城軌車輛中間扶手桿處地板布鼓包問題分析與措施

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412001)

0 引言

為有效降低車內噪音，減少車輛運行時振動的傳遞，提高乘客乘坐舒適度，現在車輛普遍采用多重降噪設計，其中應用最廣的是雙層地板結構，通過此結構可實現降噪約10 dB。某城軌車輛項目在使用此地板結構運營一段時間后，出現了上層地板扶手安裝孔周邊地板布鼓包甚至開裂現象。本文從結構方面進行分析，提出可行的改造方案。

1 概況

此城軌車輛項目于2011年6月份開始制造生產，2012年底投入運營。但2013年7月，地鐵公司在做車輛月檢修時，發現有2節車共5處客室中間扶手桿處地板布出現了鼓包甚至開裂現象(見圖1)，且鼓包、開裂位置均在中間扶手桿下部，范圍約在φ 60 mm以內。

圖1 地板布鼓包、開裂圖

2 原因分析

2.1 結構分析

從產品結構上分析，該項目采用鋁合金車體底架上鋪設鋁蜂窩地板的雙層地板結構。首先在車體地板上安裝彈性減震墊，然后將鋁蜂窩地板鋪裝在減震墊上(見圖2)，周邊使用膠粘劑粘接密封。彈性減震墊支撐車內載荷，并起緩沖減震，提升舒適性作用。

圖2 鋁蜂窩地板車體安裝結構圖

此項目地板減震墊鋪設數量420(單條面積50 mm×300 mm)片，鋁蜂窩地板質量795 kg，在空載運營時單片減震墊最大負載：

在最大載客量339人(體重按照65 kg計算)狀態下運營時，單片減震墊最大負載：

注：重力加速度=9.8 m/s2

此品牌減震墊的允許壓縮變形應力為55 kPa，減震墊滿足使用要求。

查詢減震墊靜載情況下壓縮形變曲線(見圖3)，減震墊受最大載荷時壓縮量約0.6 mm，減震墊鋪裝時允許的不平度1 mm，故在AW3載荷下，減震墊壓縮變形量為1.6 mm。根據設計規范，鋁蜂窩地板和車體底架之間的間隙9 mm，AW3載荷時鋁蜂窩地板允許的最大沉降小于等于2 mm，滿足設計要求。

圖3 減震墊靜載壓縮形變曲線圖

車輛運營時，車輛載荷從AW0到AW3不斷變換，彈性減震墊根據受壓情況不斷收縮和恢復變形。鋁蜂窩地板與車體底架間的高度差7～9 mm不斷變化。而扶手桿安裝在焊接于車體底架上的扶手桿安裝座上，不受載荷量變化的影響。地板布鋪設粘貼在扶手桿安裝座表面，在AW3負載狀態時，減震墊受壓收縮，鋁蜂窩地板面下降，與扶手桿安裝座間形成高低差，地板布受拉伸；恢復至AW0負載狀態時，減震墊和鋁蜂窩地板面恢復原狀，而地板布變形后無法恢復，造成扶手桿邊緣地板布突起。地板布經長期應力交變后產生疲勞直至斷裂。

2.2 與以往項目結構差異

普查鋁蜂窩地板雙層地板結構的車輛，發現其中有幾個項目的所有車輛勻沒有出現此問題。對比產品結構，其中扶手桿安裝結構(見圖4)與出現問題的項目扶手桿安裝設計結構(見圖5)存在差異。其扶手桿下邊的基座較大，壓在了鋁蜂窩地板上。鋁蜂窩地板鋪設后比扶手桿安裝座高2 mm，安裝扶手桿基座的同時，迫使安裝座周邊的減震墊一直處于受壓狀態，減少車輛載荷變化時帶來的鋁蜂窩地板的沉降。且基座罩住周邊較大區域的地板布，可以遮擋一定的缺陷。而出現問題車輛項目扶手桿基座較小，只壓在了車體扶手安裝座上，外邊的杯罩落在地板布表面，安裝座周邊減震墊處于自由狀態，經過長期運營后減震墊產生少量的壓縮，鋁鋁蜂窩地板會隨之下沉，但焊接在車體上的扶手桿安裝座剛性連接在車體上，不會壓縮，從而鋁蜂窩地板與車體上的安裝座間產生了高度差，對地板布也產生拉伸，故地板布出現了鼓包甚至開裂現象。

從以上分析表明，該項目扶手桿與鋁蜂窩地板配合處的設計結構存在一定缺陷，導致地板布表面出現應力變形及開裂。

圖4 以往項目扶手桿安裝設計結構

圖5 問題項目扶手桿安裝設計結構

3 解決措施

從改造周期短、不影響車輛正常運營、現有基礎上優化設計等各方面綜合考慮，建議扶手桿杯罩下方增加一個寬大扶手桿底座(見圖6、圖7)是比較可靠、經濟的解決方案。經在一節車上試改造驗證后，證明該解決方案可行，后續進行批量的整改。

圖6 扶手底座

圖7 更改后的結構圖

4 結語

改小扶手桿基座的初衷是為優化大基座帶來的粗獷感，提升整體的內飾協調感。但優秀的產品設計不僅應該考慮美觀性、實用性，更應該考慮產品的工藝性、可靠性及可維護性。雖然最初的產品結構在應用時出現了一點瑕疵，但每一個完美的設計都是經過不斷升華來實現。后續項目經過優化，已經解決了小扶手桿基座與鋁蜂窩地板間的結構問題。