FIRESTONE橡胶空***簧在车辆悬架系统上的应用
以橡胶空***簧为弹性元件的悬架方式叫做空气悬架系统。目前国外***客车、轿车及牵引车上几乎都装有空气悬架系统，国内中***客车正在试制性使用或准备使用空气悬架系统。当车辆采用空气悬架系统后，可以实现车身高度的自动调节，使车身高度保持不变，橡胶空***簧的自然频率低，减振和隔音效果好，可以大大提高车辆行驶的平顺行，乘座的柔软性和舒适性，同时可有效保护车上自身的和运输的精密仪器和电器设备，减少维修次数和降低维修费用，延长车辆使用寿命，并大大降低车辆对路面的冲击，延长路面的使用寿命。随着国内空气悬架系统应用技术的成熟，以及***对客车质量等级评审新规定的执行，空***簧在车辆上的应用前景将越来越普遍和广阔。
2 FIRESTONE橡胶空***簧在举升设备上的应用
传统的举升设备采用的气缸或液压缸进行举升物体，所需安装空间大，制造困难，重量重，容易发生泄漏，维修不便。使用橡胶空***簧作为举升设备的举升元件后，克服举升设备的传统缺点，无需进行维护***，使用寿命长，操作更换方便。因此在举升设备上橡胶空***簧正逐渐取代气缸产品。
3 FIRESTONE橡胶空***簧在减振设备上应用
橡胶空***簧的高频隔振、隔音以及自振频率低的优点，能较好实现振动隔离，保证振动设备的底座和控制系统的安全稳定性。因此橡胶空***簧广泛应用于如振动筛的隔振，豪华车辆座椅的减振等设备上。
4 橡胶空***簧其它用途
用橡胶空***簧作为减振底座，可以有效保护精密设备在运输过程中免受损坏，如***及控制发射装置的运输。用橡胶空***簧作为支撑工具，利用其重量轻，操作方便的特点，便于对野外车辆和设备的维修等等。
前言
FIRESTONE空***簧是轨道车辆振动控制的关键部件之一，尤其对高频振动有很好的隔振消声能力。具有质量轻，内摩擦小，刚度和承载能力可调等优点[1]，因此，性能优于一般的隔振器。随着我国铁路的大面积提速，对车辆运行的稳定性和乘坐舒适性要求的提高，我国铁道车辆用空***簧的设计开发水平取得了巨大的突破，结构设计日趋***合理，种类也日益丰富，已广泛应用于铁路客车、地铁、轻轨和动车组上。
刚度是表征空***簧性能的重要参数，垂向静刚度反映了空***簧在静态条件下，承受垂向作用力的能力，在一定变形条件下垂向静刚度值越大，其承受垂向载荷越大。位移、载荷和内压是影响空***簧垂向静刚度的主要试验因素。研究表明，垂向静刚度随载荷和内压的增加而逐渐增大，随位移的增加而逐渐减小。
垂向静刚度测试的试验过程为：将空***簧安放到多通道协调试验机或专用火车空***簧试验机上，使其保持设计标准高度，充入压缩空气使之达到标准载荷，确认没有压力降低后，切断压缩空气的供、排气，由标准高度向下压缩到规***移为止，随后再回到设计标准高度，向上拉伸空***簧，拉伸到规***移为止，再压缩到设计标准高度。以10mm/min 的试验速度进行加载，如此一个载荷、内压、位移关系循环。记录载荷-位移曲线、内压-变形曲线。重复试验5 次，取后2 次试验结果的平均值。
空***簧垂向静刚度按公式（3）计算：
Kvs = (F+1-F_1)/2δ1…… (3)
式中：Kvs——空***簧的垂向静刚度，N/mm；
F+1——当空***簧压缩δ时的载荷，N；
F-1 ——当空***簧伸张δ时的载荷，N；
δ1 ——空***簧自标准高度的垂直位移（压缩、伸张），mm。
具体有两种试验方法，一种是在规***置上停止30s 后，再进行下一步试验的间歇式试验方法。另一种是连续试验方法，并没有在规***置上停留。研究表明，前者的试验刚度值显著低于后者。
