电力机车与城轨车辆第卷第期年月日硕士研究生，主要从事转向架、车体等方面的技术管理工作。
概述随着橡胶和金属粘接技术的提高，金属和橡胶组合起来的金属橡胶复合弹簧应运而生，而且逐渐地成为减振系统中的主要部件而被广泛应用，这是由于金属橡胶弹簧具有一系列优点：可以根据需要选择金属和橡胶的结构形式，可通过调整橡胶配方和成型工艺来控制产品弹性参数，以满足各个方向刚度和强度的要求；有适当的阻尼，有利于越过共振区，衰减和吸收高频振动与噪声；冲击刚度大于动刚度和静刚度，有利于缓和冲击；体积小，重量轻，免维护。
由于金属橡胶弹簧具有以上刚性弹簧所不具有的优点，目前，这类产品在国外的应用非常广泛，但在国内，金属橡胶弹簧暂时还处于引进与仿制阶段。随着我国高速列车与轨道交通业的飞速发展，研究开发有自主知识产权的金属橡胶弹簧就势在必行。然而目前国内尚无一套完整的针对橡胶弹性元件试验方法的国家标准。我们根据近几年在开发字型弹簧以及层叠弹簧应急弹簧的过程中所做的大量试验，提出了一套比较合理的试验与数据的处理方法，并对有关的试验数据进行了重点的分析，从而对开发橡胶弹性元件起到指导作用。
试验项目的设置型式试验型式试验包括静态试验以及疲劳试验，它属于一般产品的性能试验。一般而言，橡胶弹性元件均具有三向减振功能，故应对橡胶弹性元件进行垂向、横向以及纵向试验。橡胶弹性元件的垂向刚度影响车辆的垂向减振性能，而选择合适的横、纵向刚度则可以改善车辆的动力学性能以及减少车辆通过曲线时车轮对钢轨的王雄兵等？橡胶弹性元件的试验及数据分析？
年第期图数据处理方法冲击。同时，由于橡胶弹性元件类产品通常是在周期性应力状态下使用，橡胶材料的疲劳断裂性能以及金属与橡胶之间的扯断强度往往决定了这类产品的疲劳寿命。为了保证在使用时的安全性和可靠性，对该类产品进行疲劳试验就非常重要。
蠕变试验蠕变性能是橡胶材料的一项重要性能指标，材料抗蠕变性能的大小，直接影响橡胶制品尺寸的稳定性和耐久性。若产品的蠕变量过大将直接影响车辆的运行安全，因此，必须对橡胶弹性元件类产品进行蠕变试验。
选配试验对于字型人字弹簧，由于其静态试验与疲劳试验是成组两个一组试验，为了确保单个字型弹簧的性能进而确保整车的均衡性与安全性，还必须对其进行选配试验。
橡胶弹性元件的弹性性能随温度的变化而变化。
因此，在试验前必须将试验产品在恒温条件下摆放！ ，。同时，橡胶属于高分子材料，因此在任何一次试验之前，均必须对产品在一定载荷作用下进行次预压，以消除产品的内应力。
试验方法及数据分析静态试验垂向刚度试验试验方法该试验在微机控制电子试验机上完成。
首先对试件预压次，载荷为额定载荷的倍，加载速度为 00 1 023，每次加载的时间间隔为预压后正式试验，加载至额定载荷的倍，记录试验全过程的负荷变形曲线。
数据处理刚度是表征弹簧性能的重要参数，而弹性模量应力与应变的比值又是决定橡胶弹簧刚度的一个重要参数。试验表明，橡胶材料的弹性力具有非线性特性，因此，以它为主体材料的橡胶减振器的刚度曲线并不满足虎克定律，故用图所示的方法计算产品的垂向刚度值并不能准确的反映产品的性能。因此，我们采用图和图所示的方法，即在一定挠度的范围或一定载荷的范围内取其平均刚度。试验和计算表明这两种方法都是可行的，能够准确的反映产品的垂向性能。为了验证数据处理方法是否正确，我们对德国凤凰公司为上海地铁生产的字型弹簧进行了试验。试件的负荷变形曲线如图所示。原始数据表明，试件在时其静刚度为别为：在下其变形为下其载荷为下其载荷为所示的方法计算其静刚度，其值为图所示的方法，其值为图字型弹簧负荷变形曲线一般而言，对于字型弹簧我们采用的是图所示的方法，分别计算在不同载荷下的刚度值；而对于层叠弹簧采用图所示的方法，其中为固定值。若！‘ 00，则产品的垂向刚度合格。
