地板性能

城轨车辆双层地板结构主要使用的有轻质复合地板、焊接结构铝蜂窝地板及粘接结构的铝蜂窝地板，3种地板都为3层夹心结构。

轻质复合地板的中芯层主要成分是热固性塑料和玻璃纤维，这种材料结构密度小，硬度高，尺寸稳定，非常容易加工，上下两表面为多层0.12～0.25 mm纤维改性坯布经过高温碾压形成的蒙皮，再用胶粘剂将蒙皮和中芯层高温碾压粘接。

焊接结构铝蜂窝地板中芯层以铝框骨架为主承载、六角形铝蜂窝芯支撑的结构，上下两表面为铝板蒙皮，采用钎焊方式将中芯层与蒙皮连接。

粘接结构的铝蜂窝地板中芯层为六角形铝蜂窝芯，上下两表面为铝板蒙皮，周边铝型材封边加强，再用胶粘剂将蒙皮和中芯层高温碾压粘接。

根据地板的使用条件提出相应的试验要求，3种地板的主要试验数据如表1。

表1 3种地板的试验数据

从数据可以看到，内部骨架焊接结构的铝蜂窝地板，剥离强度和抗压强度都较高，结构稳定性好。

轻质复合地板使用高脆性的酚醛类胶粘剂，抗拉强度和剥离强度都偏低，从地板边缘容易将蒙皮剥离。考虑改善粘接蒙皮的胶粘剂的柔韧性，对地板周边使用胶粘剂封边、加强边缘防护等方案，提升地板的抗剥离强度。

内部粘接结构的铝蜂窝板综合性能居中，当局部蜂窝芯受损、脱胶，蜂窝芯受力产生塌陷、地板分层，塌陷会形成多米诺骨牌效应，不断扩大。制造时应加强对粘接工艺参数、操作过程的管控，避免产生内部粘接缺陷。

3种地板密度从高到低依次为焊接铝蜂窝地板、粘接铝蜂窝地板、轻质复合地板，轻质复合地板平均比前2种地板轻1/3左右。

3 地板安装

3.1 地板支撑

城轨车辆双层地板的支撑方式主要有减震垫支撑、胶粘剂粘接、橡胶垫加螺栓紧固。

减震垫支撑的安装方式为：先粘贴厚的减震垫，再使用薄的橡胶垫精调到基准值，相邻区域支撑的高度差在1 mm以内。减震垫硬度15～25 HA，橡胶垫硬度约55 HA。载荷变化时减震垫受力会产生压缩与回弹，对地板产生交变载荷。当某局部橡胶垫较多，又与基准面有高度差时，车辆载荷变化时浮动的地板与橡胶垫间碰撞产生响声，地板与门槛间也可能产生撞击异响。针对此问题，采用将薄的橡胶垫改用减震垫同样的软性材料的方法，增加减震垫粘贴密度，门槛安装时与地板间预留间隙，优化后异响问题基本解决。

橡胶垫加螺栓紧固安装方式与减震垫支撑安装类似，增加了螺栓将地板紧固在车体底架上。使用胶粘剂粘接，按标记数值放置限位块在注胶粘接地板，胶粘剂固化后硬度约45 HA。这2种安装方式地板与车体底架连接为整体，不会产生摩擦与碰撞，地板承受的交变载荷小，但减震性、舒适度比减震垫支撑方法差。使用胶粘剂粘接，后期地板维护只能将地板破坏性拆除，可维护性差。

3.2 地板搭接缝隙

早期地板安装时未考虑2块地板的搭接处缝隙L(见图1)可能造成的影响，缝隙设计理论值L=1 mm，受产品部件公差链影响，导致部分搭接处紧贴无缝隙，焊接在车体底架扶手杆安装座与地板接触(见图2)。在车辆运营时，浮动的地板与扶手安装座摩擦，产生异响。温差大时，地板与车体的材质差异热膨胀系数不同，地板接缝处产生挤压或拉伸而造成运营时接缝处刚性接触、摩擦产生异响，轻质复合地板可能造成表层蒙皮脱胶开裂，地板拱起变形。

图2 地板安装结构示意图

图1 地板搭接示意图

问题出现后，加大地板搭接处缝隙L的调节量，地板安装时控制地板接缝处及扶手安装座与地板的最小间隙，避免接触摩擦产生异响的情况，温度变化时接缝处能有效释放热变形及热应力。

4 结语

不同材料、不同结构的组合性能各有优劣。在设计时，需要总结经验，综合考虑，扬长避短，不断改进，提升整体性能。随着新材料的研发应用，结构的创新，轨道交通不断地以高科技、高智能、高质量的发展提升人们出行的舒适度和便利性。