CN106290126B - 一种轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法，包括如下步骤：对使用轨道车辆减震器用橡胶材料所在地区的温度进行分析，确定试验温度；根据确定的试验温度，设定典型温度，根据典型温度和橡胶材料使用地区的湿度，设定高低温湿度交变试验条件；测试轨道车辆减震器用橡胶材料在设定的典型温度下和经高低温湿度交变试验前后的性能参数；根据测定的参数评价判断橡胶材料的环境适应性，本发明将材料环境适应性评价与功能性设计参数相连，将高寒地区环境因素，转化为极限高低温和典型温度、高低温湿度交变，设计试验进行材料考核，全面表征了材料的性能；评价方法简单易行，准确有效判定减震器橡胶材料在特定地区的环境适应性。

Description

一种轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法
技术领域
本发明属于材料的环境适应性评价领域，具体地说，涉及一种轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法。
背景技术
橡胶材料在轨道车辆上得到大量的应用，轨道车辆用橡胶材料具有密封、阻尼减震等功能，而减震器是保证轨道车辆稳定运行和舒适性的重要器件。在我国北方高纬度高寒地区，减震器用橡胶材料的各项性能随温度变化非常显著，对车辆系统的稳定性和可靠性及乘客的舒适度提出了严峻的考验。针对轨道车辆减震器用橡胶材料高寒地区适用性评估，这将为更好的发挥材料的性能，为轨道车辆减震器的安全长期使用提供坚实的保证，目前涉及轨道车辆减震器橡胶材料北方高寒地区适应性能的方法尚未出现。
中国专利CN102589976A公开了一种基于橡胶常温和高温压缩应力松弛测试设备的寿命预测模型，所述的建立寿命预测模型方法首先将上述装置采集得到的应力松弛变化数据绘制成图，得出应力松弛情况与老化时间的关系以及速率常数与老化温度之间的关系，其次利用逼近法和线性回归方法以及MATLAB编程软件得出上述方案中的各个系数，并根据相关方法判断其线性回归效果，最后在给定温度和应力松弛临界值之后确定橡胶寿命预测值，但是该方法只能用来预测基于压缩永久变形单一参数的寿命估算模型橡胶材料预测。
中国专利CN102601881A公开了一种橡胶硬度的在线质量监控和预测模型更新的方法，根据训练数据集构件硬度在线预测模型，并且计算报警限、警告限和选择限，将流变参数新样本输入硬度在线预测模型中，自动输出橡胶硬度值，根据流变参数新样本Xnew的Q统计量值与报警限、警告限和选择限的关系，确定是否对硬度在线预测模型进行更新或质量监测系统发生报警，操作工人查看生产线的工况，然后进行相应的工艺调整，使当前工况恢复到正常状况，但是本发明也仅能线质量监控，其预测模型无法解决寿命预测问题。
中国专利CN104568603A公开了一种橡胶密封件使用寿命的工况仿真预估方法。步骤是：试验条件选取与试样制备，性能参数测试与曲线绘制，仿真高温加速测试与寿命预估；试验条件选取与试样制备时，确定试验条件：测试参数、试样规格、温度取值、测试次数、取样时间间隔；性能参数测试与曲线绘制时，通过系列温度永久变形测试，制作永久变形主曲线，获取加速系数；仿真高温加速测试与寿命预估时，试样置于密封结构，选择加速温度和加速系数，经高温加速试验确定高温加速失效时间，按加速系数计算预估寿命。该发明仅能用来预测基于压缩永久变形单一参数的橡胶密封件寿命的预测。
现有技术的传统的材料环境适应性评价方法多以单一老化试验为主，如紫外老化、氙灯老化、湿热老化等，对材料的力学性能评价为主，对于材料应用于器件的功能性能参数关注不足。
鉴于以上原因，特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供了一种轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法，该方法将温度和湿度为环境主要考虑因素，将力学性能参数和与轨道减震器功能性指标密切相关的动态力学性能参数作为考核参数，可以提升评价的有效性。
为了实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法，所述的方法包括如下步骤：
步骤1：确定温度：对使用轨道车辆减震器用橡胶材料所在地区的温度进行分析，确定试验温度；
