一种橡胶叠层弹簧综合性能试验台及其试验方法技术领域
本发明是属于车辆工程技术领域，特别涉及一种车辆用橡胶叠层弹簧的动力学性
能测试技术。
背景技术
随着轨道车辆运行速度的提高及舒适性要求的日渐严格，橡胶叠层弹簧加双圈钢
圆簧的一系悬挂具有良好的非线性刚度和垂向减震性能而得到了普遍的应用。橡胶叠层弹
簧在隔离高频振动方面效果显著，对车辆乘坐舒适性方面起着重要的作用。橡胶叠层弹簧
的刚度、阻尼特性受温度、载荷、幅值、频率等实际工况的影响，由于橡胶叠层弹簧的材料变
形、环境温度和载荷改变、橡胶不同疲劳周期等因素的影响，导致橡胶叠层弹簧对车辆动力
学性能的影响分析不准确，因此，需要一种能够综合考虑环境温度，疲劳周期，外部载荷等
因素对橡胶叠层弹簧的动力学特性的影响的试验方法及试验台架，以完善对橡胶叠层弹簧
对车辆动力学影响的分析。
动车组一系橡胶叠层弹簧的形状、体积较为特殊，致使橡胶弹簧的性能试验较为
困难。目前国内基本上没有橡胶叠层弹簧的综合性能试验台。
发明内容
本发明的目的是提供一种橡胶叠层弹簧的综合性能试验台及其试验方法，它能有
效地解决激扰幅值、载荷、疲劳周期、环境温度等橡胶叠层弹簧综合性能的试验问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种橡胶叠层弹簧综合性能试验
台，包括液压系统、门形基座的横梁中部设有与液压系统相连的垂向作动器，垂向作动器通
过垂向连接装置与承载顶盘相连，组成垂向激励加载装置；横向作动器与横向反力座固定
组成横向激励加载装置，固定底座呈“L”形结构内侧的竖向立面设有与外套圈连接的固定
板，固定底座呈“L”形结构的平面上设有呈上凹下凸形的底盘，外套圈的内径均布四个缺
口，承载顶盘的外径也均布四个缺口，它们两两对应形成工字形凹槽，该凹槽与工字形扣件
配合；中间间隔盘通过横向连接装置与横向作动器固定；固定底座的外围设有带空调外接
组成的保温箱。
所述固定底座的平面开有与底盘外径及其下方的凸台直径相同的盲孔，两两过盈
配合。
所述底盘平面上的凹型盲孔的直径与橡胶叠层弹簧的金属构件外径相同。
所述中间间隔盘的上、下两个表面均设有与橡胶叠层弹簧的金属构件内径相同的
凸台。
所述固定底盘、下橡胶叠层弹簧、中间间隔盘、上橡胶叠层弹簧、承载顶盘依次从
下到上叠放。
本发明的另一个目的是通过以下技术方案来实现的：一种橡胶叠层弹簧的综合性
能试验方法
A、横向加载试验：
横向加载试验前，先通过垂向作动器、垂向连接装置、承载顶盘施加符合实际工况
要求的垂向预压力，然后再通过横向作动器、横向连接装置、中间间隔盘施加不同幅值条件
下不同频率的位移激扰，以完成横向动静态性能测试；保存数据，数据处理分析时，单橡胶
叠层弹簧所受力值为横向作动器反馈力值除以2所得的结果，横向作动器反馈位移值不作
改变；
B、垂向加载试验：
垂向加载试验前，松开横向连接装置和中间间隔盘之间的螺栓连接，再通过垂向
作动器、垂向连接装置、承载顶盘施加符合实际工况要求的垂向预压力，在达到预定压力之
后的基础上，通过垂向作动器施加不同幅值条件下的不同频率的位移激扰，以完成垂向动
静态性能测试；保存数据，数据处理分析时，单橡胶叠层弹簧所受力值为垂向作动器反馈力
值乘2所得的结果，垂向作动器反馈位移值不作改变。
C、不同疲劳周期的橡胶叠层弹簧动力学性能测试：
试验前，将动应力应变片贴于橡胶叠层弹簧的橡胶外侧，先通过垂向加载装置施
加符合实际工况要求的垂向预压力，然后同时通过垂向、横向加载装置对橡胶叠层弹簧施
加特定力及特定频率的周期性激励，进行疲劳试验；在疲劳试验过程中，开启动应力数据采
集器，采集疲劳动应力数据；在完成目标疲劳周期以后，再分别进行垂向加载试验及横向加
载试验。
本发明的结构特点为：试验台由门形基座、固定底座及横向反力座组成，门形基座
设有垂向液压作动器的安装孔以安装与液压系统相连的垂向作动器，固定底座呈“L”形结
构，平面设有底盘安装孔，竖向立面设有随动定位装置安装点即固定板，横向反力座用于横
向激励加载装置的固定。
所述的随动定位装置具体构成为：内径带四个缺口的外套圈、四组工字形扣件和
外径带缺口的承载顶盘。垂向激励加载装置连接承载顶盘的缺口与外套圈的缺口共同组成
四组工字形凹槽，四组工字形扣件分别嵌入工字形凹槽中，用于试验台与垂向作动器的轴
