本發(fā)明是屬于車輛工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種車輛用橡膠疊層彈簧的動力學(xué)性能測試技術(shù)。

背景技術(shù)：

隨著軌道車輛運(yùn)行速度的提高及舒適性要求的日漸嚴(yán)格，橡膠疊層彈簧加雙圈鋼圓簧的一系懸掛具有良好的非線性剛度和垂向減震性能而得到了普遍的應(yīng)用。橡膠疊層彈簧在隔離高頻振動方面效果顯著，對車輛乘坐舒適性方面起著重要的作用。橡膠疊層彈簧的剛度、阻尼特性受溫度、載荷、幅值、頻率等實(shí)際工況的影響，由于橡膠疊層彈簧的材料變形、環(huán)境溫度和載荷改變、橡膠不同疲勞周期等因素的影響，導(dǎo)致橡膠疊層彈簧對車輛動力學(xué)性能的影響分析不準(zhǔn)確，因此，需要一種能夠綜合考慮環(huán)境溫度，疲勞周期，外部載荷等因素對橡膠疊層彈簧的動力學(xué)特性的影響的試驗方法及試驗臺架，以完善對橡膠疊層彈簧對車輛動力學(xué)影響的分析。

動車組一系橡膠疊層彈簧的形狀、體積較為特殊，致使橡膠彈簧的性能試驗較為困難。目前國內(nèi)基本上沒有橡膠疊層彈簧的綜合性能試驗臺。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種橡膠疊層彈簧的綜合性能試驗臺及其試驗方法，它能有效地解決激擾幅值、載荷、疲勞周期、環(huán)境溫度等橡膠疊層彈簧綜合性能的試驗問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種橡膠疊層彈簧綜合性能試驗臺，包括液壓系統(tǒng)、門形基座的橫梁中部設(shè)有與液壓系統(tǒng)相連的垂向作動器，垂向作動器通過垂向連接裝置與承載頂盤相連，組成垂向激勵加載裝置；橫向作動器與橫向反力座固定組成橫向激勵加載裝置，固定底座呈“L”形結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的豎向立面設(shè)有與外套圈連接的固定板，固定底座呈“L”形結(jié)構(gòu)的平面上設(shè)有呈上凹下凸形的底盤，外套圈的內(nèi)徑均布四個缺口，承載頂盤的外徑也均布四個缺口，它們兩兩對應(yīng)形成工字形凹槽，該凹槽與工字形扣件配合；中間間隔盤通過橫向連接裝置與橫向作動器固定；固定底座的外圍設(shè)有帶空調(diào)外接組成的保溫箱。

所述固定底座的平面開有與底盤外徑及其下方的凸臺直徑相同的盲孔，兩兩過盈配合。

所述底盤平面上的凹型盲孔的直徑與橡膠疊層彈簧的金屬構(gòu)件外徑相同。

所述中間間隔盤的上、下兩個表面均設(shè)有與橡膠疊層彈簧的金屬構(gòu)件內(nèi)徑相同的凸臺。

所述固定底盤、下橡膠疊層彈簧、中間間隔盤、上橡膠疊層彈簧、承載頂盤依次從下到上疊放。

本發(fā)明的另一個目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種橡膠疊層彈簧的綜合性能試驗方法

A、橫向加載試驗：

橫向加載試驗前，先通過垂向作動器、垂向連接裝置、承載頂盤施加符合實(shí)際工況要求的垂向預(yù)壓力，然后再通過橫向作動器、橫向連接裝置、中間間隔盤施加不同幅值條件下不同頻率的位移激擾，以完成橫向動靜態(tài)性能測試；保存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理分析時，單橡膠疊層彈簧所受力值為橫向作動器反饋力值除以2所得的結(jié)果，橫向作動器反饋位移值不作改變；

B、垂向加載試驗：

垂向加載試驗前，松開橫向連接裝置和中間間隔盤之間的螺栓連接，再通過垂向作動器、垂向連接裝置、承載頂盤施加符合實(shí)際工況要求的垂向預(yù)壓力，在達(dá)到預(yù)定壓力之后的基礎(chǔ)上，通過垂向作動器施加不同幅值條件下的不同頻率的位移激擾，以完成垂向動靜態(tài)性能測試；保存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理分析時，單橡膠疊層彈簧所受力值為垂向作動器反饋力值乘2所得的結(jié)果，垂向作動器反饋位移值不作改變。