步骤2：设定试验条件：根据步骤1确定的试验温度，设定典型温度，根据典型温度和橡胶材料使用地区的湿度，设定高低温湿度交变试验条件；
步骤3：性能测试：测试轨道车辆减震器用橡胶材料在步骤2设定的典型温度下和经高低温湿度交变试验前后的性能参数；
步骤4：试验结果评价：根据步骤3测定的参数评价判断轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性。
本发明轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法，采用统计轨道车辆减震器使用高寒地区的温度信息，找出极限的温度即橡胶材料使用地区的最低平均温度和最高平均温度，中间平均温度等信息。选择典型温度和关注的温度范围，进行减震器用橡胶材料的常规力学性能或动态力学性能测试；并开展高低温交变试验，对高低温温度交变试验前后的性能进行对比分析，依据减震器橡胶设计规范要求的常规力学性能参数和动态力学性能参数范围，依据标准GB/T528-2009硫化橡胶或热塑性橡胶和标准GJB981-1990粘弹阻尼材料强迫非共振型动态测试方法，分析轨道车辆减震器用橡胶材料的高寒地区环境适应性。
进一步的，所述的步骤1为：对使用轨道车辆减震器用橡胶材料所在地区至少连续三年每年每月的平均温度信息进行统计，计算出至少连续三年每月的平均温度，从计算出的平均温度中找出出现最低平均温度、最高平均温度和中间平均温度所在的月份，这些月份所对应的最低平均温度、最高平均温度和中间平均温度即为试验温度。
本发明中选择橡胶材料测试地区近几年的具有最高平均温度、最低平均温度和中间平均温度的月份为典型月份。
进一步的，步骤2中的典型温度为分别在所述的最低平均温度、最高平均温度和中间平均温度的基础上增加或减少0-5℃所得到的温度以及根据使用轨道车辆减震器用橡胶材料所在地区的温度情况设定的极限使用低温或高温。
进一步的，步骤2中所述的高低温湿度交变试验分为3个循环试验周期，每个试验周期分3个阶段，3个试验阶段时间总和为12个小时。3个循环试验周期时间全部完成需要36个小时。
进一步的，每个阶段下温度和湿度的设定依据为该地区统计的典型温度和湿度值，对应每个的试验阶段时间依据使用地区在这些典型温度和湿度值下的时间折算值。。
进一步的，步骤3中试验样品的尺寸为150mm×120mm×2mm。
进一步的，步骤3中所述的性能参数包括常规力学性能和/或动态力学性能参数。
进一步的，所述的常规力学性能参数包括拉伸强度和拉断伸长率，动态力学性能参数包括损耗因子和储能模量，本发明的动态力学性能参数测定采用1HZ、10HZ和100HZ三种不同频率下测定，可以更精确的测定橡胶材料的环境适应性。
进一步的，步骤4中的参数评价判断为：根据隔振器的类型，确定拉伸强度、拉断伸长率、损耗因子和储能模量任一一个测试参数是否超过设计范围来判定橡胶材料是否满足环境适应性要求。
本发明的橡胶材料的性能评价与隔振器的类型有关，对于不同类型的隔振器，要求不一样，隔振器类型确定后，对所用橡胶材料的拉伸强度、拉断伸长率和动态力学性能参数均有要求，这些要求是轨道车辆减震器设计者提出的对所用橡胶材料的要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明将材料环境适应性评价与功能性设计参数相连，避免传统评价方法单一问题；
(2)将高寒地区环境因素，转化为最低平均温度和最高平均温度、高低温湿度交变，设计试验进行材料考核，全面表征了材料的性能；
(3)评价方法简单易行，准确有效判定减震器橡胶材料的环境适应性；
(4)该方法可以扩展到评价其他减振降噪器件橡胶材料的环境适应性，具有普适性。
附图说明
图1：本发明轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法流程框图；
图2：本发明实施例中轨道车辆减震器用橡胶材料各温度点的损耗因子数据图；
图3：本发明实施例中轨道车辆减震器用橡胶材料各温度点储能模量数据图。
具体实施方式
以下实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。
下面结合具体的实施案例，对本发明的轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法进行了详细的说明。
