本發(fā)明屬于材料的環(huán)境適應(yīng)性評價領(lǐng)域，具體地說，涉及一種軌道車輛減震器用橡膠材料的環(huán)境適應(yīng)性評價方法。

背景技術(shù)：

橡膠材料在軌道車輛上得到大量的應(yīng)用，軌道車輛用橡膠材料具有密封、阻尼減震等功能，而減震器是保證軌道車輛穩(wěn)定運行和舒適性的重要器件。在我國北方高緯度高寒地區(qū)，減震器用橡膠材料的各項性能隨溫度變化非常顯著，對車輛系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性及乘客的舒適度提出了嚴峻的考驗。針對軌道車輛減震器用橡膠材料高寒地區(qū)適用性評估，這將為更好的發(fā)揮材料的性能，為軌道車輛減震器的安全長期使用提供堅實的保證，目前涉及軌道車輛減震器橡膠材料北方高寒地區(qū)適應(yīng)性能的方法尚未出現(xiàn)。

中國專利CN102589976A公開了一種基于橡膠常溫和高溫壓縮應(yīng)力松弛測試設(shè)備的壽命預(yù)測模型，所述的建立壽命預(yù)測模型方法首先將上述裝置采集得到的應(yīng)力松弛變化數(shù)據(jù)繪制成圖，得出應(yīng)力松弛情況與老化時間的關(guān)系以及速率常數(shù)與老化溫度之間的關(guān)系，其次利用逼近法和線性回歸方法以及MATLAB編程軟件得出上述方案中的各個系數(shù)，并根據(jù)相關(guān)方法判斷其線性回歸效果，最后在給定溫度和應(yīng)力松弛臨界值之后確定橡膠壽命預(yù)測值，但是該方法只能用來預(yù)測基于壓縮永久變形單一參數(shù)的壽命估算模型橡膠材料預(yù)測。

中國專利CN102601881A公開了一種橡膠硬度的在線質(zhì)量監(jiān)控和預(yù)測模型更新的方法，根據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集構(gòu)件硬度在線預(yù)測模型，并且計算報警限、警告限和選擇限，將流變參數(shù)新樣本輸入硬度在線預(yù)測模型中，自動輸出橡膠硬度值，根據(jù)流變參數(shù)新樣本X_new的Q統(tǒng)計量值與報警限、警告限和選擇限的關(guān)系，確定是否對硬度在線預(yù)測模型進行更新或質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)生報警，操作工人查看生產(chǎn)線的工況，然后進行相應(yīng)的工藝調(diào)整，使當(dāng)前工況恢復(fù)到正常狀況，但是本發(fā)明也僅能線質(zhì)量監(jiān)控，其預(yù)測模型無法解決壽命預(yù)測問題。

中國專利CN104568603A公開了一種橡膠密封件使用壽命的工況仿真預(yù)估方法。步驟是：試驗條件選取與試樣制備，性能參數(shù)測試與曲線繪制，仿真高溫加速測試與壽命預(yù)估；試驗條件選取與試樣制備時，確定試驗條件：測試參數(shù)、試樣規(guī)格、溫度取值、測試次數(shù)、取樣時間間隔；性能參數(shù)測試與曲線繪制時，通過系列溫度永久變形測試，制作永久變形主曲線，獲取加速系數(shù)；仿真高溫加速測試與壽命預(yù)估時，試樣置于密封結(jié)構(gòu)，選擇加速溫度和加速系數(shù)，經(jīng)高溫加速試驗確定高溫加速失效時間，按加速系數(shù)計算預(yù)估壽命。該發(fā)明僅能用來預(yù)測基于壓縮永久變形單一參數(shù)的橡膠密封件壽命的預(yù)測。

現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)的材料環(huán)境適應(yīng)性評價方法多以單一老化試驗為主，如紫外老化、氙燈老化、濕熱老化等，對材料的力學(xué)性能評價為主，對于材料應(yīng)用于器件的功能性能參數(shù)關(guān)注不足。

鑒于以上原因，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種軌道車輛減震器用橡膠材料的環(huán)境適應(yīng)性評價方法，該方法將溫度和濕度為環(huán)境主要考慮因素，將力學(xué)性能參數(shù)和與軌道減震器功能性指標(biāo)密切相關(guān)的動態(tài)力學(xué)性能參數(shù)作為考核參數(shù)，可以提升評價的有效性。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種軌道車輛減震器用橡膠材料的環(huán)境適應(yīng)性評價方法，所述的方法包括如下步驟：

