向光波　辛培防　賈華坡　王雪峰　樊利芳

摘 要：針對(duì)目前新能源公交車地板材質(zhì)的選用問(wèn)題，分析國(guó)內(nèi)公交車地板采用竹編地板、PVC地板、木質(zhì)膠合地板和PP蜂窩地板四種不同材質(zhì)地板的研究現(xiàn)狀，性能特征、應(yīng)用環(huán)境策略，影響承載力和變形量因素、結(jié)合公交車運(yùn)營(yíng)特殊環(huán)境，為后續(xù)純電動(dòng)公交地板設(shè)計(jì)選型提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地板基材 純電動(dòng)公交 對(duì)比研究 承載力 變形量

1引言

公交車輛是城市出行的主要交通工具，已成為城市的名片和窗口[1]。隨著國(guó)家新能源產(chǎn)業(yè)政策支持和行業(yè)發(fā)展，到2019年新能源公交占比達(dá)到60%以上[2]，新能源公交中純電動(dòng)公交發(fā)展最為迅速，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，由于純電動(dòng)公交受電池續(xù)航里程限制，需要降低自重增加續(xù)航里程，一般公交車身的重量約占總重量的40%，研究表明新能源汽車每減重10%，續(xù)航里程可提升5%-6%，車身輕量化成為新能源公交節(jié)能、降耗、增加續(xù)航里程的重要技術(shù)路線[3]。

地板是公交車身內(nèi)底部重要的承載部件，主要用來(lái)承載車內(nèi)乘客，同時(shí)將車內(nèi)與車外分隔開，使車內(nèi)形成一個(gè)“密封”的空間，因此，公交地板在結(jié)構(gòu)上既要有足夠的強(qiáng)度和承載力，又要有隔音、降噪、減振、密封的功能[4]。公交車在行駛過(guò)程中會(huì)頻繁啟停受到交變載荷的作用、乘客頻繁上下車作用等多種因素的影響，這些因素對(duì)公交車廂地板在承載力、安全、可靠性、耐久性方面提出更高的要求，因此公交地板材質(zhì)合理選擇對(duì)提高公交乘客的乘坐安全性、舒適性起非常重要作用[4-5]。

本文通過(guò)介紹不同材質(zhì)地板研究現(xiàn)狀及在新能源公交車中應(yīng)用，分析不同環(huán)境策略下地板選擇、性能特點(diǎn)、裝配工藝等縱向、橫向?qū)Ρ妊芯?，分析影響地板可靠性承載力和變形量的因素，對(duì)今后公交車地板選型和設(shè)計(jì)提供參考指導(dǎo)。

2 新能源公交車地板分類及研究現(xiàn)狀

公交客車常用的地板基材有竹編地板、PVC地板、木質(zhì)膠合地板和PP蜂窩地板等。目前研究中關(guān)于四種地板基材在純電動(dòng)公交應(yīng)用分析文獻(xiàn)資料極少，多數(shù)文獻(xiàn)關(guān)于其中一種或兩種地板基材的應(yīng)用，缺少地板基材研究的數(shù)據(jù)庫(kù)。目前板材的試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)都掌握在材料零部件生產(chǎn)廠商手中，數(shù)據(jù)庫(kù)體系不完善。本文主要展開對(duì)竹編地板、PVC地板、木質(zhì)膠合地板和PP蜂窩地板四種地板研究現(xiàn)狀和應(yīng)用的分析研究。

2.1 竹編膠合板的研究現(xiàn)狀

《GB/T 13123-2003 竹編膠合板》中規(guī)定竹編地板稱竹編膠合板，是竹篾席或竹篾席為表層、以竹簾添加少量竹碎料為芯層，經(jīng)施加膠粘劑、熱壓而成的板材。其中表層材料竹席厚度約為（1～2mm），芯層材料竹簾厚度約（1～2mm），芯層竹簾材料交錯(cuò)排列（同方向排列層數(shù)不超過(guò)3層）。

