基于美标的地板设计结构分析王长亮

基于美标的地板设计结构分析王长亮
发布时间：2021-08-24T07:50:25.922Z 来源：《中国科技人才》2021年第13期作者：王长亮[导读] 美国费城双层通勤车和加拿大ATM通勤车是公司首次进入北美市场的项目，对公司未来开发海外项目有非常重要的意义。

中车唐山机车车辆有限公司
摘要：美国费城双层通勤车和加拿大ATM通勤车是公司首次进入北美市场的项目，对公司未来开发海外项目有非常重要的意义。

北美轨道车辆的地板通常要求与车辆同寿命，地板安装通常采用粘接形式，这种结构在国内项目中几乎是不存在的。

国内项目地板通常在大修时进行更换，主要原因还是安装形式和材料本身无法支撑车辆全寿命周期。

这就对地板材料的选择和粘接结构的设计提出了很高的要求。

本文主要介绍了酚醛巴沙木复合地板和酚醛泡沫复合地板的材料的结构、寿命和物理性能，以及地板安装结构中的地板支撑布置形式、地板粘接的要求以及地板为其他设备提供接口的形式。

关键词：地板；粘接；酚醛巴沙木；酚醛泡沫
1.地板材料
美国费城双层通勤车采用酚醛巴沙木复合地板，加拿大ATM通勤车采用酚醛泡沫复合地板。

两种地板均满足30年使用寿命，即车辆寿命。

两种地板均需满足北美客车的地板阻燃性能及检验方法NFPA130和49CFR 238的规定，当两者不一致时以最严苛的要求为准，烟毒释放性能及检验方法应符合BSS7239的规定，按照ASTM E1354提供热释放速率数据用于整车防火安全分析。

1）酚醛巴沙木复合地板
地板都应采用最小0.75英寸（19.1mm）厚的复合面板，酚醛上下表面是最小厚度为0.05英寸（12.7mm），地板边缘0.5英寸（12.7mm）区域采用酚醛树脂封边。

2）酚醛泡沫复合地板
酚醛泡沫复合地板采用厚度为0.51英寸（13mm）的复合地板，表面为一层0.14英寸（3.5mm）的浸渍环氧树脂的大理石地板布，中间一层为0.31英寸（8mm）的增强泡沫，底层为0.06英寸（1.5mm）玻璃纤维。

2. 地板安装及技术要求
地板支撑采用不锈钢材质，断面形状采用倒U形梁，焊接在车体底架上。

地板支撑的布置原则：所有地板支撑采用焊接的方式永久固定在车体底架；相邻地板支撑的间距最大不超过19.685inch[500mm]；地板表面安装设备的位置附近要布置支撑；所有地板边缘要布置支撑，支撑尽可能连续，支撑相接处焊接后需打胶密封，防止水进入地板以下；除地板边缘以外的支撑可采用短梁分段均匀布置形式。

地板支撑的宽度要求：上平面宽度分为两种，即地板接缝下支撑和非地板接缝下支撑。

地板接缝下支撑的最小宽度为2.36inch[60mm]，推荐宽度为3inch[76.2mm]；非地板接缝下支撑的最小宽度为1inch[25.4mm]，推荐宽度为1.5inch[38.1mm]。

地板支撑的平面度要求：地板支撑焊接后平面度满足0.118inch/157.480inch[3mm/4m]。

3.地板安装
1）地板的粘接形式
a.非地板接缝处地板粘接结构
非地板接缝处采用调整垫进行调平，在调整垫之间用粘接胶将地板固定在车体上。

b.搭接形式地板接缝处的粘接结构
地板固定前要确保两块地板在地板支撑上的搭接宽度不小于0.394inch[10mm]，用调整垫将两侧地板调到同一平面，在调整垫之间用粘接胶将搭接面下侧地板固定在车体上。