通过分析与计算，我们发现采用图和图所示的方法其本质是一致的。因此，我们认为在橡胶减振器的垂向刚度试验中采用图所示的方法更利于数据的处理，因为要确定不同产品的值见图是比较困难的。
横、纵向刚度试验该试验在结构强度试验机上进行。首先对试验产品施加一定的垂向工作载荷一般为产品额定载荷的倍，并保持恒定。然后对产品施加横、纵向作用力，直至横、纵向位移达到规定的大值后卸载，同时加载速度不大于出如图所示的力位移的回归曲线。对横、纵向刚度的测定，我们分别取点对应的载荷值见图，取它们之和除以，，所得值即为给定垂向载荷值所对应的横向纵向刚度值。
图数据处理方法横、纵向数据分析由于橡胶特性的不稳定性，其静态刚度的偏差比较大，一般认为，刚度偏差为。，/是合理的见。如邓录普公司规定为。，/，日本为，/3/.但对字型弹簧，由于其选配试验要求精度较高，同一等级挠度的偏差仅为， ，故对字型弹簧的刚度偏差宜提出较高要求，在开发字型弹簧的过程中，我们发现垂向刚度偏差为。5/是可以实现的，而且这对于提高选配试验的成功率是至关重要的。
疲劳试验疲劳失效的判断准则橡胶材料疲劳曲线的特点为在其循环次数超过，次后，其曲线也并不成为水平线，故对橡胶件的疲劳试验并不要求试件直到疲劳破坏时才终止试验。而是当试验进行到一定的次数以后，即对试件进行检验，如满足要求，即认为寿命达到设计要求，因此应有相应的判断准则。
疲劳振动的次数与频率研究表明，当橡胶堆振动次相当于实际运行9，基本能验证出橡胶堆的垂向抗疲劳性能。同时，车辆在线路上运营时的频率约为 ：，因此，在疲劳试验时设定疲劳振动次数为次，频率为静刚度损失率橡胶材料的弹性模量在使用过程中会不断下降，往往在发生破坏前，其强度就已降到不足以承受额定载荷的程度。因此，必须在疲劳使用过程中对试件的刚度值进行测量，以掌握其失效程度。我们采用公式计算其静刚度损失率，其中为静刚度损失率，分别为疲劳使用前、后的静刚度值。理论上认为，对于橡胶堆，当其时，橡胶堆就已失效。
温升温升过高是橡胶材料发生疲劳破坏的重要因素，温升与载荷幅值、振动频率、胶料配方以及散热条件有关。研究资料表明，对于橡胶材料，当表面温升大于时，材料开始破坏。
试验过程该试验在微机控制电子试验机以及脉冲振动疲劳试验机上完成。在疲劳试验前应先测量试件的垂向静态刚度，然后对试件施加交变载荷正弦波，载荷均值为试件的额定工作载荷。在整个试验过程中，每隔测量试件表面的温升，试验结束后应再次测量试件的垂向静态刚度。
试验数据在开发字型弹簧的过程中，我们对两个字型弹簧进行了疲劳试验。在整个试验过程中，橡胶表面的高温升为1（ ，试件经过次疲劳试验后无裂纹，橡胶与金属无剥离等疲劳破坏现象，静刚度损失率大为表，疲劳试验前后静刚度的变化变化率选配试验如上所述，选配试验对于字型橡胶弹簧是至关重要的。其选配标准也非常严格见表，主要是为了控制整列车的均衡性，并提高列车的舒适性和安全性。
