嘉兴有轨电车地板结构设计

□ 汤云哲

上海轨道交通设备发展有限公司 上海 200245

1 设计背景

有轨电车客室地板指车体底架上方的板或板状结构,处于乘客视野下部,是车辆内部装饰中的重要组成部分,对强度、防火、安全性、隔声、美观方面均有较高要求。笔者对嘉兴有轨电车一期项目地板的结构设计进行详细介绍。

嘉兴有轨电车一期项目共计采购100%低地板钢轮钢轨有轨电车20辆,采用5节编组,车型分为M车、F车、Tp车三种。其中,M车为安装动车转向架和司机室的动车模块,F车为悬浮车体模块,Tp车为安装受电弓和拖车转向架的拖车模块。地板为全酚醛树脂材料,属于热的不良导体,具有较高的隔热隔声性能,并且质量较轻。地板高低尺寸设计参考东湖项目,地板支撑结构设计参考以色列项目。M车地板纵向及横向截面分别如图1、图2所示,Tp车为M车二位端及其镜像。M车地板模型如图3所示,F车地板模型如图4所示,Tp车地板模型如图5所示。

图1 嘉兴有轨电车M车纵向截面

图2 嘉兴有轨电车M车横向截面

图3 嘉兴有轨电车M车地板模型

图4 嘉兴有轨电车F车地板模型

2 以往项目分析

东湖项目地板为铝板面层聚酯板泡沫芯层材质复合地板,在门区地板下沉至距轨面350 mm,F车全部地板和M车门区地板距轨面380 mm,M车座椅间走道地板距轨面450 mm。东湖项目M车地板模型如图6所示,F车地板模型如图7所示。以色列项目地板为酚醛树脂材料,在门区地板下沉至距轨面350 mm,F车全部地板距轨面380 mm,M车全部地板距轨面450 mm。以色列项目M车地板模型如图8所示,F车地板模型如图9所示。

图6 东湖项目M车地板模型

图7 东湖项目F车地板模型

图8 以色列项目M车地板模型

图9 以色列项目F车地板模型

东湖项目与以色列项目因地板材质差别而导致地板支撑方式有差别。

东湖项目在地板下部由车体焊接安装座,在安装座上粘贴厚度为5 mm的橡胶垫进行调平,以弥补车体平面度误差,如图10所示。东湖项目M车底部支撑布置如图11所示,F车底部支撑布置如图12所示。

图10 橡胶垫调平

图11 东湖项目M车底部支撑布置

图12 东湖项目F车底部支撑布置

以色列项目在地板下部由车体焊接螺柱,安装座紧固在螺柱上,在安装座间安装地板梁,地板梁上粘贴橡胶垫后再安装地板,通过安装座和地板梁间的调整垫进行调平,地板中部也由横向地板梁和调整垫来支撑、调平。以色列项目M车底部如图13所示,M车底部支撑布置如图14所示,F车底部支撑布置如图15所示。

图13 以色列项目M车底部

图14 以色列项目M车底部支撑布置

图15 以色列项目F车底部支撑布置

东湖项目地板安装方式均为螺钉从上往下固定,如图16所示。以色列项目地板安装方式部分为从上往下固定,部分为向两侧车体固定,如图17所示。安装时,必须计算好安装座与车体地板折弯板间的距离,以及折弯板和车体中间防寒材料的厚度,保证可以实现安装。

图16 东湖项目地板安装方式

图17 以色列项目地板安装方式

以色列项目地板固定方式分为在型材中放置预埋块和通过长条钢板攻丝两种,需要在合适的地方选用合适的固定方式。东湖项目地板统一使用铝型材加钢块攻丝的固定方式,较为简单。

3 地板设计

嘉兴有轨电车一期项目地板采用三层夹心结构,上下表面为酚醛预浸布,厚度均为1.2 mm,中间为低密度轻芯钢竖排芯层,边框为高密度酚醛型材,采用环氧胶对各材料进行粘接,整体厚度为19 mm。如遇到异形地板,则需要开模具压制为异形芯层,保证芯层为一体结构,不允许芯层拼接。

