高速動車組地板系統的分析研究

賈煥英，蔡彥強

（唐山軌道客車有限責任公司 產品研發中心，河北唐山063035）

地板系統包括地板支撐件，地板和地板布，在高速動車組中處于承上啟下的位置，與列車中各個部位都有接口關系，在動車組中有著舉足輕重的作用。

1 地板系統

地板系統的組成包括地板支撐件、地板和地布3部分，設計結構分為兩種，一是固定式結構，即地板由緊固件固定在地板支撐件上，地板支撐件與車體地板固定，該結構的優點是地板比較穩定，不易受外界的因素干擾而使地布出現故障；缺點是由于地板被固定，從而少了一定的彈性，列車運行起來少了必要的舒適度；二是浮筑式結構，即地板由彈性支承件支撐，上下可有一定的活動量，該結構的優點是充分考慮到人的直觀感覺，滿足了旅客對舒適度的要求，但也有缺點，由于地板可以上下活動，對地布的要求就比較高，否則的話地布就容易出現鼓包、開裂等問題，影響整車的美觀性。

（1）固定式地板系統

現在的鐵路地板系統構成一般均是固定式結構，地板與地板支撐件之間使用螺釘連接。如圖1所示兩種方式。

（2）浮筑式地板系統

因動車組列車的速度較高，考慮到減振降噪以及旅客的舒適度要求，均采用浮筑式結構，使用硫化橡膠或者泡沫墊等具有一定彈性的物質，在列車運行過程起到減振阻尼的作用，增加了舒適度。如圖2～圖5四種浮筑式安裝結構。

CRH1型車輛客室地板整體吊裝到車內，地板是一種3層夾芯板，下面板用作水汽檔板的鋁板（厚0.5 mm），轉向架上方為不銹鋼板（厚1mm），中間有一夾層是厚度為18mm的樺木膠合板，上面為3mm的橡膠板。地板減振墊采用橡膠粘結樺木。

圖1 鐵路地板固定方式

圖2 地板組裝示意圖（CRH1）

圖3 地板結構（CRH2）

CRH2型車輛上部地板使用總厚度為21.7mm的鋁蜂窩地板。在轉向架的上部，牽引變壓器的上部使用面板為鐵面板的蜂窩地板。地板的襯墊使用極阻燃性的橡膠墊板以降低固體傳聲。地板沿車長方向布置，車寬方向無接縫，減少了地板數目，簡化了安裝。

CRH5型車輛地板支撐采用彈性支撐件，支撐件中硫化橡膠是氯丁橡膠和丁苯橡膠并用，不是一種單獨使用的減振材料，硫化橡膠將上部鋁型材和下部鋁型材硫化在一起，共同組成一個彈性支承元件，用以支撐地板。

CRH3型車輛地板支撐采用木骨，木骨上方粘接泡沫墊，共同支撐地板，泡沫墊為海綿狀聚氨酯（PUR）混合體，厚度為12mm，起到減振阻尼作用。

2 地板系統的故障問題

CRH1型動車組（圖2）地板整體吊裝，操作不方便，且地板厚度太厚（19.5mm，含金屬板），不符合輕量化的原則；CRH2型動車組（圖3）地板安裝方便，設計成本高，同CRH1一樣不符合輕量化原則；CRH3型動車組（圖5）地板材質為膠合板，支撐件為木骨和泡沫墊組合，木骨的材質為桃花芯木，地板布為2mm厚的橡膠地布，因地板布厚度較薄，運營過程中多次產生開裂的問題，如圖6所示，且無法掩蓋地板表面的微小缺陷，不宜采用；CRH5型動車組（圖4）地板為“三明治”夾芯結構，地板支撐元件為彈性支承，地板為4mm的橡膠地板布。因地板布較厚，因此在鋪裝過程中易產生翹邊和溢膠的問題，且該組合方式設計成本較高，故也不宜采用。