线对中、垂向载荷施加过程中连接承载顶盘与固定外套圈的垂向相对位移的自动调节、上
橡胶叠层弹簧和承载顶盘的横向定位。当施加横向位移激励时，下橡胶叠层弹簧的横向位
移由中间间隔盘限制，上橡胶叠层弹簧的横向位移由随动定位装置的承载顶盘及外套圈组
合限制。
所述的垂向激励加载装置由作动器连接装置、承载顶盘组成。连接装置将承载顶
盘与垂向作动器相连，可实现垂向预加载荷及位移激励的施加。
所述横向激励加载装置由作动器连接装置、中间间隔盘组成。作动器施加的横向
位移激励通过连接装置、中间间隔盘再施加到已承受垂向预加载荷的上下橡胶叠层弹簧，
使橡胶叠层弹簧作横向剪切，实现橡胶叠层弹簧在横向激扰下的动态特性测试。
所述液压系统具体组成为：作动器的连接管路、油泵、分油器、油源及其冷却系统。
所述温度调节系统的具体构成是：外接空调压缩机、保温箱、冷却系统等。外接空
调压缩机通过管路与保温箱相连，将试验台置于保温箱中，可实现对不同环境温度的持续
调节且直接将，调节范围为-70至70摄氏度。
所述的动应力监测模块包括动态力应变片、连接导线、动应力数据采集器，可完成
橡胶叠层弹簧的动态应力测试及进一步分析橡胶老化的原因。
本发明的工作原理是：综合考虑了施加激励的幅值和频率、外部环境温度、垂向施
加载荷、在线运营时间及不同疲劳周期对橡胶叠层弹簧动力学性能及车辆舒适性的影响。
本试验台综合了横向和垂向的动态加载和静态加载，试验成本低，效率高，通过作动器调整
垂向预加载荷的大小模拟不同的车辆载重，能够使试验数据更加接近实际运营车辆的载荷
变化引起的动静态响应特性；控制不同的环境温度，可获得更贴近不同环境条件下的动静
态响应特性；也可通过控制不同疲劳周期及运动时间，更确切模拟车辆不同的服役周期和
行驶里程，监测橡胶叠层弹簧的动应力，使试验数据更确切、真实可靠。依靠自编计算程序
获得刚度、阻尼等动力学参数随载荷、温度、频率、幅值及疲劳周期等因素的变化规律，从而
完成高速动车组一系橡胶叠层弹簧的综合性能试验。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本试验台综合了垂向预加载荷、垂向位移、横向位移激励装置对橡胶叠层弹簧
进行动静态加载，目前国内尚无橡胶叠层弹簧的试验装置，且试验成本低，试验效率高；综
合考虑了不同激励幅值及频率、外部环境温度、垂向载荷、疲劳周期对一系橡胶叠层弹簧动
力学性能的影响。
2、采用外接空调加保温箱的模式调节温度，可模拟橡胶叠层弹簧不同的环境温
度，特别是对于高寒或高温环境下的动车组的一系橡胶叠层弹簧的动力学研究有重要意
义。
3、橡胶叠层弹簧厚度较薄，难以施加横向激励。本试验台利用两个橡胶叠层弹簧
的叠加，可通过中间间隔盘施加横向激励，使上下橡胶叠层弹簧横向剪切变形，实现横向加
载。
4、本试验台可实现高频条件下橡胶叠层弹簧的试验研究，最大频率可达40Hz，实
时输出橡胶叠层弹簧的动应力。故对高频条件下橡胶叠层弹簧的动力学研究尤为重要。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图
图2为本发明正视结构示意图
图3为本发明A-A剖面俯视结构示意图
图4为本发明局部立体结构示意图
图5为本发明局部结构剖视示意图
图6为本发明除去保温箱的立体结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
一种橡胶叠层弹簧综合性能试验台，包括液压系统、门形基座1的横梁中部设有与
液压系统相连的垂向作动器2，垂向作动器2通过垂向连接装置7与承载顶盘10相连，组成垂
向激励加载装置；横向作动器5与横向反力座6固定组成横向激励加载装置，固定底座16呈
“L”形结构内侧的竖向立面设有与外套圈11连接的固定板20，固定底座16呈“L”形结构的平
面上设有呈上凹下凸形的底盘15，外套圈11的内径均布四个缺口，承载顶盘10的外径也均
布四个缺口，它们两两对应形成工字形凹槽，该凹槽与工字形扣件9配合；中间间隔盘13通
过横向连接装置8与横向作动器5固定；固定底座16的外围设有带空调外接组成4的保温箱3
构成温度调节系统。
所述固定底座16的平面开有与底盘15外径及其下方的凸台直径相同的盲孔，两两
过盈配合。
所述底盘15平面上的凹型盲孔的直径与橡胶叠层弹簧的金属构件外径相同。