步驟1：確定溫度：對使用軌道車輛減震器用橡膠材料所在地區(qū)的溫度進行分析，確定試驗溫度；

步驟2：設(shè)定試驗條件：根據(jù)步驟1確定的試驗溫度，設(shè)定典型溫度，根據(jù)典型溫度和橡膠材料使用地區(qū)的濕度，設(shè)定高低溫濕度交變試驗條件；

步驟3：性能測試：測試軌道車輛減震器用橡膠材料在步驟2設(shè)定的典型溫度下和經(jīng)高低溫濕度交變試驗前后的性能參數(shù)；

步驟4：試驗結(jié)果評價：根據(jù)步驟3測定的參數(shù)評價判斷軌道車輛減震器用橡膠材料的環(huán)境適應(yīng)性。

本發(fā)明軌道車輛減震器用橡膠材料的環(huán)境適應(yīng)性評價方法，采用統(tǒng)計軌道車輛減震器使用高寒地區(qū)的溫度信息，找出極限的溫度即橡膠材料使用地區(qū)的最低平均溫度和最高平均溫度，中間平均溫度等信息。選擇典型溫度和關(guān)注的溫度范圍，進行減震器用橡膠材料的常規(guī)力學(xué)性能或動態(tài)力學(xué)性能測試；并開展高低溫交變試驗，對高低溫溫度交變試驗前后的性能進行對比分析，依據(jù)減震器橡膠設(shè)計規(guī)范要求的常規(guī)力學(xué)性能參數(shù)和動態(tài)力學(xué)性能參數(shù)范圍，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T528-2009硫化橡膠或熱塑性橡膠和標(biāo)準(zhǔn)GJB981-1990粘彈阻尼材料強迫非共振型動態(tài)測試方法，分析軌道車輛減震器用橡膠材料的高寒地區(qū)環(huán)境適應(yīng)性。

進一步的，所述的步驟1為：對使用軌道車輛減震器用橡膠材料所在地區(qū)至少連續(xù)三年每年每月的平均溫度信息進行統(tǒng)計，計算出至少連續(xù)三年每月的平均溫度，從計算出的平均溫度中找出出現(xiàn)最低平均溫度、最高平均溫度和中間平均溫度所在的月份，這些月份所對應(yīng)的最低平均溫度、最高平均溫度和中間平均溫度即為試驗溫度。

本發(fā)明中選擇橡膠材料測試地區(qū)近幾年的具有最高平均溫度、最低平均溫度和中間平均溫度的月份為典型月份。

進一步的，步驟2中的典型溫度為分別在所述的最低平均溫度、最高平均溫度和中間平均溫度的基礎(chǔ)上增加或減少0-5℃所得到的溫度以及根據(jù)使用軌道車輛減震器用橡膠材料所在地區(qū)的溫度情況設(shè)定的極限使用低溫或高溫。

進一步的，步驟2中所述的高低溫濕度交變試驗分為3個循環(huán)試驗周期，每個試驗周期分3個階段，3個試驗階段時間總和為12個小時。3個循環(huán)試驗周期時間全部完成需要36個小時。

進一步的，每個階段下溫度和濕度的設(shè)定依據(jù)為該地區(qū)統(tǒng)計的典型溫度和濕度值，對應(yīng)每個的試驗階段時間依據(jù)使用地區(qū)在這些典型溫度和濕度值下的時間折算值。。

進一步的，步驟3中試驗樣品的尺寸為150mm×120mm×2mm。

進一步的，步驟3中所述的性能參數(shù)包括常規(guī)力學(xué)性能和/或動態(tài)力學(xué)性能參數(shù)。

進一步的，所述的常規(guī)力學(xué)性能參數(shù)包括拉伸強度和拉斷伸長率，動態(tài)力學(xué)性能參數(shù)包括損耗因子和儲能模量，本發(fā)明的動態(tài)力學(xué)性能參數(shù)測定采用1HZ、10HZ和100HZ三種不同頻率下測定，可以更精確的測定橡膠材料的環(huán)境適應(yīng)性。

進一步的，步驟4中的參數(shù)評價判斷為：根據(jù)隔振器的類型，確定拉伸強度、拉斷伸長率、損耗因子和儲能模量任一一個測試參數(shù)是否超過設(shè)計范圍來判定橡膠材料是否滿足環(huán)境適應(yīng)性要求。

本發(fā)明的橡膠材料的性能評價與隔振器的類型有關(guān)，對于不同類型的隔振器，要求不一樣，隔振器類型確定后，對所用橡膠材料的拉伸強度、拉斷伸長率和動態(tài)力學(xué)性能參數(shù)均有要求，這些要求是軌道車輛減震器設(shè)計者提出的對所用橡膠材料的要求。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

