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[摘 要]内燃动车组在运行过程中，车下轮轨噪声、动力包区域振动噪声会进入客室车厢内，严重影响客室乘车环境的舒适度。动力包区域会产生大量的热量，对行车造成严峻的安全隐患。本文以孟加拉米轨内燃动车组客室地板系统设计为例，从隔声降噪、地板承载、车下绝热处理等几方面，详细阐述了内燃动车组客室地板系统设计过程中应该保障的几方面因素，为后续内燃动车组地板的设计提供了借鉴。
[关键词]客室地板系统 胶合木地板 承载 动力包区域 绝热 隔声降噪
中图分类号：U266.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）11-0264-02
一、概述
近年来，内燃动车组的动力系统普遍采用柴油机，采用车下吊挂的方式逐渐增多。在车辆运行过程中，柴油机噪声振动大，产生的振动噪声会通过车体底架、地板孔隙传入室内，严重影响乘坐舒适性。另外，车辆运行中钢轨与轮轨相互作用而产生的轮轨噪声，也会通过车厢地板进入客室内。
由于客车地板钢结构基本采用波纹钢板，其隔声性能难以得到明显改善。因此，在进行客室内装地板系统设计时，除满足基本结构、功能外，地板系统的隔声降噪处理就显得至关重要。
在车辆运行过程中，柴油机会产生大量热量，这些热量会通过车体地板进入客室，从而构成行车中的安全隐患。在进行地板系统设计中，地板绝热处理也是需要考虑的重要方面。
本文以孟加拉内燃动车组地板系统设计为例，从胶合地板结构设计、隔声降噪、绝热处理等几方面，對内燃动车组客室地板设计进行了比较系统的研究。
二、客室地板系统设计
（一）、孟加拉内燃动车组概述
动车组车体采用耐候钢波纹地板。动力系统集成包括柴油发电机组、冷却系统、燃油系统、进排气系统以及静液压系统等，位于动车中部区域、两转向架之间，吊装于车体底架。运行过程中，柴油机怠速运转为600r/min，最高运转转速为2000r/min，产生的振动噪声值通过消音处理后为124.8dB（A）左右。车辆运行过程中，满员情况下地板单位面积承受平均负载4800N/m2；超载情况下地板单位面积承受平均负载8000N/m2。当列车以80km/h正常运行时，动车客室内噪音连续声压级测量结果以LpAeq，T =77dB（A）为目标值。
（二）、胶合木地板结构设计
车厢地板是车辆下部的噪声（轮轨噪声、动力包区域噪声）进入车厢内部的主要途径之一。通过隔声降噪措施，可以有效控制噪声通过地板进入客室内部。同时，考虑到当地的运营现实（车辆运行中超载严重，地板承受载荷大），地板材料必须满足承载要求，保证地板长期不变形。
1、材料选择：
地板选用白桦软木，Ⅰ类胶合板，厚度为20mm±0.5mm。地板含水率为6～14%，其胶合强度为≥1.00MPa。
2、承载性能保证：
为了保证车辆运行过程中，地板受力不变形，地板能够承受下列负载：
a）平均负载4800N/m2的正常负载：符合每平方米站立表面6个80kg的人；支撑之间的距离为500mm，地板弯曲不得大于0.5mm。
b）平均负载8000N/m2的最大负载：符合每平方米站立表面10个80kg的人；支撑之间的距离为500mm，地板弯曲不得大于1mm。
c）胶合板在沿车辆X方向上所要求的冲击负荷阻力为3g。
对于20mm厚的地板来说，试验条件为：地板固定在500mm距离的两个平行的支撑上，试验的表面在支撑之间≥1m2。在地板卸载后，不得有变形或裂纹。
3、地板隔声性能保证：
为了保证胶合木地板的隔声性能，将地板由单一胶合板改为复合夹层结构。具体为：总厚度20mm保持不变，分为3层，9mm厚胶合板+2mm厚隔声橡胶板+9mm厚胶合板；隔声橡胶板具有优良的隔声性能，计权隔声量可达Rw=28dB。各种结构每层之间用胶粘接。
地板采用复合结构后，对于低频域较高的轮轨噪声的隔声极为有利；在中频段，复合胶合板地板结构较未复合时隔声性能也有明显改善。复合胶合地板计权隔声量Rw值达到至少为Rw=31dB。
（三）、客室地板隔声降噪设计（动力包区域）
动车车体下部悬挂有动力包系统。柴油机在运行过程中，振动比较剧烈，会产生巨大的噪声。噪声会通过车体波纹地板、底架孔隙等传入到车上。为了保证客室内部噪音目标值的实现，给乘客提供一个舒适的乘车环境，本部分从地板减振降噪、隔声、吸声、阻尼等方面进行优化设计、处理。
