唐长民 杨勇 刘彪 夏博雯 周洲 王昊 肖磊
（中车株洲电力机车研究所有限公司， 湖南 株洲 412000）
摘要：地板在车辆中有着承载、隔音、密封、减震等作用。作为整车的一部分，地板安装方案关系到整车的成本和品质。本文从智轨电车司机室地板的材料选择、安装方案方面出发，研究如何提高地板总成的性能和提升车辆的乘坐舒适性，最后仿真验证结果表明，地板安装方案通过优化后，司机室的噪声降低了7dB以上，整车的NVH性能明显提高。
关键词：智轨电车；地板；舒适性；减震降噪
中图分类号：
Study and Optimize of ART Floor Installation Scheme
TANG Changmin,YANG Yong,LIU Biao,XIA Bowen,ZHOU Zhou,WANG Hao,XIA Lei
（CRRC Zhuzhou Institute Co.,LTD.，Zhuzhou，Hunan 412000，China）
Abstract：The floor in the train has bearing capacity, sound insulation, sealing, shake absorption and other functions. As a part of the train, the floor installation scheme relates to the cost and quality of the train. From the selection of floor materials and installation scheme aspect, this paper studies how to improve the performance of the floor assembly and the comfort of the train. In the end, the simulation results show that after execute the optimization scheme of the floor installation, the noise of the driver's cab is reduced by more than 7dB,and the NVH performance of the train is significantly improved.
Keywords：train; floor; comfort; shake absorption; noise reduction
0 引言
智轨电车定位为绿色环保、高端时尚、舒适便捷的胶轮多编组自导向轨道车辆，设计寿命25年。这要求地板结构具有舒适的减震、良好的隔音、较长的寿命。智轨电车的底架为钢骨架结构，地板铺装钢骨架上。智轨电车有两个驾驶室，双向行驶，驾驶室的地板下面布置有驱动电机、驱动桥、空气压缩机、散热水箱等声源设备，因此，司机室区域的地板安装方案优化是整车地板安装方案优化的重点。本文以司机室地板安装方案说明智轨电车地板安装方案的研究和优化。
1 智轨电车原地板安装方案及特点
原智轨电车地板安装方案如图1所示。地板材料为18mm厚的酚醛复合板材，地板通过粘接方式固定在钢骨架上。司机室的过线孔通过填充发泡胶的方式密封。原地板方案虽然结构简单、成本低，但是减震降噪效果较差，车体的振动直接通过地板，进一步传给乘客，影响乘坐舒适性。
Fig.1 Structure of original ART floor plan
2 智轨电车司机室噪声测试与分析
2.1 测试工况
平整路面，空调开启，50km/h匀速行驶。
2.2 测试环境
为了防止外部环境噪声对测试结果的影响，测试路线选择在少过往车辆的僻静平坦园区道路。测试环境情况如表1所示。
表 1测试环境
Tab.1 Testing environment
2.3 测点选择
在司机室噪声分析中，选取距离司机室室内距离地面1.2米的测点N1、N5，N1为司机室1的测点、N5为司机室2的测点，司机室1和司机室2中心对称，对应位置如图2所示。
图2司机室噪声测点位置
Fig.2 Location of noise measurement point in driver,s cab
2.4 测试原理
测试采用LMS Test Lab测试分析系统，能对多种信号进行动态实时的数据采集与分析处理，将传声器分别布置在各测点上拾取噪声信号，通过数据采集仪将其采集至计算机并记录下来，仪器连接示意图如3所示。
图3测试仪器连接示意图
Fig.3 Test instrument connection diagram
2.5 测试结果及分析
匀速行驶时，空调开启的噪声更大，因此仅分析空调开启匀速行驶工况下的噪声特性，得到两测点的噪声总值如表2所示。
表2 时速50km/h匀速行驶时的噪声值/dB(A)
Fig.2 Noise value of 50km/h