C、不同疲勞周期的橡膠疊層彈簧動力學(xué)性能測試：

試驗前，將動應(yīng)力應(yīng)變片貼于橡膠疊層彈簧的橡膠外側(cè)，先通過垂向加載裝置施加符合實(shí)際工況要求的垂向預(yù)壓力，然后同時通過垂向、橫向加載裝置對橡膠疊層彈簧施加特定力及特定頻率的周期性激勵，進(jìn)行疲勞試驗；在疲勞試驗過程中，開啟動應(yīng)力數(shù)據(jù)采集器，采集疲勞動應(yīng)力數(shù)據(jù)；在完成目標(biāo)疲勞周期以后，再分別進(jìn)行垂向加載試驗及橫向加載試驗。

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：試驗臺由門形基座、固定底座及橫向反力座組成，門形基座設(shè)有垂向液壓作動器的安裝孔以安裝與液壓系統(tǒng)相連的垂向作動器，固定底座呈“L”形結(jié)構(gòu)，平面設(shè)有底盤安裝孔，豎向立面設(shè)有隨動定位裝置安裝點(diǎn)即固定板，橫向反力座用于橫向激勵加載裝置的固定。

所述的隨動定位裝置具體構(gòu)成為：內(nèi)徑帶四個缺口的外套圈、四組工字形扣件和外徑帶缺口的承載頂盤。垂向激勵加載裝置連接承載頂盤的缺口與外套圈的缺口共同組成四組工字形凹槽，四組工字形扣件分別嵌入工字形凹槽中，用于試驗臺與垂向作動器的軸線對中、垂向載荷施加過程中連接承載頂盤與固定外套圈的垂向相對位移的自動調(diào)節(jié)、上橡膠疊層彈簧和承載頂盤的橫向定位。當(dāng)施加橫向位移激勵時，下橡膠疊層彈簧的橫向位移由中間間隔盤限制，上橡膠疊層彈簧的橫向位移由隨動定位裝置的承載頂盤及外套圈組合限制。

所述的垂向激勵加載裝置由作動器連接裝置、承載頂盤組成。連接裝置將承載頂盤與垂向作動器相連，可實(shí)現(xiàn)垂向預(yù)加載荷及位移激勵的施加。

所述橫向激勵加載裝置由作動器連接裝置、中間間隔盤組成。作動器施加的橫向位移激勵通過連接裝置、中間間隔盤再施加到已承受垂向預(yù)加載荷的上下橡膠疊層彈簧，使橡膠疊層彈簧作橫向剪切，實(shí)現(xiàn)橡膠疊層彈簧在橫向激擾下的動態(tài)特性測試。

所述液壓系統(tǒng)具體組成為：作動器的連接管路、油泵、分油器、油源及其冷卻系統(tǒng)。

所述溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的具體構(gòu)成是：外接空調(diào)壓縮機(jī)、保溫箱、冷卻系統(tǒng)等。外接空調(diào)壓縮機(jī)通過管路與保溫箱相連，將試驗臺置于保溫箱中，可實(shí)現(xiàn)對不同環(huán)境溫度的持續(xù)調(diào)節(jié)且直接將，調(diào)節(jié)范圍為-70至70攝氏度。

所述的動應(yīng)力監(jiān)測模塊包括動態(tài)力應(yīng)變片、連接導(dǎo)線、動應(yīng)力數(shù)據(jù)采集器，可完成橡膠疊層彈簧的動態(tài)應(yīng)力測試及進(jìn)一步分析橡膠老化的原因。

本發(fā)明的工作原理是：綜合考慮了施加激勵的幅值和頻率、外部環(huán)境溫度、垂向施加載荷、在線運(yùn)營時間及不同疲勞周期對橡膠疊層彈簧動力學(xué)性能及車輛舒適性的影響。本試驗臺綜合了橫向和垂向的動態(tài)加載和靜態(tài)加載，試驗成本低，效率高，通過作動器調(diào)整垂向預(yù)加載荷的大小模擬不同的車輛載重，能夠使試驗數(shù)據(jù)更加接近實(shí)際運(yùn)營車輛的載荷變化引起的動靜態(tài)響應(yīng)特性；控制不同的環(huán)境溫度，可獲得更貼近不同環(huán)境條件下的動靜態(tài)響應(yīng)特性；也可通過控制不同疲勞周期及運(yùn)動時間，更確切模擬車輛不同的服役周期和行駛里程，監(jiān)測橡膠疊層彈簧的動應(yīng)力，使試驗數(shù)據(jù)更確切、真實(shí)可靠。依靠自編計算程序獲得剛度、阻尼等動力學(xué)參數(shù)隨載荷、溫度、頻率、幅值及疲勞周期等因素的變化規(guī)律，從而完成高速動車組一系橡膠疊層彈簧的綜合性能試驗。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本試驗臺綜合了垂向預(yù)加載荷、垂向位移、橫向位移激勵裝置對橡膠疊層彈簧進(jìn)行動靜態(tài)加載，目前國內(nèi)尚無橡膠疊層彈簧的試驗裝置，且試驗成本低，試驗效率高；綜合考慮了不同激勵幅值及頻率、外部環(huán)境溫度、垂向載荷、疲勞周期對一系橡膠疊層彈簧動力學(xué)性能的影響。