酚醛地板的机械性能见表1。

表1 酚醛地板机械性能

嘉兴有轨电车一期项目M车门区地板与车体的距离为22.5 mm。以色列项目车头对应区域没有门,不需要将地板下沉,所以地板与车体底架平面的距离为101.5 mm,此区域地板通过大型支撑座及与支撑座连接的地板梁来支撑。东湖项目为聚酯地板,对应区域为多块橡胶垫点支撑。需要重新设计嘉兴有轨电车一期项目的支撑方案。

门区地板距车体上表面21 mm,为了保证地板强度,此处地板厚度为17 mm,下部直接粘贴厚度为4 mm的橡胶垫来调节高度,在车体钢底架上攻丝后用螺钉连接。

门区下部在底架上焊接螺柱,在螺柱上安装地板梁,并在地板梁下放置调整垫,对地板梁调平,地板梁上粘贴1 mm厚橡胶垫。地板梁安装方法如图18所示。为了在地板折弯处提高强度,沿折弯处设置地板梁。M车地板支撑布置如图19所示。

图18 地板梁安装方法

图19 嘉兴有轨电车M车地板支撑布置

门区和走道间的区域,以色列项目为水平地板和斜坡底架,距离较大,采用地板安装梁支撑的结构。东湖项目为斜坡地板和斜坡底架,距离较小,采用橡胶垫支撑。嘉兴有轨电车一期项目对应区域同样为斜坡地板和斜坡底架,并且距离较小,因此采用橡胶垫支撑。地板周围与以色列项目一致,有一圈地板梁。

M车除门区和走道间区域外,与底架距离均为1.5 mm,与东湖项目及以色列项目相同。嘉兴有轨电车一期项目在这些区域分布橡胶垫,通过密集的橡胶垫来调平及支撑,四周以水平方向向车体攻丝固定。

F车全部地板距车体底架22.5 mm,统一采用在底架上焊接螺柱,在螺柱上安装地板梁,地板梁上粘贴橡胶垫的方式进行支撑。由于门区地板两侧要求与轨面距离为350 mm,因此门区地板与底架上表面距离为21 mm。使地板两侧边缘厚度为17 mm,下部直接粘贴厚度为4 mm的橡胶垫来调节高度,在车体钢底架攻丝后用螺钉连接。在底架边梁下表面开排水孔,使冷凝水通过排水孔流出型材。F车地板支撑布置如图20所示。

图20 嘉兴有轨电车F车地板支撑布置

对门区地板的小斜坡位置进行调整,尽量向门区地板车体纵向两端移动,将小斜坡位置设计在门立罩板下方,减小此处斜坡对乘客上车时的影响。由此,门区地板与端部地板的连接状态发生改变,由原来的同平面连接变为有角度搭接。由于原有通过型材加预埋块方式搭接对工艺要求较高,因此改为通过折弯钢板方式连接。此方式下搭接处下平面比原型材搭接方式下平面高,且安装后螺钉露头,所以对此处地板安装梁的方式进行调整,提高地板梁的支撑高度,并在螺钉处开缺口实现避让。门区地板与端部地板连接如图21所示。

图21 门区地板与端部地板连接

为了避免雨水从地板端部及车门处流进地板与车体底架的空隙内,需要对地板进行密封打胶。由于M车二位端与门区既是容易遇水的地方,也是M车最低点,因此只需要密封二位端处及门区处。

除地板外,地板周圈的地板连接件也是设计的重要部分。由于地板连接件下部与地板连接,上部与侧墙搭接,因此需要考虑两方面因素。相较于东湖项目,嘉兴有轨电车一期项目侧墙厚度减薄,因此地板连接件相较于东湖项目更加向车体两侧移动。此外,相较于东湖项目,嘉兴有轨电车一期项目侧墙下边缘更高,因此地板连接件上边缘比东湖项目更高。地板连接件在车体上的安装座位置由于限制无法上移,对安装方式进行改进,由原来的Z形安装点改为倒U形安装点,并在外表面开孔,使套筒伸进安装螺栓,用地板布将开孔遮盖。由此,在保持安装位置不变的情况下,最大程度将地板连接件上边缘提高。地板连接件安装形式如图22所示。

