高速动车组地板系统的分析研究

贾焕英，蔡彦强

（唐山轨道客车有限责任公司 产品研发中心，河北唐山063035）

地板系统包括地板支撑件，地板和地板布，在高速动车组中处于承上启下的位置，与列车中各个部位都有接口关系，在动车组中有着举足轻重的作用。

1 地板系统

地板系统的组成包括地板支撑件、地板和地布3部分，设计结构分为两种，一是固定式结构，即地板由紧固件固定在地板支撑件上，地板支撑件与车体地板固定，该结构的优点是地板比较稳定，不易受外界的因素干扰而使地布出现故障；缺点是由于地板被固定，从而少了一定的弹性，列车运行起来少了必要的舒适度；二是浮筑式结构，即地板由弹性支承件支撑，上下可有一定的活动量，该结构的优点是充分考虑到人的直观感觉，满足了旅客对舒适度的要求，但也有缺点，由于地板可以上下活动，对地布的要求就比较高，否则的话地布就容易出现鼓包、开裂等问题，影响整车的美观性。

（1）固定式地板系统

现在的铁路地板系统构成一般均是固定式结构，地板与地板支撑件之间使用螺钉连接。如图1所示两种方式。

（2）浮筑式地板系统

因动车组列车的速度较高，考虑到减振降噪以及旅客的舒适度要求，均采用浮筑式结构，使用硫化橡胶或者泡沫垫等具有一定弹性的物质，在列车运行过程起到减振阻尼的作用，增加了舒适度。如图2～图5四种浮筑式安装结构。

CRH1型车辆客室地板整体吊装到车内，地板是一种3层夹芯板，下面板用作水汽档板的铝板（厚0.5 mm），转向架上方为不锈钢板（厚1mm），中间有一夹层是厚度为18mm的桦木胶合板，上面为3mm的橡胶板。地板减振垫采用橡胶粘结桦木。

图1 铁路地板固定方式

图2 地板组装示意图（CRH1）

图3 地板结构（CRH2）

CRH2型车辆上部地板使用总厚度为21.7mm的铝蜂窝地板。在转向架的上部，牵引变压器的上部使用面板为铁面板的蜂窝地板。地板的衬垫使用极阻燃性的橡胶垫板以降低固体传声。地板沿车长方向布置，车宽方向无接缝，减少了地板数目，简化了安装。

CRH5型车辆地板支撑采用弹性支撑件，支撑件中硫化橡胶是氯丁橡胶和丁苯橡胶并用，不是一种单独使用的减振材料，硫化橡胶将上部铝型材和下部铝型材硫化在一起，共同组成一个弹性支承元件，用以支撑地板。

CRH3型车辆地板支撑采用木骨，木骨上方粘接泡沫垫，共同支撑地板，泡沫垫为海绵状聚氨酯（PUR）混合体，厚度为12mm，起到减振阻尼作用。

2 地板系统的故障问题

CRH1型动车组（图2）地板整体吊装，操作不方便，且地板厚度太厚（19.5mm，含金属板），不符合轻量化的原则；CRH2型动车组（图3）地板安装方便，设计成本高，同CRH1一样不符合轻量化原则；CRH3型动车组（图5）地板材质为胶合板，支撑件为木骨和泡沫垫组合，木骨的材质为桃花芯木，地板布为2mm厚的橡胶地布，因地板布厚度较薄，运营过程中多次产生开裂的问题，如图6所示，且无法掩盖地板表面的微小缺陷，不宜采用；CRH5型动车组（图4）地板为“三明治”夹芯结构，地板支撑元件为弹性支承，地板为4mm的橡胶地板布。因地板布较厚，因此在铺装过程中易产生翘边和溢胶的问题，且该组合方式设计成本较高，故也不宜采用。