2、采用外接空調(diào)加保溫箱的模式調(diào)節(jié)溫度，可模擬橡膠疊層彈簧不同的環(huán)境溫度，特別是對于高寒或高溫環(huán)境下的動車組的一系橡膠疊層彈簧的動力學(xué)研究有重要意義。

3、橡膠疊層彈簧厚度較薄，難以施加橫向激勵。本試驗臺利用兩個橡膠疊層彈簧的疊加，可通過中間間隔盤施加橫向激勵，使上下橡膠疊層彈簧橫向剪切變形，實(shí)現(xiàn)橫向加載。

4、本試驗臺可實(shí)現(xiàn)高頻條件下橡膠疊層彈簧的試驗研究，最大頻率可達(dá)40Hz，實(shí)時輸出橡膠疊層彈簧的動應(yīng)力。故對高頻條件下橡膠疊層彈簧的動力學(xué)研究尤為重要。

附圖說明

圖1為本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為本發(fā)明正視結(jié)構(gòu)示意圖

圖3為本發(fā)明A-A剖面俯視結(jié)構(gòu)示意圖

圖4為本發(fā)明局部立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖5為本發(fā)明局部結(jié)構(gòu)剖視示意圖

圖6為本發(fā)明除去保溫箱的立體結(jié)構(gòu)示意圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

一種橡膠疊層彈簧綜合性能試驗臺，包括液壓系統(tǒng)、門形基座1的橫梁中部設(shè)有與液壓系統(tǒng)相連的垂向作動器2，垂向作動器2通過垂向連接裝置7與承載頂盤10相連，組成垂向激勵加載裝置；橫向作動器5與橫向反力座6固定組成橫向激勵加載裝置，固定底座16呈“L”形結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的豎向立面設(shè)有與外套圈11連接的固定板20，固定底座16呈“L”形結(jié)構(gòu)的平面上設(shè)有呈上凹下凸形的底盤15，外套圈11的內(nèi)徑均布四個缺口，承載頂盤10的外徑也均布四個缺口，它們兩兩對應(yīng)形成工字形凹槽，該凹槽與工字形扣件9配合；中間間隔盤13通過橫向連接裝置8與橫向作動器5固定；固定底座16的外圍設(shè)有帶空調(diào)外接組成4的保溫箱3構(gòu)成溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

所述固定底座16的平面開有與底盤15外徑及其下方的凸臺直徑相同的盲孔，兩兩過盈配合。

所述底盤15平面上的凹型盲孔的直徑與橡膠疊層彈簧的金屬構(gòu)件外徑相同。

所述中間間隔盤13的上、下兩個表面均設(shè)有與橡膠疊層彈簧的金屬構(gòu)件內(nèi)徑相同的凸臺。

所述底盤15、下橡膠疊層彈簧14、中間間隔盤13、上橡膠疊層彈簧12、承載頂盤11依次從下到上疊放。

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：試驗臺由門形基座1、固定底座16及橫向反力座6組成，門形基座1設(shè)有垂向液壓作動器2的安裝孔以安裝與液壓系統(tǒng)相連的垂向作動器2，固定底座16呈“L”形結(jié)構(gòu)，平面設(shè)有底盤15安裝盲孔，豎向立面設(shè)有隨動定位裝置安裝點(diǎn)即固定板20，橫向反力座6用于橫向激勵加載裝置的固定。

所述的隨動定位裝置具體構(gòu)成為：內(nèi)徑帶四個缺口的外套圈11、四組工字形扣件9和外徑帶缺口的承載頂盤10。垂向激勵加載裝置連接承載頂盤10的缺口與外套圈11的缺口共同組成四組工字形凹槽，四組工字形扣件9分別嵌入工字形凹槽中，用于試驗臺與垂向作動器的軸線對中、垂向載荷施加過程中連接承載頂盤10與固定外套圈11的垂向相對位移的自動調(diào)節(jié)、上橡膠疊層彈簧12和承載頂盤10的橫向定位。當(dāng)施加橫向位移激勵時，下橡膠疊層彈簧14的橫向位移由中間間隔盤13限制，上橡膠疊層彈簧12的橫向位移由隨動定位裝置的承載頂盤10及外套圈11組合限制。

所述的垂向激勵加載裝置由作動器連接裝置7、承載頂盤10組成。連接裝置7將承載頂盤10與垂向作動器2相連，可實(shí)現(xiàn)垂向預(yù)加載荷及位移激勵的施加。

