蜂窝复合地板在机场摆渡车上的应用

陈　斌，吴明松，曾柳妃（浙江金港汽车有限公司，浙江 绍兴　312300）

蜂窝复合地板在机场摆渡车上的应用

陈斌，吴明松，曾柳妃
（浙江金港汽车有限公司，浙江 绍兴312300）

蜂窝复合地板是一种高效材料，具有轻质、抗振、隔热、隔音等性能优点。文章介绍蜂窝复合地板的结构特点，阐述其在机场摆渡车上的实际应用情况，并分析轻量化结果和经济性效益。

蜂窝复合地板；机场摆渡车；轻量化；经济性

随着科学技术的发展，复合材料在汽车工业中得到越来越广泛的重视和应用。蜂窝复合地板具有轻质、高强度、耐腐蚀、易复合成型等优点，能够取代传统的竹胶板。为了推广轻量化技术以及新材料的应用，提高客车品质，我公司在机场摆渡车地板上对其进行了试用。在保证地板的承载能力和减振、降噪功能的提前下，大幅度减轻了地板的重量，同时再改进地板骨架设计，提高了地板原材料利用率，减少生产成本，取得了较好的效果。

1　结构及性能

蜂窝复合板是由两层或多层的面板材料和中间夹一层或多层厚而轻的蜂窝芯层复合而成。当复合地板承受弯曲载荷时，上表面玻璃纤维层被拉伸，下表面连续玻璃纤维增强层被压缩，蜂窝芯层传递切剪力。从力学角度分析，与工字梁很相似，面材相当于工字梁翼缘，主要承受应力；芯材相当于工字梁的腹板，主要承受剪切力。由于夹芯层高度比面板高出几倍，剖面的惯性矩随之成4次方增大，且面板有夹芯支持，剪切强度大，稳定性好。面板可以很薄，与实心结构相比要轻得多且刚性大，轻量化效果极为明显［1］。表1为其与常规地板材料的力学性能对比（其测试样品尺寸为350 mm×70 mm，跨距为280 mm），同时它还具有良好的抗振、隔热、隔音等性能，是一种高效结构的材料。

表1　常规地板材料的力学性能对比

常规地板材料的成本也相差比较大，以钢板价格为基准，6061铝板价格为钢板的7倍，竹胶板为钢板的1.5倍，蜂窝复合板则为钢板的13倍。蜂窝复合板价格较高，且在制造和应用过程中，容易形成脱粘、积水、划伤、裂纹等缺陷，这些缺陷的存在严重制约了蜂窝复合板的应用。所以在实际应用过程中，质控把关要严格、材料利用率要提高、工人技能要过关，三者缺一不可。

我公司使用的蜂窝复合地板是采用多层有方向性的连续玻璃纤维增强聚丙烯带材与聚丙烯蜂窝芯热复合而成，结构如图1所示。该结构具有较高的抗层间剪切、抗弯、抗剥离及抗疲劳性能［2］。

图1　蜂窝复合地板结构图

2　应用实例及效果分析

普通客车在驶行过程中地板会因颠簸冲击容易产生横向和纵向的弹性扭曲变形，机场摆渡车只在民用机场坪内行驶且最高车速不高于25 km/h［3］，不容易产生弹性扭曲变形；其整车结构较简单，地板空间宽广又无需安装太多的部件，因此很适合轻量化设计。复合材料具备轻质高强、绿色环保、耐候性好、隔音隔热、吸能减振等性能，使用该材料，可以使汽车振动减小，能使机场摆渡车更加安全和舒适［4］。

我公司采用厚18 mm蜂窝复合地板（上面为厚1 mm玻璃纤维片材，中间为厚16 mm聚丙烯蜂窝芯层，底部为厚1 mm连续玻璃纤维增强层）+厚2 mm阻尼板的组合方案代替厚20 mm竹胶板方案。