1、地板减振降噪设计
地板采用三元乙丙橡胶堆支撑，可以显著降低车辆运行过程中的振动，降低车内的噪声水平。根据地板设计的承载能力要求，减震块的沉降位移不超过1mm，按照动车动力包区域橡胶堆组成受力状况为65.0kg/个进行推算，橡胶的主要参数选择为：
* 静刚度≥650000N/m；
* 动刚度≥975000N/m；
* 邵氏硬度50±5；
* 拉伸强度≥14.0MPa；
* 拉断伸长率≥400%；
* 恒定压缩永久变形（70℃×24h）≤30%。
2、地板吸声设计
在车内底架动力包区域铺装吸声效果优良的吸音材，吸收车下动力包传入的部分声能，从而降低车内的噪声级。吸音材选用具有多孔结构的ArmaSound吸音材。为了使其吸音性能达到最佳，选择的吸音材厚度为20mm，其密度为140kg/m，其降噪系数NRC≥0.65（中高频率）。
3、地板隔声设计
通过吸音材的吸音降噪处理，进入客室的噪声量明显降低。为了进一步降低客室内的噪音，在客室木地板下表面粘铺隔声效果显著的隔声毡。动力包区域铺装的隔音材料为VINAFLEX隔声毡，其基材材料为橡胶，计权隔声量：Rw≥20dB（厚度2mm）。 4、地板阻尼处理
通过在车体底架上喷涂高阻尼材料，将地板由板件制成夹层结构，可以有效地降低噪声振动。高分子粘弹性阻尼材料具有高的力学损耗，当振动传到阻尼材料时，在材料内部产生拉伸、弯曲、剪切等变形，消耗大量振动能量，并把它转为热能耗散掉，使振动衰减，减少声能辐射。
在钢结构底架下面与车内波纹地板表面喷涂阻尼浆，在动力包区域阻尼浆喷涂厚度增大。选用Air++（Ⅱ型）阻尼浆，其阻尼因数在温度20℃～50℃达到≥（0.13～0.15）。具体设计为：车内阻尼浆干膜厚度，底架动力区域厚度为2～4mm，地板上其他区域为1～3mm；车外阻尼浆干膜厚度，动力包区域地板下方为1～2mm。
（四）、车下动力包区域绝热处理
在车辆运行过程中，车下动力包区域始终处于高温状态。为了保证车辆的安全运行，减弱车下产生的热量通过波纹鐵地板传入客室内，车下进行绝热处理。
车下动力包区域所用的防火隔热材为气凝胶绝热毡（毯），其主体材料为纳米二氧化硅气凝胶，具有导热系数低、防火阻燃、密度小、柔韧性高、绿色环保、隔声减振等性能。气凝胶绝热毡（毯）长期最高使用温度为650℃，持久耐热，保温后热损失小。
气凝胶绝热毡（毯）的主要性能参数如下所示：
* 密度：180kg/m3；
* 导热系数（25℃）： ≤0.020W/（m·K）；
* 最高使用温度： 650℃；
* 憎水率：99%；
* 拉伸强度（min）：100Kpa。
* 防火等级：满足DIN5510。
具体设计方案为：隔热材厚度选择为15mm，外包0.2mm玻纤布防尘处理， 过胶水粘合固定在0.5mm不锈钢板，隔热板总厚度为：15.9mm。通过拉铆钉将隔热板固定于车体底架上。（隔热板根据车下具体结构分块铺装，每块接缝处用隔热材料或防火布隔开，杜绝形成热桥。）
隔热后温度（理论计算）：45℃（风速为0m/s，环境温度25℃， 动力包温度场最高温不超过600℃），热量再通过4mm阻尼浆与20mm厚吸音材，车厢地板温度≤30℃。
三、结语
在内燃动车组客室地板系统设计中，通过改进胶合木地板结构、铺装隔音隔热材、地板隔声降噪设计等措施，可以显著降低客室内噪声水平，保证了客室乘坐环境的舒适度；通过在动力包区域地板下部铺装绝热材，杜绝了动力包处的大量热量进入车内，从而保证了车辆运行的安全。随着内燃动车组的快速发展、大力推广，以上措施处理在客室地板系统设计中将会愈加重要。
参考文献
[1] 马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].北京：机械工业出版社，2002.
[2] 刘英杰，卢贤丰，刘世华.城市地铁噪声分析与控制[J].噪声与振动控制，2005（11）.
[3] 吕玉恒，王庭佛.噪声与振动控制设备及材料选用手册[M].北京：机械工业出版社，1999.
[4] 韩增盛，马松花.城市轨道交通车辆噪声产生的原因与降低措施[J].铁道运营技术，2008（02）.