(1)本發(fā)明將材料環(huán)境適應(yīng)性評價與功能性設(shè)計參數(shù)相連，避免傳統(tǒng)評價方法單一問題；

(2)將高寒地區(qū)環(huán)境因素，轉(zhuǎn)化為最低平均溫度和最高平均溫度、高低溫濕度交變，設(shè)計試驗進行材料考核，全面表征了材料的性能；

(3)評價方法簡單易行，準(zhǔn)確有效判定減震器橡膠材料的環(huán)境適應(yīng)性；

(4)該方法可以擴展到評價其他減振降噪器件橡膠材料的環(huán)境適應(yīng)性，具有普適性。

附圖說明

圖1：本發(fā)明軌道車輛減震器用橡膠材料的環(huán)境適應(yīng)性評價方法流程框圖；

圖2：本發(fā)明實施例中軌道車輛減震器用橡膠材料各溫度點的損耗因子數(shù)據(jù)圖；

圖3：本發(fā)明實施例中軌道車輛減震器用橡膠材料各溫度點儲能模量數(shù)據(jù)圖。

具體實施方式

以下實施例中的實施方案可以進一步組合或者替換，且實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行描述，并非對本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計思想的前提下，本領(lǐng)域中專業(yè)技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變化和改進，均屬于本發(fā)明的保護范圍。

下面結(jié)合具體的實施案例，對本發(fā)明的軌道車輛減震器用橡膠材料的環(huán)境適應(yīng)性評價方法進行了詳細的說明。

本實施例為軌道車輛減震器用橡膠材料在漠河地區(qū)的環(huán)境適應(yīng)性的評價：

本發(fā)明軌道車輛減震器用橡膠材料的環(huán)境適應(yīng)性評價方法，見圖1所示，該方法具體步驟如下：

步驟1：確定溫度：對使用軌道車輛減震器用橡膠材料所在使用地區(qū)的溫度進行分析，確定試驗溫度；

具體為：對使用軌道車輛減震器用橡膠材料所在地區(qū)連續(xù)數(shù)年每月的平均溫度信息進行統(tǒng)計，計算出這數(shù)年每月的平均溫度，從計算出的平均溫度中找出出現(xiàn)最低平均溫度、最高平均溫度和中間平均溫度所在的月份，這些月份所對應(yīng)的最低平均溫度、最高平均溫度和中間平均溫度即為試驗溫度。

以使用軌道車輛減震器用橡膠材料的漠河地區(qū)為例，漠河地區(qū)2011-2013年連續(xù)三年1-12月份每月的平均大氣溫度統(tǒng)計如表1所示，計算出這三年每月的平均溫度，如表1所示：

表1漠河地區(qū)2011-2013年大氣溫度統(tǒng)計數(shù)據(jù)(℃)

由表1可以看出，2011年到2013年期間，漠河地區(qū)的環(huán)境溫度范圍為-26.2℃～21.1℃，從計算出的平均溫度中找出出現(xiàn)最低平均溫度、最高平均溫度和中間平均溫度所在的月份。由上表可以看出，最低平均溫度、最高平均溫度和中間平均溫度出現(xiàn)在1月、7月、4月這三個月中，則設(shè)定典型月份為1月、7月、4月，這些月份所對應(yīng)的最低平均溫度-24.0℃、最高平均溫度19.5℃和中間平均溫度0.9℃即為試驗溫度。步驟2：設(shè)定試驗條件：根據(jù)四個典型月份中最高平均溫度19.5℃、最低平均溫度-24.0℃和中間平均溫度0.9℃，分別在所述的最低平均溫度、最高平均溫度和中間平均溫度的基礎(chǔ)上增加或減少0-5℃所得到的溫度以及根據(jù)使用軌道車輛減震器用橡膠材料所在地區(qū)的溫度情況設(shè)定的極限使用低溫設(shè)定為環(huán)境適應(yīng)性典型溫度，以該漠河地區(qū)為例，設(shè)定典型溫度為-27℃、1℃、22℃和-55℃，這些溫度點覆蓋了高寒地區(qū)軌道車輛減震器的主要使用溫度區(qū)間和極限使用低溫，設(shè)定的低溫是根據(jù)軌道車輛減震器使用地區(qū)的極限使用溫度(低溫)來確定的，橡膠材料突出的特點是性能隨溫度變化明顯，而拉伸性能和動態(tài)力學(xué)性能是軌道車輛減震器用橡膠材料的關(guān)鍵性能指標(biāo)，決定了軌道車輛隔振器的減振性能和安全性能。若在這些溫度點測試軌道車輛減震器用橡膠材料的滿足設(shè)計要求，則可判定在這些恒定的溫度下軌道車輛減震器能夠安全使用。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T528-2009硫化橡膠或熱塑性橡膠和標(biāo)準(zhǔn)GJB981-1990粘彈阻尼材料強迫非共振型動態(tài)測試方法，分別測定橡膠材料在這四種溫度條件下的拉伸性能及阻尼性能，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)判斷橡膠材料的環(huán)境適應(yīng)性。