黃在康等[8]報(bào)道竹材膠合板首次在汽車車廂上的應(yīng)用研究，介紹車輛結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝，分析竹材膠合板在汽車車廂上大量應(yīng)用的趨勢(shì)。周寶華等[9]介紹了竹材膠合板在鐵路客車地板上的應(yīng)用特點(diǎn)和使用效果。趙仁杰等[10]介紹了各類竹材人造板在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，工藝技術(shù)、膠粘劑的改性以及竹材加工設(shè)備的研制方面的創(chuàng)新成果，探討竹材人造板的發(fā)展前景。

李旸等[11]研究了干燥時(shí)間對(duì)竹地板膠層剝離長(zhǎng)度檢測(cè)結(jié)果的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在干燥第3h時(shí)，竹地板試樣膠層剝離長(zhǎng)度達(dá)到最大值。單杰[12]采用紫外光人工加速老化的方法研究了膠合竹材的耐氣候老化性能，得到了膠合竹材的各物理力學(xué)性能隨老化時(shí)間的變化規(guī)律，建立內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度與膠合竹板厚度變化、其它力學(xué)指標(biāo)的定量關(guān)系。

綜上所述，竹編地板目前主要應(yīng)用在城鄉(xiāng)、中低端新能源公交或北方高寒地區(qū)公交車輛，應(yīng)用于整車成本要求不高純電動(dòng)或燃油車輛，返工維修成本較低。

2.2 PVC地板的研究現(xiàn)狀

PVC地板也稱PVC塑膠地板，以聚氯乙烯及其共聚樹脂為主要原料，加入填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、著色劑等輔料，在片狀連續(xù)基材上，經(jīng)涂敷工藝或壓延、擠出或擠壓成型工藝生產(chǎn)而成[14]。PVC地板起源于歐洲，國(guó)內(nèi)起步較晚與歐美等國(guó)家存在較大差距，國(guó)內(nèi)主要以產(chǎn)品生產(chǎn)和出口為主。

李捷等[13]首次報(bào)道專用阻燃橡膠地板應(yīng)用于鐵路客車和公交客車領(lǐng)域。楊高峰等[14]介紹了聚氯乙烯塑膠地板與其他地板的區(qū)別和優(yōu)勢(shì)及市場(chǎng)前景；田甜等[15]概述國(guó)內(nèi)外PVC地板行業(yè)的生產(chǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)比分析幾種實(shí)木地板、復(fù)合地板、瓷磚與PVC地板的優(yōu)缺點(diǎn)，生產(chǎn)技術(shù)研究進(jìn)展和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。楊衛(wèi)波等[16]介紹了PVC地板性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀，探討產(chǎn)品部分重要性能參數(shù)的測(cè)試方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

綜上PVC 地板具有耐磨性、防水防潮、耐酸堿腐蝕、防滑性能好、安全舒適、裝配工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。但對(duì)于運(yùn)營(yíng)環(huán)境相對(duì)惡劣的公交客車存在易老化、脆性大、強(qiáng)度差、拼接縫隙多而且密封性不好的缺點(diǎn)，座椅支腿處容易出現(xiàn)局部變形，對(duì)接縫處易錯(cuò)臺(tái)，鋪設(shè)地板革處易鼓包等問(wèn)題，公交車返工維修周期短，成本較高，影響客戶滿意度。

2.3 木質(zhì)膠合地板的研究現(xiàn)狀

木質(zhì)膠合地板分樺木地板和芬蘭板，樺木地板即實(shí)木復(fù)合地板以實(shí)木拼接或單板為面層、實(shí)木條為芯層、單板為底層制成齊口地板或單板為面層、膠合板為基材制成的平口地板。芬蘭板為進(jìn)口芬蘭的樺木覆膜實(shí)木復(fù)合板，芬蘭生產(chǎn)的樺木木質(zhì)堅(jiān)硬，紋理均勻、硬度高韌性好，可雙面使用，耐磨性及耐腐蝕性均較好。

