蜂窩板的性能分析及在動車組上應用的論述

王巖 李光磊 陳玉峰

【摘 要】本文從蜂窩板的蜂窩力學穩(wěn)定性能；重量輕，安裝負荷小；具有很好的吸聲、隔熱性能和蜂窩板的剝離強度四方面講述蜂窩板的特點。介紹了蜂窩板在動車組中的應用，展望了蜂窩板在動車組制造業(yè)中的發(fā)展。

【關鍵詞】蜂窩板；穩(wěn)定性；重量；吸聲；環(huán)保；動車應用；發(fā)展

前言

蜂窩板是一種夾層結(jié)構(gòu)的新型復合材料，廣泛應用于室內(nèi)外裝飾材料。蜂窩板可以制成輕質(zhì)，高強度，剛性好，板材非常平板，可用于結(jié)構(gòu)，軟墊，隔斷和裝飾場合等。蜂窩板擁有良好的力學性能，與同強度的實心板材質(zhì)更輕，隔音隔熱性能等性能。同時通過蜂窩板的環(huán)保性能闡述了蜂窩板使用環(huán)境十分廣泛。

一、蜂窩板特點：

1.蜂窩力學穩(wěn)定性能；

A—蜂窩孔距。拉伸方向上，相鄰兩蜂窩中心之間的距離；

C—蜂窩邊長。蜂窩芯紙正六邊形的邊長

D—蜂窩內(nèi)徑。蜂窩芯紙正六邊形的內(nèi)切圓直徑；

T—蜂窩板紙芯的高度；

I—孔徑比。蜂窩孔距與其內(nèi)徑的比值，

可以得出以下結(jié)論：

I=A/D，拉伸適當，則I=1，力學性能最佳；拉伸過分，則I>1，拉伸不足，則I<1力學性能不足，所以蜂窩板內(nèi)部蜂窩以正六邊形排列。

2.重量輕，安裝負荷小；

蜂窩板在制作中由于輕質(zhì)夾芯材料與面板不是同一性質(zhì)的材質(zhì)，通常使用輕金屬，纖維類，紙類等材料，芯層同時是相對面板材料分散、疏松的材料以六角形空腔連接排列形式制造。使得蜂窩夾層板與實心板材相比質(zhì)量更輕。同時由于內(nèi)部以六角形排列，外部以金屬、纖維、復合材料貼面導致蜂窩板的剛度更大。在使用中減重效果極為突出。由于蜂窩板材料材質(zhì)較輕，在蜂窩板安裝時相對安裝負荷相對于實心板材更小，使得蜂窩板安裝簡便，安裝固定點更少，同時節(jié)約了安裝材料及安裝人力。

3.具有很好的吸聲性能，隔熱性能；

由于蜂窩芯層分被隔分為多個封閉的正六邊形的子空腔，使的進入到結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱量和聲波受到連接排列的子空腔的極大阻礙，空腔壁面還可以對聲波進行有效的反射，因而蜂窩結(jié)構(gòu)具有良好的隔熱、隔音效果，尤其對低頻噪音具有良好的隔絕作用。

4.蜂窩板的剝離強度

采用熱壓機生產(chǎn)的蜂窩板，由于熱壓機壓力較大，較難控制，為防止壓塌鋁蜂窩芯，常常放置墊塊。如果墊塊高了，會影響施加的壓力，導致粘接強度低。如采用平面熱復合機，由于壓力是由彈力提供，可以通過調(diào)節(jié)高度來控制所施加的壓力，因此，采用這種工藝生產(chǎn)的鋁蜂窩板的粘接強度較高，而且很穩(wěn)定。

同時蜂窩板織物的經(jīng)緯度及不同致密度厚度的織物，其滾筒剝離強度也有較大差別。從實際制作過程中分析可以看出織物的經(jīng)緯紗及紗線粗細直接影響剝離強度。