两块地板搭接面处采用固定厚度0.079inch[2mm]垫片支撑，垫片两侧的搭接区域涂打粘接胶，将搭接面上侧地板同时固定在车体上和搭接面下侧地板上。

待粘接胶固化后，用流动性较好的填缝剂对竖直缝隙进行封堵。

c.对接形式地板接缝处的粘接结构
地板固定前要确保两块地板在地板支撑上的搭接宽度不小于0.394inch[10mm]，用调整垫将两侧地板调到同一平面，在调整垫之间用粘接胶将两侧地板均固定在车体上。

待粘接胶固化后，竖直缝隙仍可采用粘接胶填缝，或者采用不具有流动性的其它填缝材料。

2）地板粘接的技术要求
a.地板粘接前需要用清洁剂清洁粘接面；
b.清洁后应采用与粘接胶匹配的活化剂活化粘接面；
c.调整垫采用硅胶材质，调整垫沿打胶方向粘接，相邻调整垫间隙11.811-15.748inch[300-400mm]；
d.搭接接缝之间间距0.118±0.039inch[3±1]mm，对接接缝之间的间距0.197±0.039inch[5±1mm]；
e.地板与支撑平面之间的理论粘接厚度为0.197inch[5mm]；
f.所有地板与支撑的接触面都要打胶，并且胶条连续，打胶宽度0.394-0.591inch[10-15mm]，两胶条之间缝隙不小于0.197inch[5mm]；
4.地板为设备提供接口形式
1）酚醛巴沙木复合地板
酚醛巴沙木复合地板为设备提供的接口形式有三种：a.地板内部预埋补强板；b.地板下表面用螺钉集成补强板；c.地板提供酚醛树脂实心区域，后续工序安装时在实心地板区域安装螺套。

a.地板内部预埋补强板
地板内部预埋补强板，补强板周围需要全部采用酚醛树脂实心材料，配件生产难度最大、配件重量大、成本高，可以满足除座椅外所有的结构设计需求。

b.地板下表面预安装补强板
地板下表面预安装补强板，补强板嵌入地板以内并用螺钉固定，以防补强板预地板支撑干涉。

补强板周围需要全部采用酚醛树脂实心材料，配件生产容易、配件重量大、成本高，可以满足除座椅外所有的结构设计需求。

c.地板提供酚醛树脂实心区域
地板提供所需补强范围的酚醛树脂实心区域，设备安装时在此区域安装螺套，安装螺套时需配合螺纹紧固剂，螺套安装后再在螺套上安装设备。

此设计取消了金属补强板，缩小了酚醛树脂实心区域范围，配件生产容易、配件重量轻、成本低，可满足除座椅外所有的结构设计需求。

d.地板提供座椅安装接口
为保证座椅纵向8g冲击试验要求，在座椅安装点周围的芯材采用纵向通长的结构型酚醛玻璃钢结构，这种结构型酚醛玻璃钢是采用全纵向的玻璃纤维与酚醛树脂复合而成。

补强块采用304\ASTM F593-2017材质，为保证座椅冲击试验成功，补强块在试验中不能脱出地板，座椅安装螺栓也不能脱出补强块，将补强块设计成如下结构。

座椅安装补强块与复合地板采用4个沉头螺钉固定在复合地板上。

2）酚醛泡沫复合地板
酚醛复合地板为设备提供的接口形式有一种，即：地板内部预埋攻丝板。

5.小结
本文重点研究了满足北美轨道客车要求的内装地板的材料、寿命、安装结构、地板支撑要求以及地板为其他设备提供接口的形式。

目前粘接地板结构在国内项目中应用还比较少，对国内来说是一种新型的地板安装形式。

而粘接地板有它独特的优势，30年不需大修，仅在局部损坏后进行局部修复，减少了后续的维护成本。

并且粘接结构的强度足以满足座椅安装的需要，使座椅安装不再需要与车体连接，减少了座椅与车体的接口，进而减轻了整车重量。

通过北美项目的粘接地板的结构设计与验证，积累了此类技术与经验，为以后国内可能采用粘接地板结构的项目提供设计依据。

参考文献：
[1]东南宾夕法尼亚交通局，双层车采购技术规范.2017。