3.1 高速列车用橡胶减振器  

   随着高速铁路的快速进展，列车速度大幅度的提高，目前高速列车商业运营速度已从200 km/h提高到350km/h左右，以后将达到400 km/h以上。由于列车运行的高速化，运行中振动与噪音的不断增大，将导致车辆动态性能和乘坐舒服性严峻的恶化，加大了车辆的结构疲劳，并降低车辆的操纵稳固性和运行安全可靠性等。为了解决大功率、高速运行带来关键性技术问题，高速列车使用了大量各种橡胶-金属复合制件用于牵引、驱动、连接、支承等部位，起到减振降噪功能，还起到柔性支承机车装置自身的重量，即保持装置在外力作用下相对位置，减少刚性连接与支撑带来的疲劳损坏等功能。

3.1.1 橡胶减振器的减振原机理  

    橡胶是一种粘弹性材料。粘弹性材料具有专门的应力-应变特性，使它在受力时储存大量的能量，而在卸载时将其开释出来；由于时刻效应，卸载时的应力-应变曲线与加载曲线不重合，因而产生能量滞后缺失。这就使得橡胶材料即有高分子弹性大变形又具有较大的内阻尼特性，在发挥良好弹性作用的同时，又是专门好的阻尼材料，这是橡胶金属复合部件用于隔离振动和吸取冲击能量的原理。  

    橡胶的减振原理的力学模型可简化为单自由度线性阻尼-弹簧质量系统

[1]

，如图所示。

图  线性单自由度体系模型

[1]

假如系统质量为m、刚度为K

d

、系统阻尼系数为C；那么橡胶减振器构成的线性单自由度体系，当系统受Z

e

=Z

0

e

jwt

的简谐支撑激振时，其运动方程可表示为：

以图片代入上式可得：

同理能够得到系统减振传递率T为：

式中图片为外界激振力频率，图片为系统固有频率，图片为系统的阻尼比图片；

系统的固有频率为：图片rad/s，图片Hz；

系统临界阻尼：图片。

以图片为参数，振动传递率T与频率比图片的关系如图所示。

图  振动传递率与振动频率比的关系

从图中能够看出，仅当图片时，系统的减振传递率小于1，即系统进入减振区；当图片时，系统处于共振状态。在工程设计中，一样要求频率比设在2.5～5之间。在减振区域，随着阻尼比图片的减小，系统的减振成效越来越好；但阻尼比越小，系统共振时的共振放大率越大，这对危害车辆操纵稳固性，甚至由于共振变形过大导致车体结构灾难性破坏。因此，理想的减振器应该是使系统的固有频率低，并具有可变的阻尼特性，即在系统的共振区有较大的阻尼，使系统可不能产生显著的共振放大，而在减振区有较小的阻尼，使系统有良好的减振成效，提高系统的抗冲击能力和操作稳固性。

3.1.2  橡胶-金属复合减振器在高速机车应用的特性  

高速列车在运行过程中会受到来自轮轨间强烈的瞬时冲击载荷，不仅会引起列车车辆的疲劳破坏，也会导致高速列车产生的强烈的共振。为衰减这些运行中产生的冲击和振动，满足车辆各种动力学性能，例如平稳性指标、脱轨系数、轮重减载率、轮轨冲角等，在车轮对和车体构架间、转向架和车体之间以及其他各种关节间装有橡胶减振器。相关于采纳金属弹簧，橡胶减振器具有如下优点

[2]

：

〔1〕橡胶减振器的弹性范畴大：橡胶弹性模量要比金属小得多，其剪切弹性模量为0.5～3MPa(钢约....