图22 地板连接件安装形式

4 地板下防寒材设计

由于M车和Tp车下部有转向架,因此要进行防水及降噪。有轨电车车体底架与地铁车辆车体底架不同,存在大量孔洞,因此在M车和Tp车车体底架与地板间除了粘贴阻尼片,还需要设置防水用板。以色列项目在车体底架孔洞上焊接钢板,将车体底架孔洞完全密封后粘贴阻尼片,质量很大,并且焊接周圈会产生焊接变形,影响地板安装。嘉兴有轨电车一期项目的阻尼片采用胶与铝板分离的方式。在孔的周圈车体面上涂一定宽度的阻尼胶,然后将铝板粘贴在上面,覆盖住阻尼胶和车体底架的孔,最后再涂密封胶。地板与底架间阻尼片布置如图23所示,红色为地板橡胶件,白色为车体,绿色为底架上粘贴的阻尼胶,蓝色为覆盖阻尼胶和孔洞用铝板。

图23 地板与底架间阻尼片布置

5 地板布设计

地板布是地板结构最上面的一层,覆盖在地板结构上,乘客可以直接看见并且直接接触,因此要求更高,需要满足耐磨、防火、无毒、寿命长、不开裂、防滑等要求,并且要求美观、易于清洁。橡胶地板布主要成分为天然橡胶和人造橡胶,在防火、弹性、工艺性方面有优势,聚氯乙烯地板在耐磨性、密度、价格方面有优势。嘉兴有轨电车一期项目采用聚氯乙烯地板布,主要性能指标见表2。

表2 聚氯乙烯地板布性能指标

相较于地铁车辆,有轨电车地板布的形状要复杂得多。地铁车辆地板布形状较为规整,且为一个平面上的长方形,可以简单地进行横铺、纵铺、分割。有轨电车地板布不仅需要覆盖地板,而且需要覆盖地板周圈的地板连接件,还需要考虑采用尽量提高地板布利用率的分割方案。地板布铺设时,需要注意地板的阳角和阴角。由于性能限制,聚氯乙烯地板布只能够接受折弯半径为10 mm以上的阳角及阴角,如果地板布的折弯半径小于10 mm,那么需要强制在折弯处进行分缝。M车地板布分缝如图24所示,F车地板布分缝如图25所示,Tp车地板布分缝如图26所示,各图中红色粗实线为分缝。

图24 嘉兴有轨电车M车地板布分缝

图25 嘉兴有轨电车F车地板布分缝

图26 嘉兴有轨电车Tp车地板布分缝

6 结束语

嘉兴有轨电车一期项目客室地板相较于以往项目更加简单,在保证地板结构强度和刚度的情况下,取消了钢制安装座,大大减小了地板结构的质量。为了对车体底架的孔洞进行密封,由原设计在车体底架上焊接薄钢板改为用阻尼胶粘贴薄铝板并涂密封胶,进一步减小质量。为了避免F车上车的乘客被门区地板小斜坡绊倒,将门区地板的小斜坡设置在立罩板下方,减小小斜坡的影响。在门区入口处地板下方增加一根纵梁支撑,更有利于地板在长期运行过程中的受力稳定。

在设计中依然有一些小问题,需要在未来的项目中进行改进。第一,M车二位端地板与底架的间隙只有1.5 mm,一旦底架平面度较差,或者有焊缝,就不能保证地板上平面位置要求。第二,压条的安装形式可能存在产生异响的风险。压条安装形式如图27所示,通过螺钉安装在预埋块上,踩在压条尖角处时会在水平面产生变形,传导至压条垂直面后会与垂直地板布产生摩擦,并有可能产生异响。因此,后续项目需要在压条垂直面增加紧固点,消除变形和异响。

图27 压条安装形式