圖4 硫化橡膠減振方式（CRH5）

圖5 泡沫墊減振方式（CRH3）

圖6 地布開裂現象

3 地板系統故障問題的分析及解決方案

地板系統出現各種問題涉及到地板支撐件、地板、地布以及這幾個部位的組合方式。以下重點以CRH3型動車組的故障進行原因分析，提供解決方案。

3.1 故障原因分析

（1）地布

①地布的厚度不合適，粘接過程中對地板的表面處理不到位，粘接方法不合適，膠粘劑不合理（厚度或厚或薄）等情況均能將故障問題——鼓包或者開裂反映在地布上；②地板布本身彈性指標、抗拉指標、抗撕裂指標不合理等情況也會造成地板布各種故障問題。

地板布粘接用膠為氯丁膠SK840。該膠粘接強度極好，但是限定了地布的彈性伸縮。

（2）地板

CRH3型動車組的地板采用的是膠合板，客室區域為插接結構，端部區域為搭接結構，如圖7所示。

圖7 客室區域的插接結構（a）和端部區域的搭接結構（b）

①地板伸縮變形是導致地板布開裂的直接原因。a CRH3動車組車內地板采用膠合板，其本身會受環境濕度變化膨脹或收縮。地板安裝之后，受環境濕度影響會產生伸縮變形。因此，環境濕度不同是造成地板膨脹收縮變形的主要原因，從而導致地板接縫處縫隙變大，使粘接在地板上的地布撕裂；試驗證明地板受濕度影響的尺寸變化率為0.125%，換算后每塊地板可收縮1.5 mm。b鋁合金車體受溫度變化線性膨脹或收縮造成地板接縫變化，根據鋁合金受溫度變化公式計算，1m的鋁型材在溫度每變化1℃時，其尺寸變化0.022mm，換算后鋁合金車體受溫度影響每變化1℃時，其尺寸線性變化約為0.5mm。

綜上所述：地板因環境溫濕度的變化，地板發生了翹曲收縮，產生的應力使連接強度最弱的地板接縫產生開裂（即衛生間區域），并進而帶動地板布產生撕裂。

②由于地板的插接、搭接結構，使地板容易產生上下錯動。

③為了避讓電氣布線，衛生間及端部電氣柜間壁區域的地板接縫處下面地板木骨支撐數量不足，也是地板產生錯動的一個因素。

（3）地板支撐件

CRH3型動車組的地板支撐件為地板木骨和300型泡沫墊，泡沫墊作為一種減振材料，其彈性模量和硬度等指標是一個矛盾綜合體，這即涉及到列車的舒適度指標，也涉及到地板的浮動大小，如果這兩種指標選擇不慎，將直接影響到旅客的感官舒適度及旅客界面的美觀性。

3.2 故障的解決方案

（1）針對地板的伸縮變形

客室區域的地板為插接結構，相當于一個整體浮筑地板，端部為搭接結構，這種連接結構就將地板的伸縮量定位在了端部區域，故按照目前地板系統的組合方式，應重點考慮釋放端部地板的伸縮，為此，我們選定了一款具有彈性伸縮的膠膜，粘接在地板的搭接接縫以及應力比較集中的區域上，以此來消耗地板的伸縮變形，見圖8、圖9所示。

圖8 端部區域粘接膠膜

圖9 應力集中區（廚房吧臺區）

（2）針對地板的支撐不足

端部區域的布線非常密集，導致下方無法排布足夠的支撐元件，因此，在端部的地板支撐件上橋接鋁板，以此增加支撐，具體位置見圖10黑箭頭所示。

（3）針對地布的各項指標

地布的抗撕裂指標為29N／mm，不滿足技術規范中所要求的35N／mm，硬度指標為93±5Shore A應改為85±3Shore A，地布的厚度2mm應改為3mm。CRH380BL是按此方案執行的車輛，在線運行效果甚好，地板布開裂或者鼓包的現象已得到大大的改善。

圖10 增加地板支撐件

4 結束語

地板系統的設計應綜合總體技術條件，運行環境等因素，考慮到經濟性、工藝性以及功能性，進行合理的選材和結構設計。