作者简介
侯敏俏（1985年6月18日）、女、硕士研究生、工程师、内装系统；
刘利雷（1983年6月26日）、男、硕士研究生、工程师、总体/内装系统；
梁秀萍（1978年12月29日）、女、本科、工程师、内装系统；
[关键词]客室地板系统 胶合木地板 承载 动力包区域 绝热 隔声降噪
中图分类号：U266.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）11-0264-02
一、概述
近年来，内燃动车组的动力系统普遍采用柴油机，采用车下吊挂的方式逐渐增多。在车辆运行过程中，柴油机噪声振动大，产生的振动噪声会通过车体底架、地板孔隙传入室内，严重影响乘坐舒适性。另外，车辆运行中钢轨与轮轨相互作用而产生的轮轨噪声，也会通过车厢地板进入客室内。
由于客车地板钢结构基本采用波纹钢板，其隔声性能难以得到明显改善。因此，在进行客室内装地板系统设计时，除满足基本结构、功能外，地板系统的隔声降噪处理就显得至关重要。
在车辆运行过程中，柴油机会产生大量热量，这些热量会通过车体地板进入客室，从而构成行车中的安全隐患。在进行地板系统设计中，地板绝热处理也是需要考虑的重要方面。
本文以孟加拉内燃动车组地板系统设计为例，从胶合地板结构设计、隔声降噪、绝热处理等几方面，對内燃动车组客室地板设计进行了比较系统的研究。
二、客室地板系统设计
（一）、孟加拉内燃动车组概述
动车组车体采用耐候钢波纹地板。动力系统集成包括柴油发电机组、冷却系统、燃油系统、进排气系统以及静液压系统等，位于动车中部区域、两转向架之间，吊装于车体底架。运行过程中，柴油机怠速运转为600r/min，最高运转转速为2000r/min，产生的振动噪声值通过消音处理后为124.8dB（A）左右。车辆运行过程中，满员情况下地板单位面积承受平均负载4800N/m2；超载情况下地板单位面积承受平均负载8000N/m2。当列车以80km/h正常运行时，动车客室内噪音连续声压级测量结果以LpAeq，T =77dB（A）为目标值。
（二）、胶合木地板结构设计
车厢地板是车辆下部的噪声（轮轨噪声、动力包区域噪声）进入车厢内部的主要途径之一。通过隔声降噪措施，可以有效控制噪声通过地板进入客室内部。同时，考虑到当地的运营现实（车辆运行中超载严重，地板承受载荷大），地板材料必须满足承载要求，保证地板长期不变形。
1、材料选择：
地板选用白桦软木，Ⅰ类胶合板，厚度为20mm±0.5mm。地板含水率为6～14%，其胶合强度为≥1.00MPa。
2、承载性能保证：
为了保证车辆运行过程中，地板受力不变形，地板能够承受下列负载：
a）平均负载4800N/m2的正常负载：符合每平方米站立表面6个80kg的人；支撑之间的距离为500mm，地板弯曲不得大于0.5mm。
b）平均负载8000N/m2的最大负载：符合每平方米站立表面10个80kg的人；支撑之间的距离为500mm，地板弯曲不得大于1mm。
c）胶合板在沿车辆X方向上所要求的冲击负荷阻力为3g。
对于20mm厚的地板来说，试验条件为：地板固定在500mm距离的两个平行的支撑上，试验的表面在支撑之间≥1m2。在地板卸载后，不得有变形或裂纹。
3、地板隔声性能保证：
为了保证胶合木地板的隔声性能，将地板由单一胶合板改为复合夹层结构。具体为：总厚度20mm保持不变，分为3层，9mm厚胶合板+2mm厚隔声橡胶板+9mm厚胶合板；隔声橡胶板具有优良的隔声性能，计权隔声量可达Rw=28dB。各种结构每层之间用胶粘接。
地板采用复合结构后，对于低频域较高的轮轨噪声的隔声极为有利；在中频段，复合胶合板地板结构较未复合时隔声性能也有明显改善。复合胶合地板计权隔声量Rw值达到至少为Rw=31dB。
（三）、客室地板隔声降噪设计（动力包区域）
动车车体下部悬挂有动力包系统。柴油机在运行过程中，振动比较剧烈，会产生巨大的噪声。噪声会通过车体波纹地板、底架孔隙等传入到车上。为了保证客室内部噪音目标值的实现，给乘客提供一个舒适的乘车环境，本部分从地板减振降噪、隔声、吸声、阻尼等方面进行优化设计、处理。
1、地板减振降噪设计