根据蜂窝复合地板的结构特点，确定装配工艺可行性方案，确保地板安装牢固和平整。图2为蜂窝复合地板+阻尼板装配工艺方案图。

图2　装配方案图

在保证乘客区地板的承载能力和减振、降噪功能的前提下，竹胶地板常规铺设数量需13块。竹胶地板分块图如图3所示。

图3 竹胶地板分块图

蜂窝复合地板则不能采用图3的铺设方案，其原因一是承载能力低；二是材料利用率较低，成本太高。所以必须对地板骨架结构进行优化，增强承载能力，减少地板使用数量，提高原材料的利用率，实现蜂窝复合地板的最优分块。

通过对蜂窝复合板的抗弯强度、挠度计算分析，在原地板骨架结构设计基础上，增加部分L形或U形支撑梁，以减小地板梁跨距来增强其承载能力，同时进行最优分块，提高原材料的利用率。蜂窝复合板分块图如图4所示。蜂窝复合板材数量只需9块，材料利用率高达86%，显著减少生产成本。

图4　蜂窝复合地板分块图

样车送国家工程机械质量监督检验中心进行检测，载荷测定符合设计要求；满载5000km行驶可靠性试验无故障，蜂窝复合板无任何缺陷；整车噪声值60～75dB（A），符合国家及行业标准。

轻量化是提高汽车燃油经济性、减少尾气排放、节约材耗的有效手段。资料显示，若汽车整车质量降低10%，燃油消耗减少6%～8%；汽车整车质量每减少100 kg，百公里油耗可降低0.2～0.8 L［5］。轻量化对环保也很有好处，车辆质量减轻50%，二氧化碳排放量可减少13%［6］。

机场摆渡车乘客区地板有效面积为23 m2，竹胶板单车使用量为13块，成本3 120元，蜂窝复合地板单辆车使用量为9块，成本5 400元，用蜂窝复合地板代替竹胶板，成本增加2 280元，地板骨架增重35 kg，地板减重267 kg，整车减重232 kg。机场摆渡车年行驶里程约10 万km计算，柴油价格约5元/L，节约燃油量按汽车整车质量每减少100 kg，百公里油耗可降低0.45 L计算，每车每年节约费用约5 220元。虽然蜂窝复合地板在单价上较高，但仅因减重后带来的燃油节约收益一年就能收回成本，第二年即可节省可观的油耗费用。

3　结束语

蜂窝复合地板在我公司机场摆渡车上的应用，其地板减重约60%，效果明显，达到了整车轻量化的设计目标，而且还提高了车辆的安全和舒适性，以及可观的燃油经济性。

［1］张广平，戴干策.复合材料蜂窝夹芯板及其应用［J］.纤维复合材料，2000（2）：25-28.

［2］张剑，李地红，李兴冀，等.复合芯材夹芯结构成型工艺研究［J］.材料科学与工艺，2008，16（1）：76-78.

［3］岳凤来，张俊红，林杰威，等.纯电动机场摆渡车动力系统匹配与性能仿真［J］.机械设计与制造，2014（7）：120-122.

［4］冯仁杰，于九明.蜂窝夹芯复合板及其在汽车工业中的应用［J］.汽车工艺与材料，2003（8）：30-32.

［5］敖炳秋.轻量化汽车材料技术的最新动态［J］.汽车工艺与材料，2002（8）：1-21；2002（9）：1-21.

［6］刘静安.汽车工业用铝材的开发应用趋势与对策（1）［J］.铝加工，2002，25（5）：1-6；2002，25（6）：39-41.

修改稿日期：2016-03-05

Application of Honeycomb Composite Panel to Airport Shuttle Bus

Chen Bin，Wu Mingsong，ZengLiufei
（ZhejiangJin GangMotor Co.，Ltd，Shaoxing312300，China）

Honeycomb composite panel is a high-performance structure material with advantages such as lightweight，shock damper，heat insulation，sound insulation，etc.The authors introduce the structure characteristics ofhoneycomb composite panel and its practical application situation toairport shuttle bus，alsoanalyze the results of lightweight and economy.

honeycomb composite panel；airport shuttle bus；lightweight；economy

U463.83

B

1006-3331（2016）04-0053-02

陈斌（1983－），男，工艺主管工程师；主要从事客车整车制造工艺、涂装管理等方面的工作。