刚度是表征空***簧性能的重要参数。静刚度反映空***簧在静态条件下，承受作用力的能力，在一定变形条件下静刚度值越大，其承受载荷越大。位移、载荷和内压是影响空***簧静刚度的主要试验因素[2]。因此，不同试验方法得到的静刚度的试验结果不同。目前国内空***簧产品性能试验的标准有GB/T13061-1991《汽车悬架用空***簧试验方法》和TB/T2841-2005《铁道车辆用空***簧试验方法》。本文通过参考和借鉴国内外空***簧产品的各种试验方法，总结了目前铁道车辆用空***簧静刚度的试验方法，并对各种试验方法对静刚度的影响进行了探讨。
将FIRESTONE空***簧安放在多通道协调试验机或专用火车空***簧试验机上，使它保持在设计标准高度状态，并充入压缩空气使之达到标准载荷或内压，断开气源，静置15 分钟以上，让气囊充分变形，并确认无明显压降后才能开始试验。在***大行程内缓慢地伸缩或横向位移五次，测量过程中气囊的***大外径，检查过程中气囊有无异常变形和漏气现象。
伸张试验的目的是确保空***簧在垂向拉压和横向偏置时是稳定的并且不会出现负刚度。所以为保证试验过程中温度的平稳性，减少温度变化对试验结果的影响，建议采用10mm/min 的试验速度。
3.2 垂向静刚度试验
图3 和图4 分别是某种规格的空***簧的载荷-位移曲线。试验结果表明，在其位置上保持30s 的结果为311.0N/mm，而加载和卸载过程连续的结果为365.4N/mm，前者明显小于后者。所以，在试验过程中一定注意试验方法的选取。
3.3 水平静刚度试验
水平静刚度试验是测定空***簧水平方向静态情况下的特性参数。试验方法是将空***簧安放到多通道协调试验机或专用火车空***簧试验机上，保持在中立位置（水平位移为零、设计标准高度状态），充入压缩空气使垂向载荷为标准载荷，确认没有压力降低后，切断压缩空气的供、排气，记录此时的空***簧载荷和内压。由中立位置向水平方向移至***大可能的位置，再回到中立位置，然后再向水平方向的另一侧位移至***大可能的位置，再回到中立位置。在位移过程中，每位移10mm 位置上停止30s 后，测定该位置的空***簧水平载荷。重复试验5 次，取后2 次试验结果的平均值。水平静刚度按公式（4）计算。
二 试验部分
2.1 膜式空***簧的结构
FIRESTONE膜式空***簧的结构是在盖板和底座之间放置一圆柱形橡胶气囊，通过气囊挠曲变形实现整体伸缩，因此，在其正常工作范围内，弹簧刚度变化要比囊式小，同时也可通过改变底座形状的方法，控制其有效面积变化率，以获得比较理想的弹性特性[2]。膜式空***簧有效面积的变化率也比囊式弹簧小，因此，膜式空***簧在辅助气室较小的情况下，也可得到较低的自振频率。根据橡胶气囊止口与接口的连接方式又可分为约束膜式和自由膜式。约束膜式空***簧密封一般用螺栓夹紧密封；自由膜式空***簧采用气囊内的压力自封。底座多为深拉钢板成型或轻质铸钢，并且表面镀铬处理，减小气囊与底座之间的摩擦。
2.2 试验环境
性能试验要求的标准温度为(5~35)℃。由于空***簧进行试验时，需充入一定压强的空气，室温变化气囊内压强会随着温度的变化而变化，为保证气囊内压强变化尽量不受温度变化的影响及产品试验性能的稳定，建议空***簧试验过程中环境温度应保持在标准温度为（23&plu***n;2）℃下进行。在不具备条件的实验室进行实验，应记录试验过程中环境温度的变化，以便了解气囊内温度变化对性能的影响。为保证橡胶气***能的稳定，产品试样应在硫化后经过24h 以上才能进行性能试验，产品试样试验前应在试验室标准温度为（23&plu***n;2）℃下停放16h 以上。
2.3 试验设备
FCS5110 多通道协调试验机（北京佛力公司）或专用火车空***簧试验机，空***簧坐在附加气室上。
三、结果与讨论
3.1 伸张试验
Khs=(F’+1 - F’-1)/2δ’ （4）