芬蘭板主要應(yīng)用于海外高端公交客車，國(guó)內(nèi)外高寒地區(qū)；樺木地板用于東北地區(qū)或客戶指定品牌。由于木質(zhì)膠合地板存在翹曲變形、霉變、蛀蟲等失效形式，不適合南方高溫高濕地區(qū)使用。

2.4 PP蜂窩地板的研究現(xiàn)狀

PP蜂窩地板亦稱連續(xù)玻纖增強(qiáng)聚丙烯蜂窩夾芯復(fù)合板，是一種熱塑性輕質(zhì)“三明治”結(jié)構(gòu)板，芯材為聚丙烯蜂窩，面板以玻璃纖維布增強(qiáng)聚丙烯（PP）板材或連續(xù)玻纖增強(qiáng)聚丙烯（PP）層復(fù)合板材結(jié)構(gòu)，是一種具有高強(qiáng)度的復(fù)合材料。

王俊等[17]介紹了熱塑性蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合板具有質(zhì)量輕、硬度高、抗沖擊力強(qiáng)和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，板材結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)工藝及其在汽車行業(yè)中的應(yīng)用情況。鄔世鋒[18]介紹了熱塑性蜂窩板在產(chǎn)品輕量化和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，在廂式半掛車和全封閉廂式車中的應(yīng)用案例。周翔等[19]通過(guò)對(duì)熱壓溫度、熱壓壓力、保壓時(shí)間的分析研究，確定連續(xù)玻纖片材復(fù)合蜂窩板優(yōu)選的成型工藝。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究面板結(jié)構(gòu)參數(shù)、蜂窩芯結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)復(fù)合蜂窩板平壓性能、彎曲性能及側(cè)壓性能的影響。陳斌等[20]介紹蜂窩復(fù)合地板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，闡述其在機(jī)場(chǎng)擺渡車上的應(yīng)用情況，實(shí)現(xiàn)整車地板減重約60%輕量化目標(biāo)。柳成冬等[21]介紹PP蜂窩板在5.9 m純電動(dòng)客廂式物流車上的輕量化設(shè)計(jì)應(yīng)用，并進(jìn)行路試實(shí)驗(yàn)和性能驗(yàn)證，滿足整車強(qiáng)度要求，為同類型車輛輕量化設(shè)計(jì)提供參考。于志剛等[22]介紹了熱塑性蜂窩板輕量化車廂在電動(dòng)物流車上應(yīng)用，解決結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差、生產(chǎn)效率低等痛點(diǎn)問(wèn)題，為熱塑性蜂窩板輕量化車廂推廣應(yīng)用提供參考。

PP蜂窩地板是一種具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的復(fù)合材料，早期熱塑性蜂窩夾芯復(fù)合板在歐美等國(guó)家廣泛用于航空航天、汽車、船舶、建筑等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)在復(fù)合蜂窩板的研發(fā)和應(yīng)用方面起步較晚，發(fā)展較快，例如杭州華聚復(fù)合材料和江蘇奇一在新型蜂窩地板材料研發(fā)生產(chǎn)應(yīng)用中處于領(lǐng)先地位，形成規(guī)?；a(chǎn)，已經(jīng)批量供貨應(yīng)用于物流、公交客運(yùn)、建筑和工業(yè)產(chǎn)品等很多領(lǐng)域，應(yīng)用前景非常廣闊。

3 地板性能應(yīng)用策略研究

3.1 地板力學(xué)性能成本對(duì)比

不同地板力學(xué)性能對(duì)比見表1；

4 地板縱向和橫向?qū)Ρ确治?/p>

本文通過(guò)不同地板的選擇策略、燃燒特性、環(huán)保性能、承載力和變形量的影響因素、裝配工藝等幾個(gè)方面展開論述，以純電動(dòng)8m和10m公交車為例。

