导轨电车铝蜂窝地板适用性研究

导轨电车铝蜂窝地板适用性研究

杨茂现

中车四方车辆有限公司266111

摘要：本文主要阐述了一种焊接铝蜂窝芯材在导轨电车项目中的应用情况，通过对焊接铝蜂窝板材于传统板材的性能对比分析，指出了导轨电车铝蜂窝地板在承载能力、减振、降噪功能、轻量化、模块化方面的优越性。

关键词：导轨电车；铝蜂窝地板；优越性；轻量化

1概述

蜂窝夹层结构复合材料作为重要的轻量化材料广泛应用于航空制造业，在国外的铁道车辆上也早有应用，国内仅在最近几年才开始使用蜂窝夹层结构复合材料，如用于各种地铁塞拉门及内端门门板的粘接铝蜂窝结构，我公司2015年研制的导轨电车地板即采用了焊接铝蜂窝夹层结构。

2铝蜂窝地板结构特点

蜂窝夹层结构复合材料是由蜂窝芯材与表面材料粘接或焊接而成的复合材料，根据所使用芯材的不同，有普通纸蜂窝、铝蜂窝和Nomex蜂窝3种不同夹层结构复合材料。其中Nomex蜂窝夹层结构复合材料是一种高档蜂窝夹层材料，性能极其优异，价格也比较昂贵，以往主要应用于航空制造业。在国外，普通纸蜂窝、

铝蜂窝和Nomex蜂窝夹层结构复合材料均应用于铁道车辆。在国内，原来只有铝蜂窝夹层结构复合材料应用于铁道车辆，最近也有一定数量的Nomex蜂窝夹层结构复合材料开始在铁道车辆中得到批量应用。尽管纸蜂窝、铝蜂窝和Nomex蜂窝3种夹层结构复合材料的性能不完全相同，但其基本特征都是相似的，均可以表现出蜂窝夹层结构复合材料共同的特性。概括起来讲，蜂窝夹层结构复合材料具有以下基本特性：

质量轻，比强度高，尤其是抗弯刚度高，同等质量的蜂窝夹层结构复合材料其抗弯刚度约为铝合金的5倍。

有极高的表面平面度和高温稳定性，易成型且不易变形，蜂窝夹层结构复合材料不仅能制成平面板，而且可以制造成双曲、单曲面板，制成车辆零部件后拆装方便。

优良的耐腐蚀性、绝缘性和环境适应性，可适应铁路动车组和客车各种恶劣的运用环境；另外，根据需要，这类板材可以采用表面喷漆或表面粘贴防火板处理，达到良好的装饰性、防火性。

独特的回弹性，可吸收振动能量，具有良好的隔声降噪效果。

防火等级高，满足国际联运防火标准UIC564-2-19915铁路客车或国际联运用同类车辆的防火和消防规则6中的A级要求。

遭遇火灾后烟密度符合高等级的国际铁路防火标准，具有良好的自熄性；放热值较低，能够形成耐火层，能降低释放出的烟雾和有毒气体，具有优良的环保性能。

优异的成型制造工艺性，可以满足铁道车辆内装零部件形状复杂、稳定性要求高的要求。

3铝蜂窝与其他车辆结构材料的比较

3.1材料特性

（1）抗弯刚度与轻量化

铝蜂窝夹层结构复合材料与部分铁道车辆中常用材料的抗弯刚度与重量比较见表1。

表1：铝蜂窝铝蜂窝夹层结构复合材料与部分铁道车辆中材料的抗弯刚度与轻量化比较

表2蜂窝夹层结构复合材料和部分铁道车辆

常用非金属材料的防火等级的对比

（2）防火性

蜂窝夹层结构复合材料的防火等级达到了任何其他车辆内装结构复合材料不能达到的防火等级。蜂窝夹层结构复合材料与塑贴胶合板、中高密度发泡板、玻璃钢等材料所能达到的防火等级比较见表2。

（3）耐久性

由蜂窝夹层结构复合材料成型制造复杂弯曲形面零部件基本可以保持永久不变形，而由塑贴胶合板、玻璃钢和其他工程塑料成型制造的零部件都会随着时间的推移发生不同程度的变形。其中塑贴胶合板还会因温度和潮湿的影响，发生腐蚀、腐朽、腐烂等变化，玻璃钢和其他工程塑料成型制造的零部件还会产生老化现象。通常，用塑贴胶合板、玻璃钢和其他工程塑料成型制造的零部件在7.55~15年或1~2个A4级修程即需要更换，而蜂窝夹层结构复合材料，特别是铝蜂窝夹层结构复合材料制作的零部件基本可以和车辆等寿命。

（4）环境适应性

蜂窝夹层结构复合材料能够长时间地适应温度、湿度不断变化的运用环境条件，而不发生承载能力下降、变形、开裂、腐朽、老化等现象。这是胶合板、发泡板、玻璃钢和其他工程塑料难以相比的。有时胶合板、发泡板、玻璃钢和其他工程塑料的应用在不同程度上会受到运用环境的限制，蜂窝夹层结构复合材料的应用就很少受这些限制。

（5）隔声减振性

蜂窝夹层结构复合材料独特的回弹性，使其可以吸收振动能量，从而具有良好的隔声减振性能，这也是胶合板、发泡板、玻璃钢和其他工程塑料所不具备的性能。因而，蜂窝复合夹层材料常被用于制造对隔声减振有一定要求的客室地板、空调风道等零部件。

4导轨电车铝蜂窝地板设计结构

导轨电车地板采用焊接铝蜂窝结构，铝蜂窝板总厚度为18mm，上层采用2mm厚铝板，下层为1mm厚铝板，中部芯材为15mm厚铝蜂窝芯材。铝板与芯材之间采用焊接工艺成型，铝蜂窝地板结构见附图1。

附图1

导轨电车铝蜂窝地板具有强度高、重量轻、良好的隔音隔热性能、不燃烧、便于模块化设计、易成型及良好的耐久耐摩擦性能。

5结论

经过对铝蜂窝材料与传统板材的对比分析，铝蜂窝材料具有密度小、隔音隔热性能优良、减震性能好、具有良好的平整度和刚度，重量轻及不燃烧特点，并结合铝蜂窝地板已经在国内动车及地铁车门门板、顶板、地板等内装设备件上的应用实例，我公司在导轨电车项目中地板设计上采用了焊接铝蜂窝结构满足了导轨电车隔音降噪、防火、轻量化及模块化设计的要求，铝蜂窝材料在导轨电车地板上的应用是可行的。

参考文献：

[1]张德平铝蜂窝板在客车地板上的应用研究客车技术与研究2010.

[2]李瑞淳蜂窝夹层结构复合材料设计及应用研究铁道机车车辆2009.