式中： Khs ——空***簧的水平静刚度，N/mm；
F’+1——当水平位移δ’时的空***簧水***力N；
F’_1——当水***向位移δ’时的空***簧水***力N；
δ’——自中立位置的水平位移（左、右），mm。
3.4 垂向动刚度试验
空***簧是在动态条件下使用的，所以必须检查其动态性能。垂向动刚度试验有简谐振动和受迫振动两种方法，下面介绍受迫振动方法。试验前按照垂向静刚度试验要求安装好，在空***簧的上面予以规定振幅，频率为0.5Hz～4.0 Hz 范围进行受迫振动。在各种振幅和频率下进行动态试验，观察试验曲线直到该状态曲线稳定重复性好，记录空***簧的载荷-位移曲线。
动刚度的计算方法主要有2 种：
（1）积分法。
Kd = (Fmax – Fmin)/(δmax –δmin)
式中：Kd——动刚度，N/mm；
Fmax——***大载荷，N；
Fmin——***小载荷，N；
δmax——***大位移，mm；
δmin——***小位移，mm。
（2）相关法。
Kd = Famp /δamp
式中：Kd——动刚度，N/cm；
Famp——规定振幅下的载荷幅值，N；
δamp——规定振幅，cm；
积分法包括了所有干扰数据，适用于非线性或干扰影响严重的情况。而相关法没有考虑干扰影响，只考虑基本频率，所以适用于干扰影响可以忽略或在高频、低振幅的情况下。
由图5 空***簧的动刚度曲线可见，载荷***大点与位移***大点并不重合，同理载荷***小点与位移***小点也不重合。根据积分法得到Kd =(9320 – 8260)/15 = 706.7 N/mm；根据相关法得到Kd =（9249 – 8325）/15 = 616 N/mm。
可见2 种方法的计算结果偏差超过10%。目前，国内软件的动刚度计算一般采用相关法。所以GB/T13061-1991《汽车悬架用空***簧试验方法》和TB/T2841-2005《铁道车辆用空***簧试验方法》都根据公式（5）计算动刚度：
KHd = (F”+1-F”-1)/2δ” （5）
式中：KHd——空***簧垂向动刚度，N/mm；
F”+1——当垂向峰值位移δ”时空***簧垂向载荷，N；
F”-1——当垂向谷值位移δ”时空***簧垂向载荷，N；
δ”——垂向振幅（拉、压位移），mm。
但是，由于空***簧为非线性减振器，必须考虑粘弹性对产品性能的影响，所以，建议采用积分法进行计算。
3.5 水平动刚度试验
按照水平静刚度试验要求安装好，将空***簧自中立位置作水平振幅10mm 的受迫振动。振动频率由0.5Hz 至1.5Hz 范围，在各种振幅和频率下进行动态试验，观察试验曲线直到该状态曲线稳定重复性好，记录空***簧的载荷-位移曲线。水平动刚度的计算方法可以参考上述垂向动刚度的计算方法。目前国内标准仍按公式（6）计算：
KHd= (F”+1-F”-1)/2δ” （6）
式中：KHd——空***簧水平动刚度，N/cm；
F”+1——当水平位移δ”时空***簧水***力、N；
F”-1——当向相反一侧位移δ”时空***簧的水***力，N；
δ”——自中立位置的水平位移（左、右各10mm），cm。
由于国内铁道车辆用空***簧的研制工作还处于初级阶段，对于动刚度还没有明确的技术要求。但是对于非线性减振器，动态性能完全不同于静态性能，并且能够更加真实的反映实际运行过程中的产品状况，所以，仅仅考察产品的静刚度是不够的，必须进行产品的动刚度性能研究。
四 结论
目前，国内空***簧的试验方法主要参考日本的JIS 标准，与国际上的试验方法还存在一定差距。所以，为了保证检测结果的准确性和一致性，必须对试验方法进行研究和分析。总之，随着我国轨道交通事业的不断发展，各主要干线的不断提速，空***簧的应用必将更加广泛，空***簧试验方法的研究必将更加深入细致。