空调开启的状态下，司机室在所有工况下均高于75dB(A)，不满足GB 14892-2006《城市轨道交通列车 噪声限值及测量方法》对车内噪声的限值要求。
3 地板安装方案的优化
3.1 材料选型
3.1.1 地板材料
当前，主要用于车辆地板的有以下几种板材。以带沟槽的等厚竹片为单元胶合而成的竹胶板；以聚氯乙烯及其共聚树脂为主要原料经涂敷工艺或经压延、挤出或挤压工艺生产而成的PVC板；由上下两片铝片和中间的PVC板粘接压合而成的PVC覆铝板；由纤维增强环氧复合材料表层和发泡酚醛树脂加固的玻璃纤维芯部构成的酚醛板；由上、下面复合不燃板、中间蜂窝铝用聚氨酯胶粘贴叠合而成的铝蜂窝复合板。
其中酚醛板在隔音、轻量化、环保性能、力学性能等方面有突出的优势，计权隔声量高达28dB，且价格适中、具有一定的握钉力；PVC覆铝板面密度低、刚强度高、防火性能好、价格实惠，因此，酚醛板和PVC覆铝板适合用为智轨电车的地板。
3.1.2 降噪材料
隔音垫是采用特殊工艺将多种高分子材料和无机材料、特殊助剂混合成型为一种高密度、高强度、柔韧的卷材。它的隔声量超过20dB，满足DIN5510-2防火等级，是目前在轨道车辆广泛应用的隔音材料之一。
3.1.3 减震材料
硅胶减振垫以有机硅为主体材质，具有以下特点：宽温域、高耐久，优异的抗压缩永久变形能力，极佳的防水气密性；极低的挥发性，环保无毒无味，满足欧标EN45545阻燃标准。硅胶减震垫广泛应用在高铁、城轨、地铁等轨道交通车辆地板减震领域。
3.2 地板安装结构设计
优化改进后智轨电车地板安装方案如图4所示。
图4地板优化方案安装结构
Fig.4 Structure of optimized ART floor plan
优化方案采用双层地板结构，下层地板用15mm厚酚醛地板，上层地板用9mm厚PVC覆铝板。在下层地板背面粘贴2mm厚的隔音垫，采用打钉固定的方式把下层地板安装到骨架上，上层地板通过带胶的硅胶减震垫粘接固定在下层地板上。
下层地板通过打钉固定于骨架上属于刚性连接，主要承担支撑和隔音的作用；上层地板与下层地板之间通过3mm厚硅胶减震垫属于弹性连接，主要承担支撑、隔音、减震的作用。优化后的地板结构总共有隔音垫、下层地板、空气/减震垫、上层地板、地板革5层减震降噪层。
3.3 管线孔密封方式
车头的设备比较集中，冷却系统、控制系统等带有的水管、线路需要穿过地板，这些过线孔成了隔音降噪的薄弱点，过线孔的密封关系到整个司机室的噪声水平。
3.3.1 过线孔密封方案
司机室电线过线孔采用专业的过线密封模块，密封模块采用多径技术，只需剥离芯层，便可使单个模块密封不同直径的电缆或硬管，若不移除中心塞，则可把模块作为备用件，为将来扩容做准备。密封模块是通过挤压受力密封，密封模块安装如图5所示。
图5 电线密封方案图
Fig.5 Sealing solution of electric wire
3.3.2 过管孔密封方案
水管和气管为软管，不适合采用挤压的方式密封，因此冷却水箱水管孔和座椅气管孔采用隔壁接头进行密封，隔壁接头密封方案效果图如图6所示，隔壁接头通过螺栓安装在地板上，管线从地板的上、下分别用卡箍连接到隔壁接头上。
图6水管、气管穿孔地板隔壁接头密封方案
Fig.6 Sealing solution of water pipe and air pipe
4 降噪效果仿真预测
4.1 优化后地板方案隔声效果
在声学仿真软件中，防止获得优化后的地板方案理论隔声量如图7所示。
图7 地板隔声量
Fig.7 Floor insulation value
4.2 司机室内噪声预测
采用统计能量的方法进行声学仿真分析，预测司机室内噪声。
结合司机室的几何尺寸，进行简化得到舱室及连接的声腔系统模型如下图8所示。
图8 声学模型示意图
Fig.8 Schematic diagram of acoustic model
在司机室外部设置噪声源，声源的噪声频谱设定参考前期空调开启、匀速行驶50km/h 工况下的外部噪声特性，对司机室地板、前侧、左侧、右侧及顶部的隔声特性进行设定，通过统计能量仿真方法计算预测司机室室内噪声。
将仿真得到的地板隔声量代入声学模型计算，获得空调开启、50km/h 匀速工况下的稳态噪声值。仿真计算得到司机室内各频段噪声值见图9。由图可知，采用优化方案后司机室噪声的最大值在75±1dB（A）。
图9 噪声预测结果
Fig.9 Noise prediction value
5 结论
经过对地板安装方案的减震降噪设计，仿真计算结果显示，在空调开启、车辆速度50km/h 匀速工况下司机室噪声基本控制在75dB以下，基本满足GB 14892-2006《城市轨道交通列车 噪声限值及测量方法》对车内噪声的限值要求。结果表明，优化后的地板安装结构对智轨电车司机室的噪声降低、乘坐舒适性提升具有明显的效果。
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