本实施例为轨道车辆减震器用橡胶材料在漠河地区的环境适应性的评价：
本发明轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法，见图1所示，该方法具体步骤如下：
步骤1：确定温度：对使用轨道车辆减震器用橡胶材料所在使用地区的温度进行分析，确定试验温度；
具体为：对使用轨道车辆减震器用橡胶材料所在地区连续数年每月的平均温度信息进行统计，计算出这数年每月的平均温度，从计算出的平均温度中找出出现最低平均温度、最高平均温度和中间平均温度所在的月份，这些月份所对应的最低平均温度、最高平均温度和中间平均温度即为试验温度。
以使用轨道车辆减震器用橡胶材料的漠河地区为例，漠河地区2011-2013年连续三年1-12月份每月的平均大气温度统计如表1所示，计算出这三年每月的平均温度，如表1所示：
表1漠河地区2011-2013年大气温度统计数据(℃)
由表1可以看出，2011年到2013年期间，漠河地区的环境温度范围为-26.2℃～21.1℃，从计算出的平均温度中找出出现最低平均温度、最高平均温度和中间平均温度所在的月份。由上表可以看出，最低平均温度、最高平均温度和中间平均温度出现在1月、7月、4月这三个月中，则设定典型月份为1月、7月、4月，这些月份所对应的最低平均温度-24.0℃、最高平均温度19.5℃和中间平均温度0.9℃即为试验温度。步骤2：设定试验条件：根据四个典型月份中最高平均温度19.5℃、最低平均温度-24.0℃和中间平均温度0.9℃，分别在所述的最低平均温度、最高平均温度和中间平均温度的基础上增加或减少0-5℃所得到的温度以及根据使用轨道车辆减震器用橡胶材料所在地区的温度情况设定的极限使用低温设定为环境适应性典型温度，以该漠河地区为例，设定典型温度为-27℃、1℃、22℃和-55℃，这些温度点覆盖了高寒地区轨道车辆减震器的主要使用温度区间和极限使用低温，设定的低温是根据轨道车辆减震器使用地区的极限使用温度(低温)来确定的，橡胶材料突出的特点是性能随温度变化明显，而拉伸性能和动态力学性能是轨道车辆减震器用橡胶材料的关键性能指标，决定了轨道车辆隔振器的减振性能和安全性能。若在这些温度点测试轨道车辆减震器用橡胶材料的满足设计要求，则可判定在这些恒定的温度下轨道车辆减震器能够安全使用。依据标准GB/T528-2009硫化橡胶或热塑性橡胶和标准GJB981-1990粘弹阻尼材料强迫非共振型动态测试方法，分别测定橡胶材料在这四种温度条件下的拉伸性能及阻尼性能，根据标准判断橡胶材料的环境适应性。
按照漠河地区典型温度、湿度及相应的时间，进行高低温湿度交变试验，设置交变温度和湿度试验方法，选定不同的高低温湿度交变试验的温度、湿度和时间，试验周期为3个循环周期，每个循环周期分为3个阶段，3个阶段的试验条件如下：
1)-21℃、湿度64％条件下放置3h；
2)-8℃、湿度59％条件下放置4h；
3)12℃、湿度66％条件下放置5h。
本发明中的高低温湿度交变试验分为3个循环周期，每一个循环周期分为3个阶段，这3个阶段的总的试验时间为12个小时，3个循环周期的时间为36小时。
本实施例中橡胶材料的性能测定所需要的样品尺寸为150mm×120mm×2mm；
步骤3：性能测试：测定橡胶材料在典型温度下的常规力学性能和动态力学性能参数，常规力学性能参数包括拉伸强度和拉断伸长率，动态力学性能参数包括损耗因子和储能模量；测定高低温湿度交变试验前后的拉伸强度和拉断伸长率。
高低温湿度交变试验前轨道车辆减震器用橡胶材料在典型温度的拉伸强度和拉断伸长率数据如表2所示：
表2轨道车辆减震器用橡胶材料在典型温度的拉伸强度和拉断伸长率数据
轨道车辆减震器用橡胶材料各温度点动态力学数据如图2和图3所示。
分别对橡胶材料的高低温湿度交变试验前和经过高低温湿度交变试验三个周期后的拉伸强度和拉断伸长率进行测试，高低温湿度交变试验前后轨道车辆减震器用橡胶材料拉伸强度和拉断伸长率变化情况如表3所示：
表3高低温湿度交变试验前后拉伸强度和拉断伸长率变化数据对比
注：原始拉伸强度和拉断伸长率的测定温度、湿度和时间见标准GB/T528-2009硫化橡胶或热塑性橡胶。