表字型橡胶弹簧的选配标准公差组试验方法选配试验在专用测试设备上进行，试验弹簧放置为模拟实际轴箱尺寸即安装垂直倾斜角为，，E。试验时先预加载次的交替载荷，使橡胶得以松弛；然后施加的预压力，消除橡胶初始变形的不稳定因素；后加载至8！ 9C，测定其工作点时的变形量，根据此变形量再进行分组。
数据分析在开发字型橡胶弹簧的过程中，我们对个通过静态性能试验的产品进行了选配试验，试验结果如电力机车与城轨车辆？
年第期拖车动车王雄兵等？橡胶弹性元件的试验及数据分析？
年第期图所示。试验结果表明，个产品即的产品的挠度值符合选配要求，而当静态垂向刚度控制在范围内时，仅有的产品满足选配要求。由此可见，将静态垂向刚度控制在是比较合理的。同时，在选配试验过程中我们发现选配试验台对产品的尺寸有较高的要求，若产品前后高差超过验结果有较大的偏差，甚至不能进行试验。
图字型橡胶弹簧的选配试验曲线蠕变试验蠕变是指在一定的温度下，当构件内的应力大于某一数值时，外力不增加而构件变形随时间缓慢增加的现象。目前，国内尚无橡胶蠕变及压缩蠕变试验方法的国家标准，关于试验的方法也鲜见报道，而蠕变性能是橡胶材料的一项重要性能指标，材料抗蠕变性能的大小，直接影响橡胶制品尺寸的稳定性和耐久性。因此，提出一种合理的橡胶蠕变性能的测试方法已成为当务之急。
试验方法蠕变试验是在四通道电液伺服试验机上进行。取试验机平台为基准面，测量减振器的高度。对橡胶弹性元件施加一定的额定载荷，然后测量其从无载状态开始到试验结束时的变形，其差值即为产品的蠕变量。不同的减振器其蠕变量有不同的要求，对于。
字型弹簧和层叠弹簧，要求其的垂向蠕变量不大于蠕变特性分析橡胶减振器的蠕变是不可避免的，但通过改进橡胶的配方达到改善橡胶减振器的抗蠕变性能是可以实现的。橡胶堆的蠕变量过大，会直接影响列车运营的安全性能。在开发。
字型弹簧和层叠弹簧的过程中，我们发现通过调整橡胶的补强体系，采用高结构的喷雾炭墨可以大大改善胶料的抗蠕变性能。图是调整了橡胶的补强体系后的蠕变性能曲线，其的蠕变量为（）！ ，未调整前其蠕变量为结论经过本课题的试验研究，已基本上解决了橡胶弹性元件在开发过程中所需要解决的试验和数据处理问题。以下几点建议对于开发其他产品有一定的借鉴作用：通过大量试验我们发现对于橡胶弹性元件，当其垂向静刚度满足设计要求时，其横、纵向刚度能够随之匹配。因此，我们认为对于橡胶弹性元件，其横、纵向刚度试验可以不做，在减少试验费用和时间的同时可以保证其静态性能。
对于橡胶弹性元件，通过对胶料配方等工艺方案的调整，其静态刚度控制在是完全可以实现的，这对于提高产品的质量至关重要。
在试验过程中，影响试件疲劳寿命的主要因素是试验的频率以及交变载荷的均值。因此，应该选择符合试件实际运营工况的频率与载荷，只有这样才能准确的反映试件的疲劳寿命。
国内目前对于橡胶弹性元件蠕变的试验研究比较少，大部分都集中在对胶料蠕变性能的试验研究，而事实上，橡胶产品和胶料的蠕变性能是不一样的，同时橡胶产品的蠕变性能又是影响其质量的关键因素，因此很有必要对橡胶产品进行蠕变性能试验。本文对于产品蠕变性能试验研究做了大胆的探索。
［］李玉瑛（高分子物理化学［0］（北京：化工工业出版社，11）（［！］丁汉哲（试验技术［0］（北京：机械工业出版社，1！（［］王强，等（橡胶隔震器蠕变特性研究［2］（噪声与振动控制，！，［］秦四成，等（振动压路机橡胶减振器动态性能试验研究［2］（工程机