4.1 不同環(huán)境地板選擇策略

因公交車輛運(yùn)營(yíng)條件惡劣時(shí)（多雨雪、濕熱、撒鹽、超載嚴(yán)重）會(huì)影響地板的承載性能，所以不同環(huán)境下地板板材選用原則不同。

（1）對(duì)于不同區(qū)域氣候環(huán)境不同，設(shè)計(jì)時(shí)以當(dāng)?shù)貧夂驐l件合理選擇地板材質(zhì)。

（2）高濕地區(qū)公交車型：優(yōu)選PP蜂窩地板（國(guó)內(nèi)）、芬蘭板（海外），PVC地板除特殊市場(chǎng)客戶指定其余不允許使用。

（3）高濕地區(qū)、低地板或低入口公交車型，禁止使用竹編地板。

（4）高濕地區(qū)、非低地板或非低入口公交車型，使用竹編地板或芬蘭板時(shí)，地板采用自攻自鉆螺釘固定為主+粘接膠輔助。

滿足車輛使用條件的前提下，地板材料選取可參考如下對(duì)比：

1）承載力：PP蜂窩地板＜PVC地板＜樺木地板＜芬蘭板＜竹編地板；

2）耐候性：樺木地板＜竹編地板＜芬蘭板＜PVC地板＜PP蜂窩地板；

3）防水性：樺木地板＜竹編地板＜芬蘭板＜PVC地板＜PP蜂窩地板；

4）降噪性：PP蜂窩地板＜PVC地板＜樺木地板＜芬蘭板＜竹編地板；

5）成本：樺木地板＜竹編地板＜PVC地板＜PP蜂窩地板＜芬蘭板。

以上為不同材質(zhì)地板基材選用一般規(guī)律，在實(shí)際設(shè)計(jì)需要綜合考慮運(yùn)營(yíng)區(qū)域環(huán)境、載客量因素，選用合適材質(zhì)及地板厚度，主要驗(yàn)證項(xiàng)目?jī)?nèi)容包括板材自身性能指，工藝性（加工性、握釘力、地板革粘接性能），可靠性（不同環(huán)境下的承載能力）等裝配工藝指標(biāo)。

4.2 燃燒特性對(duì)比

根據(jù)GB 7258機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件和GB 13094客車結(jié)構(gòu)安全要求中地板阻燃性為強(qiáng)制性要求，《GB 38262-2019 客車內(nèi)飾材料燃燒特性》地板基材燃燒特性要求見表3；試驗(yàn)方法和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《GB8410-2006汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性》規(guī)定。

4.3 地板環(huán)保性能有害物質(zhì)限值要求

公交客車車內(nèi)非金屬材料地板的環(huán)保性檢測(cè)，參照國(guó)標(biāo)《GB/T 17729-2009長(zhǎng)途客車內(nèi)空氣質(zhì)量要求》執(zhí)行；空氣質(zhì)量檢測(cè)方法依據(jù)《GB/T 28370-2012 長(zhǎng)途客車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)方法》執(zhí)行。

公交地板有害物質(zhì)限值和氣味等級(jí)應(yīng)符合限值要求和檢測(cè)方法，具體要求見表4；

4.4地板承載力和變形量因素研究

關(guān)于公交客車地板可靠性和壽命要求，在質(zhì)保期內(nèi)正常使用（包括公交車用水沖洗、雨水浸泡）情況下，車輛地板不得出現(xiàn)塌陷、開裂、翹曲變形或其他性能失效等現(xiàn)象。

根據(jù)GB/T 12428-2005《客車裝載質(zhì)量計(jì)算方法》要求，每0.125m2核定站立乘客1人計(jì)算，站立區(qū)單位面積核定站立人數(shù)為8人?；粼掠⒌萚23]建立了乘客滿意度與站立乘客面積的模型，提出臨界站立乘客面積的建議值為0.25m2/人，單位面積核定站立人數(shù)為4人。地板疲勞耐久性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：地板不得出現(xiàn)塌陷、開裂、翹曲變形或分層等失效現(xiàn)象。地板承載力和變形量測(cè)量方法依據(jù)GB/T 17657-2013人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法[12]。