图4 硫化橡胶减振方式（CRH5）

图5 泡沫垫减振方式（CRH3）

图6 地布开裂现象

3 地板系统故障问题的分析及解决方案

地板系统出现各种问题涉及到地板支撑件、地板、地布以及这几个部位的组合方式。以下重点以CRH3型动车组的故障进行原因分析，提供解决方案。

3.1 故障原因分析

（1）地布

①地布的厚度不合适，粘接过程中对地板的表面处理不到位，粘接方法不合适，胶粘剂不合理（厚度或厚或薄）等情况均能将故障问题——鼓包或者开裂反映在地布上；②地板布本身弹性指标、抗拉指标、抗撕裂指标不合理等情况也会造成地板布各种故障问题。

地板布粘接用胶为氯丁胶SK840。该胶粘接强度极好，但是限定了地布的弹性伸缩。

（2）地板

CRH3型动车组的地板采用的是胶合板，客室区域为插接结构，端部区域为搭接结构，如图7所示。

图7 客室区域的插接结构（a）和端部区域的搭接结构（b）

①地板伸缩变形是导致地板布开裂的直接原因。a CRH3动车组车内地板采用胶合板，其本身会受环境湿度变化膨胀或收缩。地板安装之后，受环境湿度影响会产生伸缩变形。因此，环境湿度不同是造成地板膨胀收缩变形的主要原因，从而导致地板接缝处缝隙变大，使粘接在地板上的地布撕裂；试验证明地板受湿度影响的尺寸变化率为0.125%，换算后每块地板可收缩1.5 mm。b铝合金车体受温度变化线性膨胀或收缩造成地板接缝变化，根据铝合金受温度变化公式计算，1m的铝型材在温度每变化1℃时，其尺寸变化0.022mm，换算后铝合金车体受温度影响每变化1℃时，其尺寸线性变化约为0.5mm。

综上所述：地板因环境温湿度的变化，地板发生了翘曲收缩，产生的应力使连接强度最弱的地板接缝产生开裂（即卫生间区域），并进而带动地板布产生撕裂。

②由于地板的插接、搭接结构，使地板容易产生上下错动。

③为了避让电气布线，卫生间及端部电气柜间壁区域的地板接缝处下面地板木骨支撑数量不足，也是地板产生错动的一个因素。

（3）地板支撑件

CRH3型动车组的地板支撑件为地板木骨和300型泡沫垫，泡沫垫作为一种减振材料，其弹性模量和硬度等指标是一个矛盾综合体，这即涉及到列车的舒适度指标，也涉及到地板的浮动大小，如果这两种指标选择不慎，将直接影响到旅客的感官舒适度及旅客界面的美观性。

3.2 故障的解决方案

（1）针对地板的伸缩变形

客室区域的地板为插接结构，相当于一个整体浮筑地板，端部为搭接结构，这种连接结构就将地板的伸缩量定位在了端部区域，故按照目前地板系统的组合方式，应重点考虑释放端部地板的伸缩，为此，我们选定了一款具有弹性伸缩的胶膜，粘接在地板的搭接接缝以及应力比较集中的区域上，以此来消耗地板的伸缩变形，见图8、图9所示。

图8 端部区域粘接胶膜

图9 应力集中区（厨房吧台区）

（2）针对地板的支撑不足

端部区域的布线非常密集，导致下方无法排布足够的支撑元件，因此，在端部的地板支撑件上桥接铝板，以此增加支撑，具体位置见图10黑箭头所示。

（3）针对地布的各项指标

地布的抗撕裂指标为29N／mm，不满足技术规范中所要求的35N／mm，硬度指标为93±5Shore A应改为85±3Shore A，地布的厚度2mm应改为3mm。CRH380BL是按此方案执行的车辆，在线运行效果甚好，地板布开裂或者鼓包的现象已得到大大的改善。

图10 增加地板支撑件

4 结束语

地板系统的设计应综合总体技术条件，运行环境等因素，考虑到经济性、工艺性以及功能性，进行合理的选材和结构设计。