按照漠河地區(qū)典型溫度、濕度及相應(yīng)的時間，進行高低溫濕度交變試驗，設(shè)置交變溫度和濕度試驗方法，選定不同的高低溫濕度交變試驗的溫度、濕度和時間，試驗周期為3個循環(huán)周期，每個循環(huán)周期分為3個階段，3個階段的試驗條件如下：

1)-21℃、濕度64％條件下放置3h；

2)-8℃、濕度59％條件下放置4h；

3)12℃、濕度66％條件下放置5h。

本發(fā)明中的高低溫濕度交變試驗分為3個循環(huán)周期，每一個循環(huán)周期分為3個階段，這3個階段的總的試驗時間為12個小時，3個循環(huán)周期的時間為36小時。

本實施例中橡膠材料的性能測定所需要的樣品尺寸為150mm×120mm×2mm；

步驟3：性能測試：測定橡膠材料在典型溫度下的常規(guī)力學(xué)性能和動態(tài)力學(xué)性能參數(shù)，常規(guī)力學(xué)性能參數(shù)包括拉伸強度和拉斷伸長率，動態(tài)力學(xué)性能參數(shù)包括損耗因子和儲能模量；測定高低溫濕度交變試驗前后的拉伸強度和拉斷伸長率。

高低溫濕度交變試驗前軌道車輛減震器用橡膠材料在典型溫度的拉伸強度和拉斷伸長率數(shù)據(jù)如表2所示：

表2軌道車輛減震器用橡膠材料在典型溫度的拉伸強度和拉斷伸長率數(shù)據(jù)

軌道車輛減震器用橡膠材料各溫度點動態(tài)力學(xué)數(shù)據(jù)如圖2和圖3所示。

分別對橡膠材料的高低溫濕度交變試驗前和經(jīng)過高低溫濕度交變試驗三個周期后的拉伸強度和拉斷伸長率進行測試，高低溫濕度交變試驗前后軌道車輛減震器用橡膠材料拉伸強度和拉斷伸長率變化情況如表3所示：

表3高低溫濕度交變試驗前后拉伸強度和拉斷伸長率變化數(shù)據(jù)對比

注：原始拉伸強度和拉斷伸長率的測定溫度、濕度和時間見標(biāo)準(zhǔn)GB/T528-2009硫化橡膠或熱塑性橡膠。

步驟4：試驗結(jié)果評價：根據(jù)隔振器的類型，確定拉伸強度、拉斷伸長率、損耗因子和儲能模量，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T528-2009硫化橡膠或熱塑性橡膠和標(biāo)準(zhǔn)GJB981-1990粘彈阻尼材料強迫非共振型動態(tài)測試方法，典型溫度下的橡膠材料或者經(jīng)過高低溫濕度交變試驗后的橡膠材料的拉伸強度、拉斷伸長率、損耗因子和儲能模量任一一個測試參數(shù)是否超過設(shè)計范圍來判定材料是否滿足環(huán)境適應(yīng)性要求。

軌道車輛用橡膠材料的性能對于不同類型的隔振器要求不一樣，隔振器類型確定后，對所用橡膠材料的拉伸強度、拉斷伸長率和動態(tài)力學(xué)性能參數(shù)均有要求，對所述性能參數(shù)會確定一個設(shè)計范圍，這些設(shè)計范圍是軌道車輛減震器設(shè)計者提出的對所用橡膠材料的要求。

本發(fā)明提供的是軌道車輛減震器用橡膠材料高寒地區(qū)環(huán)境的適應(yīng)性，提供了一種判斷橡膠材料環(huán)境適應(yīng)性的方法，也就是說，原始橡膠材料或經(jīng)過高低溫濕度交變后的橡膠材料其拉伸強度、拉斷伸長率或動態(tài)力學(xué)性能參數(shù)任一測試參數(shù)超過設(shè)計范圍判定材料不滿足環(huán)境適應(yīng)性要求；同樣，不同典型溫度下的橡膠材料測試的拉伸強度、拉斷伸長率或動態(tài)力學(xué)性能參數(shù)任一測試參數(shù)超過設(shè)計范圍也判定材料不滿足環(huán)境適應(yīng)性要求。