(中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412001)

0 引言

為有效降低車內(nèi)噪音，減少車輛運(yùn)行時(shí)振動的傳遞，提高乘客乘坐舒適度，現(xiàn)在車輛普遍采用多重降噪設(shè)計(jì)，其中應(yīng)用最廣的是雙層地板結(jié)構(gòu)，通過此結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)降噪約10 dB。某城軌車輛項(xiàng)目在使用此地板結(jié)構(gòu)運(yùn)營一段時(shí)間后，出現(xiàn)了上層地板扶手安裝孔周邊地板布鼓包甚至開裂現(xiàn)象。本文從結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行分析，提出可行的改造方案。

1 概況

此城軌車輛項(xiàng)目于2011年6月份開始制造生產(chǎn)，2012年底投入運(yùn)營。但2013年7月，地鐵公司在做車輛月檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)有2節(jié)車共5處客室中間扶手桿處地板布出現(xiàn)了鼓包甚至開裂現(xiàn)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(nèi)。

圖1 地板布鼓包、開裂圖

2 原因分析

2.1 結(jié)構(gòu)分析

從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上分析，該項(xiàng)目采用鋁合金車體底架上鋪設(shè)鋁蜂窩地板的雙層地板結(jié)構(gòu)。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(nèi)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(jié)構(gòu)圖

此項(xiàng)目地板減震墊鋪設(shè)數(shù)量420(單條面積50 mm×300 mm)片，鋁蜂窩地板質(zhì)量795 kg，在空載運(yùn)營時(shí)單片減震墊最大負(fù)載：

在最大載客量339人(體重按照65 kg計(jì)算)狀態(tài)下運(yùn)營時(shí)，單片減震墊最大負(fù)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(yīng)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(shí)壓縮量約0.6 mm，減震墊鋪裝時(shí)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(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，鋁蜂窩地板和車體底架之間的間隙9 mm，AW3載荷時(shí)鋁蜂窩地板允許的最大沉降小于等于2 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 減震墊靜載壓縮形變曲線圖

車輛運(yùn)營時(shí)，車輛載荷從AW0到AW3不斷變換，彈性減震墊根據(jù)受壓情況不斷收縮和恢復(fù)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(shè)粘貼在扶手桿安裝座表面，在AW3負(fù)載狀態(tài)時(shí)，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(fù)至AW0負(fù)載狀態(tài)時(shí)，減震墊和鋁蜂窩地板面恢復(fù)原狀，而地板布變形后無法恢復(fù)，造成扶手桿邊緣地板布突起。地板布經(jīng)長期應(yīng)力交變后產(chǎn)生疲勞直至斷裂。

2.2 與以往項(xiàng)目結(jié)構(gòu)差異

普查鋁蜂窩地板雙層地板結(jié)構(gòu)的車輛，發(fā)現(xiàn)其中有幾個(gè)項(xiàng)目的所有車輛勻沒有出現(xiàn)此問題。對比產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，其中扶手桿安裝結(jié)構(gòu)(見圖4)與出現(xiàn)問題的項(xiàng)目扶手桿安裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)(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(shè)后比扶手桿安裝座高2 mm，安裝扶手桿基座的同時(shí)，迫使安裝座周邊的減震墊一直處于受壓狀態(tài)，減少車輛載荷變化時(shí)帶來的鋁蜂窩地板的沉降。且基座罩住周邊較大區(qū)域的地板布，可以遮擋一定的缺陷。而出現(xiàn)問題車輛項(xiàng)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(tài)，經(jīng)過長期運(yùn)營后減震墊產(chǎn)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(chǎn)生了高度差，對地板布也產(chǎn)生拉伸，故地板布出現(xiàn)了鼓包甚至開裂現(xiàn)象。

從以上分析表明，該項(xiàng)目扶手桿與鋁蜂窩地板配合處的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)存在一定缺陷，導(dǎo)致地板布表面出現(xiàn)應(yīng)力變形及開裂。

圖4 以往項(xiàng)目扶手桿安裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

圖5 問題項(xiàng)目扶手桿安裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

3 解決措施

從改造周期短、不影響車輛正常運(yùn)營、現(xiàn)有基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)等各方面綜合考慮，建議扶手桿杯罩下方增加一個(gè)寬大扶手桿底座(見圖6、圖7)是比較可靠、經(jīng)濟(jì)的解決方案。經(jīng)在一節(jié)車上試改造驗(yàn)證后，證明該解決方案可行，后續(xù)進(jìn)行批量的整改。

圖6 扶手底座

圖7 更改后的結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語

改小扶手桿基座的初衷是為優(yōu)化大基座帶來的粗獷感，提升整體的內(nèi)飾協(xié)調(diào)感。但優(yōu)秀的產(chǎn)品設(shè)計(jì)不僅應(yīng)該考慮美觀性、實(shí)用性，更應(yīng)該考慮產(chǎn)品的工藝性、可靠性及可維護(hù)性。雖然最初的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)了一點(diǎn)瑕疵，但每一個(gè)完美的設(shè)計(jì)都是經(jīng)過不斷升華來實(shí)現(xiàn)。后續(xù)項(xiàng)目經(jīng)過優(yōu)化，已經(jīng)解決了小扶手桿基座與鋁蜂窩地板間的結(jié)構(gòu)問題。