浅析悬浮地板概念在轨道车辆上的应用

浅析悬浮地板概念在轨道车辆上的应用

王超

长春长客-庞巴迪轨道车辆有限公司吉林长春130062?

摘要：初步介绍了悬浮地板的减振、降噪、隔热、轻便等特性，其结构由支撑橡胶垫、铝蜂窝板及地板布组成，描述了上海9号线增购项目悬浮地板的安装方式，简单分析了悬浮地板的减振降噪原理。

关键词：悬浮地板；铝蜂窝板；隔振

一、前言

近年来，我国的交通运输事业不断地突飞猛进，铁路运输的客车不断更新换代，乘客对旅行环境舒适度的要求也不断提高，车辆的振动、噪声等指标越来越受到车辆运营公司和设计者的关注。传统的客车车厢地板为普通木质地板包铁皮，具有体积大、质量重、成本高的缺点。由于城轨车辆具有轴重轻、频繁加减速和超载运行等特点，所以要求车体钢结构在满足强度和刚度的要求下尽可能的轻，这样就必须在城轨车辆设计中采用高强度、低密度且能隔音的材料，铝蜂窝板应用而生。

铝蜂窝板由于其重量轻、强度高、刚性好、平整度高、不变形等优势可用来制造高速列车特别是轻轨、地铁车辆内饰板如侧墙板、顶板、地板等等。铝蜂窝板两侧面板为高强度铝板，内层为特制的六边形铝蜂窝，作为粘附在夹层结构中的芯板，在切向上承受压力，这些相互牵制的密集蜂窝犹如许多小工字梁，可分散承担来自面板方向的压力，使板受力均匀，保证了面板在较大面积时仍能保持很高的平整度。

铝蜂窝板结构的设计思想来源工字梁结构：表板相当于工字梁的翼板，主要承受正应力；中间蜂窝层相当于工字梁的腹板，主要承受剪应力。铝蜂窝板的两个表板的结构高度大，有较大的剖面惯性矩，因而刚度好、弯曲强度大；中间夹心层仿生于天然蜂巢结构，所用材料少，但剪切强度大、稳定性好；表板和蜂窝中间层优化组合，使得蜂窝板具有重量轻、强度大、刚度好等优点。表板与蜂窝选择适当，还可获得良好的抗震、隔热、隔音等性能。

乘客乘坐时感受的振动主要来自于地板。在城轨车辆内饰地板中，大部分设计都采用悬浮地板结构。浮动地板能够提供比较均匀的重量分布，使防振支点负荷倾向一致，增加防振系统的稳定性，从而大大降低了车辆内部的震动，并且提高了乘客在车厢内行走的舒适度。下面以上海地铁9号线增购项目为例，介绍一下悬浮地板的详细结构。

二、悬浮地板的结构及特点

悬浮地板的结构大致分三部分组成：底部支撑减振橡胶垫；中部铝蜂窝板及防寒材；上部地板布。如图1所示。

图1

橡胶垫是由固定橡胶垫和高度调整垫两部分组成。如图2所示下面的橡胶垫夹入钢结构的C型槽固定，均匀的分布在整个钢结构地板上（图4），再根据需要铺垫上不同厚度的橡胶垫，使整个地板保持平整（图3）。

图2

图4

正由于橡胶垫的多点支撑，使得内饰地板悬于钢结构地板上，而得名悬浮地板。这种结构在地板与钢结构中间形成一定的空间，很大程度的减少了车体振动向内室传输的介质，并且橡胶垫还能降低车体振动的振幅，同时也缓解了乘客行动对地板产生的冲击。

铝蜂窝板源自于航空工业复合蜂窝板技术，是一种典型的三明治构造方式，由面板、底板和中间铝蜂巢构成。上部面板为强度承受接触面，采用2mm厚的高强度铝板，底板为1mm厚的铝板，中间为15mm厚的六边形铝蜂窝芯，由高强度粘接胶使蜂窝芯与上下板结合为一个整体。如图5所示：

图5

由于铝蜂窝板的特殊构造，使得它具有以下特性：

1.承受重量的强度、刚性大。

铝蜂窝板对剪断、压缩、伸张等具用理想的应力分布。因此蜂巢本身也具有极限应力。表面板可用很薄的材质且材质选择的范围很广，重量承受的刚性高，而且重量承受力之强度是现有的构造物中最大者。

2.隔热防火性极佳。

铝蜂窝板的构造其内部，因系由无数的小气密室组成，因此不能对流而可发挥极佳之隔热性。铝蜂窝板与其他材料比较有高一层的隔热性能是有他的道理的。进一步的在内部充填软性防火材的话，其隔热性能就更高一层了，并且其材料组成均为铝材，具有不可燃性。

3.耐疲劳性高。

铝蜂窝板之构造是将原料做连续的粘接为一体构造。为此没有螺钉，熔接构造所产生的应力集中现象，而能保持优越的耐疲劳性，因此材料可使用到接近极限广。

4.保持表面的平坦。

铝蜂窝板之构造是以无数的六角形柱来支撑表面板。作为粘附在夹层结构中的芯板，在切向上承受压力。这些相互牵制的密集蜂窝犹如许多小工字梁，可分散承担来自面板方向的压力，使板受力均匀，保证了面板在较大面积时仍能保持很高的平整度。

5.具备卓越的经济性。

由于蜂巢夹芯的构造，使其轻便性远超于其它同等强度金属板，即节约了材料成本，又节省了运费。

整个地板的最上部，也是直接呈现给乘客的部分，因此地板布的选择直接关系到整个地板的性能。以上海地铁9号线增购项目为例，其地板布采用3.0mm厚合成和天然橡胶材料制成；单层结构，密实的表面结构，超长的使用寿命，尺寸稳定，抗香烟灼烧，防火，永久弹性，吸音，防滑，抗化学药品腐蚀，抗静电。分块地板布间采用无缝拼接，省略了焊接工艺，为了减少接缝，地板布采用纵向拼缝形式。整体布置简洁、大方。如图6所示：

图8

在地板两侧连接一个支撑型材，通过一个橡胶垫螺栓连接到一个与钢结构相连的角形安装支座，这样使得地板与钢结构即紧固的连接到一起，又完全是弹性连接，以隔离或减少车体底架振动能量的传递，达到了减振降噪的目的。

三、小结

本文简要的介绍了轨道车辆上悬浮地板的基本结构，阐述了铝蜂窝板的构造及其特性，简单的分析了悬浮地板减振降噪的原理。悬浮地板结构也广泛的被应用在轻轨、地铁及高速列车中。

参考文献：

[1]成大先.机械设计手册机械振动机架设计.北京：化学工业出版社，2004.

[2]马大猷.噪声与振动控制工程手册.北京：机械工业出版社，2002.

[3]符婉晖.铁路车辆内饰设计要素及装饰材料的应用.机车车辆工社版艺，2007（6）.