根據(jù)靜屈強(qiáng)度計(jì)算公式推導(dǎo)出竹編地板發(fā)生破壞時(shí)的極限承載力

其中L-兩支座之間的距離，單位mm；骨架檔距在板長(zhǎng)方向的間距；

b-板材寬度，單位mm；骨架檔距在板材寬度方向的間距；h-板材厚度，單位mm；

本文主要分析竹編地板不同板厚，不同骨架檔距面積下對(duì)應(yīng)地板承載力和變形量測(cè)試，表5為分別為12mm和15mm竹編地板不同檔距下對(duì)應(yīng)承載力和變形量。

從表5數(shù)據(jù)對(duì)比可知：

（1）同種材質(zhì)地板，隨著地板支撐骨架檔距面積增大，地板承載力降低，地板變形量增大。

（2）同種材質(zhì)地板，在相同支撐骨架檔距下，隨著地板材質(zhì)厚度增加，地板承載力增大，地板變形量減小。

（3）地板承載能力大小和變形量，與地板支撐骨架檔距面積、地板材質(zhì)和地板厚度有關(guān)。

4.5 地板裝配工藝對(duì)比

結(jié)合表6四種地板裝配工藝得出結(jié)論：竹編地板、芬蘭板、PVC地板裝配工藝均以自攻螺釘為主，輔助粘接膠。PP蜂窩地板裝配工藝以粘接膠為主，輔助自攻鎖緊螺釘輔助。地板下層是否鋪設(shè)降噪或隔熱材料，是否提前打密封膠；是否提前開孔本文不深入討論。

5 結(jié)論

隨著城市出行方式多樣化，低地板和低入口新能源公交成為城市公交發(fā)展趨勢(shì)。

（1）新型輕量化公交車板材的研發(fā)和應(yīng)用。公交地板基材的輕量化、可靠性、耐久性、維修便利性成為各主機(jī)、零部件廠家研究的重點(diǎn)，對(duì)公交客車主機(jī)廠家和公交公司運(yùn)營(yíng)成本也有積極的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）公交車地板板材數(shù)據(jù)系統(tǒng)不完善。目前零部件試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)都掌握在材料生產(chǎn)廠商手中，各大公交主機(jī)廠家只能通過(guò)三方機(jī)構(gòu)檢測(cè)驗(yàn)證或?qū)嵻囼?yàn)證；選取合理公交車地板配置已經(jīng)迫在眉睫，其中竹編地板、芬蘭板和PVC地板發(fā)展應(yīng)用較成熟，PP蜂窩地板作為輕量化代表性板材發(fā)展迅速，其板材性能指標(biāo)逐步發(fā)展完善，在常規(guī)新能源公交車中已作為標(biāo)配地板，應(yīng)用非常廣泛，是輕量化、智能化的方向。

（3）維護(hù)使用成本。PP蜂窩地板存在價(jià)格成本較高，返工維修成本高，主要用于中高端公交車型；對(duì)于東北等寒冷地區(qū)，純電動(dòng)公交車需加裝燃油采暖裝置車型目前仍以竹編地板和樺木地板為主。新能源汽車整車的輕量化技術(shù)重點(diǎn)應(yīng)放在輕量化材料的應(yīng)用上。

（4）公交板材發(fā)展趨勢(shì)。隨著碳纖維復(fù)合材料、鋁鎂合金蜂窩地板等新型輕量化材料探索應(yīng)用，未來(lái)定會(huì)出現(xiàn)更多性能優(yōu)于PP蜂窩地板、碳纖維復(fù)合材料和鋁蜂窩地板材料，高性能低密度輕量化復(fù)合材料在新能源公交地板上得到更廣泛的應(yīng)用和推廣。

河南省教育廳高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目（22B460028）。

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