所述中间间隔盘13的上、下两个表面均设有与橡胶叠层弹簧的金属构件内径相同
的凸台。
所述底盘15、下橡胶叠层弹簧14、中间间隔盘13、上橡胶叠层弹簧12、承载顶盘11
依次从下到上叠放。
本发明的结构特点为：试验台由门形基座1、固定底座16及横向反力座6组成，门形
基座1设有垂向液压作动器2的安装孔以安装与液压系统相连的垂向作动器2，固定底座16
呈“L”形结构，平面设有底盘15安装盲孔，竖向立面设有随动定位装置安装点即固定板20，
横向反力座6用于横向激励加载装置的固定。
所述的随动定位装置具体构成为：内径带四个缺口的外套圈11、四组工字形扣件9
和外径带缺口的承载顶盘10。垂向激励加载装置连接承载顶盘10的缺口与外套圈11的缺口
共同组成四组工字形凹槽，四组工字形扣件9分别嵌入工字形凹槽中，用于试验台与垂向作
动器的轴线对中、垂向载荷施加过程中连接承载顶盘10与固定外套圈11的垂向相对位移的
自动调节、上橡胶叠层弹簧12和承载顶盘10的横向定位。当施加横向位移激励时，下橡胶叠
层弹簧14的横向位移由中间间隔盘13限制，上橡胶叠层弹簧12的横向位移由随动定位装置
的承载顶盘10及外套圈11组合限制。
所述的垂向激励加载装置由作动器连接装置7、承载顶盘10组成。连接装置7将承
载顶盘10与垂向作动器2相连，可实现垂向预加载荷及位移激励的施加。
所述横向激励加载装置由作动器连接装置8、中间间隔盘13组成。作动器施加的横
向位移激励通过连接装置8、中间间隔盘13再施加到已承受垂向预加载荷的上、下橡胶叠层
弹簧，使橡胶叠层弹簧作横向剪切，实现橡胶叠层弹簧在横向激扰下的动态特性测试。
所述液压系统具体组成为：作动器的连接管路、油泵、分油器、油源及其冷却系统。
所述温度调节系统的具体构成是：外接空调压缩机、保温、冷却系统等。外接空调
压缩机通过管路与保温箱相连，将试验台置于保温箱中，可实现对不同环境温度的持续调
节且直接将，调节范围为-70至70摄氏度。
所述的动应力监测模块包括动态力应变片17、连接导线18、动应力数据采集器19，
可完成橡胶叠层弹簧的动态应力测试及进一步分析橡胶老化的原因。
利用常规试验手段，本试验台可研究橡胶叠层弹簧施加激励的幅值和频率、外部
环境温度、垂向施加载荷、在线运营时间及不同疲劳周期对橡胶叠层弹簧动力学性能及车
辆舒适性的影响。
A、横向加载试验：
横向加载试验前，先通过垂向作动器2、垂向连接装置7、承载顶盘10施加符合实际
工况要求的垂向预压力，然后再通过横向作动器5、横向连接装置8、中间间隔盘13施加不同
幅值条件下不同频率的位移激扰，以完成横向动静态性能测试；保存数据，数据处理分析
时，单橡胶叠层弹簧所受力值为横向作动器反馈力值除以2所得的结果，横向作动器反馈位
移值不作改变；
B、垂向加载试验：
垂向加载试验前，松开横向连接装置8和中间间隔盘13之间的螺栓连接，再通过垂
向作动器2、垂向连接装置7、承载顶盘10施加符合实际工况要求的垂向预压力，在达到预定
压力之后的基础上，通过垂向作动器施加不同幅值条件下的不同频率的位移激扰，以完成
垂向动静态性能测试；保存数据，数据处理分析时，单橡胶叠层弹簧所受力值为垂向作动器
反馈力值乘2所得的结果，垂向作动器反馈位移值不作改变。
C、不同疲劳周期的橡胶叠层弹簧动力学性能测试：
试验前，将动应力应变片17贴于橡胶叠层弹簧的橡胶外侧，先通过垂向加载装置7
施加符合实际工况要求的垂向预压力，然后同时通过垂向、横向加载装置对橡胶叠层弹簧
施加特定力及特定频率的周期性激励，进行疲劳试验；在疲劳试验过程中，开启动应力数据
采集器，采集疲劳动应力数据；在完成目标疲劳周期以后，再分别进行垂向加载试验及横向
加载试验。
本试验台综合了横向和垂向的动态加载和静态加载，试验成本低，效率高，通过作
动器调整垂向预加载荷的大小模拟不同的车辆载重，能够使试验数据更加接近实际运营车
辆的载荷变化引起的叠层弹簧动静态响应特性；控制不同的环境温度，可获得更贴近不同
环境条件下的动静态响应特性；也可通过控制不同疲劳周期及运动时间，更确切模拟车辆
不同的服役周期和行驶里程，使试验数据更确切、真实可靠。依靠自编计算程序获得刚度、
阻尼等动力学参数随载荷、温度、频率、幅值、弹簧体积及疲劳周期等因素的变化规律，研究
橡胶叠层弹簧的静动态特性，为橡胶叠层弹簧的精确物理及数学模型的建立提供可靠对比
依据。