地板采用三元乙丙橡胶堆支撑，可以显著降低车辆运行过程中的振动，降低车内的噪声水平。根据地板设计的承载能力要求，减震块的沉降位移不超过1mm，按照动车动力包区域橡胶堆组成受力状况为65.0kg/个进行推算，橡胶的主要参数选择为：
* 静刚度≥650000N/m；
* 动刚度≥975000N/m；
* 邵氏硬度50±5；
* 拉伸强度≥14.0MPa；
* 拉断伸长率≥400%；
* 恒定压缩永久变形（70℃×24h）≤30%。
2、地板吸声设计
在车内底架动力包区域铺装吸声效果优良的吸音材，吸收车下动力包传入的部分声能，从而降低车内的噪声级。吸音材选用具有多孔结构的ArmaSound吸音材。为了使其吸音性能达到最佳，选择的吸音材厚度为20mm，其密度为140kg/m，其降噪系数NRC≥0.65（中高频率）。
3、地板隔声设计
通过吸音材的吸音降噪处理，进入客室的噪声量明显降低。为了进一步降低客室内的噪音，在客室木地板下表面粘铺隔声效果显著的隔声毡。动力包区域铺装的隔音材料为VINAFLEX隔声毡，其基材材料为橡胶，计权隔声量：Rw≥20dB（厚度2mm）。 4、地板阻尼处理
通过在车体底架上喷涂高阻尼材料，将地板由板件制成夹层结构，可以有效地降低噪声振动。高分子粘弹性阻尼材料具有高的力学损耗，当振动传到阻尼材料时，在材料内部产生拉伸、弯曲、剪切等变形，消耗大量振动能量，并把它转为热能耗散掉，使振动衰减，减少声能辐射。
在钢结构底架下面与车内波纹地板表面喷涂阻尼浆，在动力包区域阻尼浆喷涂厚度增大。选用Air++（Ⅱ型）阻尼浆，其阻尼因数在温度20℃～50℃达到≥（0.13～0.15）。具体设计为：车内阻尼浆干膜厚度，底架动力区域厚度为2～4mm，地板上其他区域为1～3mm；车外阻尼浆干膜厚度，动力包区域地板下方为1～2mm。
（四）、车下动力包区域绝热处理
在车辆运行过程中，车下动力包区域始终处于高温状态。为了保证车辆的安全运行，减弱车下产生的热量通过波纹鐵地板传入客室内，车下进行绝热处理。
车下动力包区域所用的防火隔热材为气凝胶绝热毡（毯），其主体材料为纳米二氧化硅气凝胶，具有导热系数低、防火阻燃、密度小、柔韧性高、绿色环保、隔声减振等性能。气凝胶绝热毡（毯）长期最高使用温度为650℃，持久耐热，保温后热损失小。
气凝胶绝热毡（毯）的主要性能参数如下所示：
* 密度：180kg/m3；
* 导热系数（25℃）： ≤0.020W/（m·K）；
* 最高使用温度： 650℃；
* 憎水率：99%；
* 拉伸强度（min）：100Kpa。
* 防火等级：满足DIN5510。
具体设计方案为：隔热材厚度选择为15mm，外包0.2mm玻纤布防尘处理， 过胶水粘合固定在0.5mm不锈钢板，隔热板总厚度为：15.9mm。通过拉铆钉将隔热板固定于车体底架上。（隔热板根据车下具体结构分块铺装，每块接缝处用隔热材料或防火布隔开，杜绝形成热桥。）
隔热后温度（理论计算）：45℃（风速为0m/s，环境温度25℃， 动力包温度场最高温不超过600℃），热量再通过4mm阻尼浆与20mm厚吸音材，车厢地板温度≤30℃。
三、结语
在内燃动车组客室地板系统设计中，通过改进胶合木地板结构、铺装隔音隔热材、地板隔声降噪设计等措施，可以显著降低客室内噪声水平，保证了客室乘坐环境的舒适度；通过在动力包区域地板下部铺装绝热材，杜绝了动力包处的大量热量进入车内，从而保证了车辆运行的安全。随着内燃动车组的快速发展、大力推广，以上措施处理在客室地板系统设计中将会愈加重要。
参考文献
[1] 马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].北京：机械工业出版社，2002.
[2] 刘英杰，卢贤丰，刘世华.城市地铁噪声分析与控制[J].噪声与振动控制，2005（11）.
[3] 吕玉恒，王庭佛.噪声与振动控制设备及材料选用手册[M].北京：机械工业出版社，1999.
[4] 韩增盛，马松花.城市轨道交通车辆噪声产生的原因与降低措施[J].铁道运营技术，2008（02）.
作者简介
侯敏俏（1985年6月18日）、女、硕士研究生、工程师、内装系统；
刘利雷（1983年6月26日）、男、硕士研究生、工程师、总体/内装系统；
梁秀萍（1978年12月29日）、女、本科、工程师、内装系统；