所述橫向激勵加載裝置由作動器連接裝置8、中間間隔盤13組成。作動器施加的橫向位移激勵通過連接裝置8、中間間隔盤13再施加到已承受垂向預(yù)加載荷的上、下橡膠疊層彈簧，使橡膠疊層彈簧作橫向剪切，實(shí)現(xiàn)橡膠疊層彈簧在橫向激擾下的動態(tài)特性測試。

所述液壓系統(tǒng)具體組成為：作動器的連接管路、油泵、分油器、油源及其冷卻系統(tǒng)。

所述溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的具體構(gòu)成是：外接空調(diào)壓縮機(jī)、保溫、冷卻系統(tǒng)等。外接空調(diào)壓縮機(jī)通過管路與保溫箱相連，將試驗臺置于保溫箱中，可實(shí)現(xiàn)對不同環(huán)境溫度的持續(xù)調(diào)節(jié)且直接將，調(diào)節(jié)范圍為-70至70攝氏度。

所述的動應(yīng)力監(jiān)測模塊包括動態(tài)力應(yīng)變片17、連接導(dǎo)線18、動應(yīng)力數(shù)據(jù)采集器19，可完成橡膠疊層彈簧的動態(tài)應(yīng)力測試及進(jìn)一步分析橡膠老化的原因。

利用常規(guī)試驗手段，本試驗臺可研究橡膠疊層彈簧施加激勵的幅值和頻率、外部環(huán)境溫度、垂向施加載荷、在線運(yùn)營時間及不同疲勞周期對橡膠疊層彈簧動力學(xué)性能及車輛舒適性的影響。

A、橫向加載試驗：

橫向加載試驗前，先通過垂向作動器2、垂向連接裝置7、承載頂盤10施加符合實(shí)際工況要求的垂向預(yù)壓力，然后再通過橫向作動器5、橫向連接裝置8、中間間隔盤13施加不同幅值條件下不同頻率的位移激擾，以完成橫向動靜態(tài)性能測試；保存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理分析時，單橡膠疊層彈簧所受力值為橫向作動器反饋力值除以2所得的結(jié)果，橫向作動器反饋位移值不作改變；

B、垂向加載試驗：

垂向加載試驗前，松開橫向連接裝置8和中間間隔盤13之間的螺栓連接，再通過垂向作動器2、垂向連接裝置7、承載頂盤10施加符合實(shí)際工況要求的垂向預(yù)壓力，在達(dá)到預(yù)定壓力之后的基礎(chǔ)上，通過垂向作動器施加不同幅值條件下的不同頻率的位移激擾，以完成垂向動靜態(tài)性能測試；保存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理分析時，單橡膠疊層彈簧所受力值為垂向作動器反饋力值乘2所得的結(jié)果，垂向作動器反饋位移值不作改變。

C、不同疲勞周期的橡膠疊層彈簧動力學(xué)性能測試：

試驗前，將動應(yīng)力應(yīng)變片17貼于橡膠疊層彈簧的橡膠外側(cè)，先通過垂向加載裝置7施加符合實(shí)際工況要求的垂向預(yù)壓力，然后同時通過垂向、橫向加載裝置對橡膠疊層彈簧施加特定力及特定頻率的周期性激勵，進(jìn)行疲勞試驗；在疲勞試驗過程中，開啟動應(yīng)力數(shù)據(jù)采集器，采集疲勞動應(yīng)力數(shù)據(jù)；在完成目標(biāo)疲勞周期以后，再分別進(jìn)行垂向加載試驗及橫向加載試驗。

本試驗臺綜合了橫向和垂向的動態(tài)加載和靜態(tài)加載，試驗成本低，效率高，通過作動器調(diào)整垂向預(yù)加載荷的大小模擬不同的車輛載重，能夠使試驗數(shù)據(jù)更加接近實(shí)際運(yùn)營車輛的載荷變化引起的疊層彈簧動靜態(tài)響應(yīng)特性；控制不同的環(huán)境溫度，可獲得更貼近不同環(huán)境條件下的動靜態(tài)響應(yīng)特性；也可通過控制不同疲勞周期及運(yùn)動時間，更確切模擬車輛不同的服役周期和行駛里程，使試驗數(shù)據(jù)更確切、真實(shí)可靠。依靠自編計算程序獲得剛度、阻尼等動力學(xué)參數(shù)隨載荷、溫度、頻率、幅值、彈簧體積及疲勞周期等因素的變化規(guī)律，研究橡膠疊層彈簧的靜動態(tài)特性，為橡膠疊層彈簧的精確物理及數(shù)學(xué)模型的建立提供可靠對比依據(jù)。