Оригинальным техническим решением, позволяющим путем рационального использования свойств материалов создавать конструкционные силовые элементы, выполняющие одновременно тепло- и звукоизоляционные функции, являются трехслойные конструкции типа «сэндвич». Несущие элементы конструкции кузова подвижного состава выполняются обычно из металлического каркаса и тонколистовых металлических стенок с элементами жесткости из профильного проката. Материал тепло- и звукоизоляции обычно не участвует в восприятии силовых нагрузок. Если оболочки из тонких, воспринимающих нагрузки листов надежно соединить друг с другом теплоизоляционным наполнителем из твердого пенопласта с малым объемным весом, получатся так называемые трехслойные конструкционные элементы, которые работают при нагружении как единое целое. Они не теряют жесткости под действием значительных нагрузок вдоль плоскости оболочек и перпендикулярно к ним. В то же время такая конструкция обеспечивает хорошую тепло- и звукоизоляцию. При применении для одной из оболочек такого элемента или панели, например, для внутренней, листового материала с декоративным покрытием одновременно создается внутренняя облицовка помещения, например, салона или купе вагона, не нуждающаяся в дополнительной отделке. По этому принципу создания несущей конструкции в ФРГ был построен дизельный четырех-вагонный пассажирских поезд, в котором кузова вагонов были выполнены в виде трехслойной конструкции типа «сэндвич». Между внешней оболочкой из листового дюралюминия, являющейся наружной обшивкой кузова и внутренней облицовкой его, был помещен прочно связывающий их друг с другом пенопласт мольтопрен. В результате было достигнуто снижение веса кузова вагона на 50% по сравнению с аналогичным кузовом из стали. Снижение веса тары позволяет при существующей мощности четырехвагонного дизельного поезда увеличить его состав до шести вагонов.
В Англии в 1964 г. с использованием аналогичной терхслойной конструкции типа «сэндвич» построен опытный пассажирский вагон пригородного сообщения с оболочками из стеклопластика и с заполнением пенопластом ППУ. Длина вагона 19,4 м, вес кузова 6,24 т, что на 3,5 т меньше веса стального кузова [41].
Вагоны трансъевропейского экспресса «Мистраль» (Франция) [21, 60] оборудованы специально разработанной изоляцией кузова и пола. Металл кузова вагона имеет шумопоглощающее покрытие, которое используется и для крепления слоя минеральной ваты, объемным весом всего 8 кг/м2. На стенах и потолке на слой минеральной ваты толщиной 50 мм накладывается еще одно покрытие толщиной 25 мм, поверх которого закрепляется внутренняя облицовка стен. Пол вагона (рис. 16) состоит из 13 слоев различных материалов, акустические свойства которых обеспечивают эффективную звукоизоляцию.
Рис. 16. Схемы тепло- и звукоизоляции полов вагонов:
1 — линолеумное покрытие пола толщиной 2—6 мм; 2 — картон толщиной 1,5 мм; 3 — пенорезина толщиной 5 мм; 4 — панель из сотопласта толщиной 20 мм; 5 — войлочная прослойка толщиной 5 мм; 6 — поперечный брус толщиной 20 мм; 7 — продольный брус толщиной 20 мм; 8 — поропласт «Экацель»; 9 — стеклянное волокно; 10 — звукоизоляционное покрытие толщиной 2—3 мм; 11 — деревянная панель толщиной 19 мм; 12 — резина толщиной 2 мм; 13 — поперечный брус толщиной 30 мм; 14 — поропласт «пнатерм» в перфолевой изоляции; 15 — звукоизоляционное покрытие толщиной 3 мм; 16 — продольный брус; 17 — металлический лист толщиной 1.25 мм
Перегородки крепятся к стойкам болтами, утопленными в резину, что способствует предотвращению распространения вибраций [46].
В Научно-исследовательском центре локомотивного и вагонного хозяйства железных дорог ГДР разрабатывалась и успешно апробирована звукоизоляция ограждающих конструкций пассажирских четырехосных вагонов типа В4ге 252-20 (рис. 16, а) и WL054-121 (см. рис. 16, б).
Представляет интерес звуко- и теплоизоляция вагонов Мюнхенского метрополитена. Потолок вагонов покрыт твердыми древесноволокнистыми плитами толщиной 3 мм. Средний участок потолка шириной 1,54 м выполнен из древесноволокнистых плит низкой плотности, а боковые участки шириной по 0,415 м — из листов перфорированного бумажнослоистого пластика. Внутренняя поверхность балок и листов обшивки покрыта распыленной синтетической пробкой с битумной связкой. Между внутренней и наружной обшивкой уложены маты из стекловолокна.
В вагонах типа ΑRUM-65(ΦΡΓ) для тепло- и звукоизоляции предусмотрено несколько видов материалов. Шумопоглощающая мастика с наполнителем из асбеста и слюды наносится напылением на внутреннюю поверхность стальной обшивки кузова вагона, пол, боковые и торцовые стены и крышу. Толщина слоя мастики от 3 до 5 мм. В устройстве пола, над тележками, на расстоянии 3 м в обе стороны от них, уложены наклеенные плиты из пенополистирола толщиной 20 мм. На них уложены маты из шумопоглощающего материала с фирменным названием барифол толщиной 8 мм, весом 8 кг/м2.
Пространство между напыленной изоляцией и внутренними кромками оконных стоек на боковых стенах заполнено матами из минерального волокна толщиной 60 мм с объемным весом 12 кг/м2. На напыленное изоляционное покрытие крыши наклеены пласты пенополистирола толщиной 40 мм. Внутренняя отделка потолка для лучшего шумопоглощения выполнена из перфорированных листов декоративного бумажнослоистого пластика.