5.蜂窩板的環(huán)保性能

制作普通的板材需要消耗大量的木材，每年要砍伐大量的森林樹木，嚴重的破壞了人類賴以生存的自然環(huán)境。而利用蜂窩形態(tài)制作的紙蜂窩板所需的紙漿量極少，與消耗紙漿量相同的紙板相比，蜂窩板的硬度與承壓能力要比普通紙板強上數(shù)十倍。這一數(shù)據(jù)非常驚人，極大的證明了蜂窩板的蜂窩板結(jié)構(gòu)的強大。紙漿消耗量的減少意味著可以保護更多的樹木，節(jié)約了木材，極力保護了大自然。蜂窩板回收后更易處理。普通板材制作材料廢棄后只能焚燒，不能回收處理，即使回收后還需要經(jīng)過數(shù)道工序才能進行再利用，過程繁雜，成本高。而紙蜂窩板只需經(jīng)過簡單的工序就能處理完，極大的減少了回收成本，提高了蜂窩板回收再利用積極性。

二、在動車組中的應用：

蜂窩板一般分為金屬類和非金屬類兩大類。金屬類主要適用于航空制造業(yè)、汽輪機制造業(yè)、船舶制造業(yè)、交通運輸業(yè)等。而非金屬類分為纖維類和紙類。纖維類蜂窩板主要用于交通運輸業(yè)、裝飾行業(yè)以及家具業(yè)等；紙類蜂窩主要用于包裝業(yè)、建材業(yè)、家具業(yè)等。

由于在動車組開發(fā)過程中對車輛的節(jié)能要求較高，動車組的設計及制造一直在追求輕量化。

首先在國產(chǎn)的動車組樣車上應用鋁蜂窩板制造了間壁、平頂板和車門門板，取得了良好效果。隨后，大面積地應用了鋁蜂窩板，當時不僅采用鋁蜂窩板制造了間壁、平頂板、車下設備艙底板和各種車門門板。還用鋁蜂窩板制造了空調(diào)風道和空調(diào)機組導流罩，其中以間壁、平頂板、空調(diào)風道和空調(diào)機組導流罩的應用效果最為顯著，既大幅度地減輕了相關零部件的質(zhì)量，實現(xiàn)了車輛的整體輕量化，又提高了零部件的制造精度和質(zhì)量，進而提高了整車的制造質(zhì)量。

但是，真正使鋁蜂窩板的應用取得突破性進展的還是CRH系列動車組。隨著前幾年CRH系列動車組國產(chǎn)化進程的不斷深化，國內(nèi)已經(jīng)能夠運用鋁蜂窩板成型加工技術制造形狀復雜的零部件。

在250KM/H“復興號”動車組及350KM/H“復興號”動車組中不再采用鋁制蜂窩板而使用玻璃纖維制作面材進一步對動車組進行了減重，玻纖蜂窩板相對于鋁制蜂窩板材料更輕，強度更大，可塑性更好，玻璃纖維蜂窩板主要應用在間壁、端墻板，平頂版，乘務員室門板，機械師室門板，空調(diào)風道和空調(diào)機組導流罩等部位上，充分利用了蜂窩板的蜂窩力學穩(wěn)定性能；重量輕，安裝負荷小；具有很好的吸聲、隔熱等物理性能和蜂窩板環(huán)保性能。

三、蜂窩板在動車制造中的前景展望

改革開放后中國經(jīng)濟進入高速發(fā)展的時期，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對交通工具的要求也越來越高，但就目前而言，中國鐵路運力還達不到人們的要求，國家也將高鐵建設放在很重要的戰(zhàn)略地位。在有一些常用材料由于環(huán)保性問題，將逐步退出歷史舞臺，蜂窩板將成為這些材料的替代品，蜂窩板將逐步優(yōu)化各種性能擴大它的適用范圍。

蜂窩板不論在環(huán)保性能，再利用性能，還是物理性能，還是力學性能都會逐步取代傳統(tǒng)材料，越來越會受到廣泛應用。

結(jié)論

本文對蜂窩板的蜂窩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減震減重性能，吸聲性能的介紹；蜂窩板的各種涂層的介紹以及蜂窩板在動車組內(nèi)部裝飾中的使用，闡述了蜂窩板在以后的鐵路客車制造中的廣泛應用。

參考文獻：

[1]熊大爻；《復合材料生產(chǎn)技術與應用》

[2]王鯤鵬；陶猛；江坤；《塑料蜂窩層板的隔聲性能分析》，《機械與制造》2018年第9期

作者簡介：

王巖（1978.11.09），男，吉林省長春市，中車長春客車軌道股份有限公司，高級技師，研究方向：鐵路客車制造

（作者單位：中車長春軌道客車股份有限公司）