步骤4：试验结果评价：根据隔振器的类型，确定拉伸强度、拉断伸长率、损耗因子和储能模量，根据标准GB/T528-2009硫化橡胶或热塑性橡胶和标准GJB981-1990粘弹阻尼材料强迫非共振型动态测试方法，典型温度下的橡胶材料或者经过高低温湿度交变试验后的橡胶材料的拉伸强度、拉断伸长率、损耗因子和储能模量任一一个测试参数是否超过设计范围来判定材料是否满足环境适应性要求。
轨道车辆用橡胶材料的性能对于不同类型的隔振器要求不一样，隔振器类型确定后，对所用橡胶材料的拉伸强度、拉断伸长率和动态力学性能参数均有要求，对所述性能参数会确定一个设计范围，这些设计范围是轨道车辆减震器设计者提出的对所用橡胶材料的要求。
本发明提供的是轨道车辆减震器用橡胶材料高寒地区环境的适应性，提供了一种判断橡胶材料环境适应性的方法，也就是说，原始橡胶材料或经过高低温湿度交变后的橡胶材料其拉伸强度、拉断伸长率或动态力学性能参数任一测试参数超过设计范围判定材料不满足环境适应性要求；同样，不同典型温度下的橡胶材料测试的拉伸强度、拉断伸长率或动态力学性能参数任一测试参数超过设计范围也判定材料不满足环境适应性要求。

Claims (9)

1.一种轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
步骤1：确定温度：对使用轨道车辆减震器用橡胶材料所在地区，至少连续三年每年对每月的平均温度信息进行统计，计算出至少连续三年每月的平均温度，从计算出的平均温度中找出出现最低的平均温度、最高平均温度和中间平均温度所在的月份，这些月份所对应的最低平均温度、最高平均温度和中间平均温度为试验温度；
步骤2：设定试验条件：根据步骤1确定的试验温度，设定典型温度，根据典型温度和橡胶材料使用地区的湿度，设定高低温湿度交变试验条件；
步骤3：性能测试：测试轨道车辆减震器用橡胶材料在步骤2设定的典型温度下和经高低温湿度交变试验前后的性能参数；
步骤4：试验结果评价：根据步骤3测定的参数评价判断轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法，其特征在于，步骤2中的典型温度为分别在所述的最低平均温度、最高平均温度和中间平均温度的基础上增加或减少0-5℃所得到的温度以及根据使用轨道车辆减震器用橡胶材料所在地区的温度情况设定的极限试验低温或高温。
3.根据权利要求2所述的轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法，其特征在于，步骤2中所述的高低温湿度交变试验分为3个循环试验周期，每个试验周期分3个阶段，3个阶段的试验时间总和为12小时。
4.根据权利要2或3所述的轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法，其特征在于，步骤2中的每个阶段下温度和湿度的设定依据为使用地区统计的典型温度和湿度值，对应的每个试验阶段的时间依据使用地区在这些典型温度和湿度值下的时间折算值。
5.根据权利要求4所述的轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法，其特征在于，步骤3中所述的经高低温湿度交变试验是指将轨道车辆减震器用橡胶材料依次开展3个循环试验周期，每个试验周期分3个阶段的高低温湿度交变试验。
6.根据权利要求1所述的轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法，其特征在于，步骤3中橡胶材料试验样品的尺寸为150mm×120mm×2mm。
7.根据权利要求1所述的轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法，其特征在于，步骤3中所述的性能参数包括常规力学性能和/或动态力学性能参数。
8.根据权利要求7所述的轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法，其特征在于，所述的常规力学性能参数包括拉伸强度和拉断伸长率，动态力学性能参数包括损耗因子和储能模量。
9.根据权利要求1所述的轨道车辆减震器用橡胶材料的环境适应性评价方法，其特征在于，步骤4中的参数评价判断为：根据隔振器的类型，确定拉伸强度、拉断伸长率、损耗因子和储能模量任一一个测试参数是否超过设计范围来判定橡胶材料是否满足环境适应性要求。
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