橡胶弹性元件复合加载试验装置及方法与流程

1.本发明涉及一种橡胶弹性元件复合加载试验装置及方法，属于橡胶弹性元件加载试验技术领域。


背景技术：

2.橡胶弹性元件是由橡胶和金属件复合而成的弹性体，它具有柔性联接和缓冲振动冲击的作用，被广泛应用于柔性联接位置，起减振降噪的作用。橡胶弹性元件替代传统的滑动和滚动轴承，利用其多方向形变和弹性及橡胶的黏弹性，在汽车、火车等交通工具中主要起悬挂、传力、隔振、缓冲和定位的作用，可承受来自压缩、剪切、扭转及偏转等多向载荷的疲劳作用和瞬时冲击。橡胶球铰不会产生机械摩擦，无需润滑，噪音低，结构简单，无需维护，是目前国内外应用较为广泛的减震装置中的关键零件。目前对橡胶弹性元件进行复合疲劳加载都是双向或多向的，例如cn202110936654.5《对轨道车辆橡胶弹性元件进行组合加载试验的装置及方法》，cn202210022799.9《橡胶弹性元件的四向复合加载疲劳试验装置》，cn202210438192.9《一种弹性支撑关节的大吨位径轴向双向疲劳加载试验装置》，cn201610131919.3《球铰三向加载疲劳试验装置》。虽然类似于橡胶球铰的弹性元件已经实了径向扭转偏转的3向加载试验，但对橡胶弹簧、橡胶堆或橡胶垫等类似于平面结构的弹性元件来说，这种加载试验技术显然已无法满足试验的要求，很难准确地表征出平面结构橡胶弹性元件在复杂应力条下的疲劳性能，平面结构的弹性元件需要同时承受垂向+横向剪切+纵向剪切+扭转+偏转的多方向复合载荷，目前针对平面结构的弹性元件的多方向复合载荷试验工装的很少，主要的难点为在于多方向复合加载结构的设置、多方向复合承载需模拟弹性元件在应用工况下的承载状态、产品的安装状态需与实际应用安装状态一致。


技术实现要素：

3.本发明提供的橡胶弹性元件复合加载试验装置及方法，使产品在承载过程中始终处于垂向保压状态，与产品实际应用的安装状态一致，形成多向复合加载结构，对产品形成多向复合加载，模拟橡胶弹性元件在应用工况下的承载状态，准确地表征出平面结构橡胶弹性元件在复杂应力条下的疲劳性能。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：橡胶弹性元件复合加载试验装置，装在试验平台上，其特征在于：包括对产品进行垂向压缩的加载座、形成产品的横向剪切或扭转载荷的横向加载组件、形成产品的偏转载荷的垂向加载组件和形成产品的纵向剪切载荷的纵向加载组件，横向加载组件沿水平横向设置，纵向加载组件沿水平纵向设置，垂向加载组件沿垂向设置，产品置于加载座中，横向加载组件、纵向加载组件和垂向加载组件分别与加载座连接。
5.优选的，所述的加载座包括底座、装在底座上的垂向压缩组件和沿水平纵向贯穿底座的杠杆横梁，底座中设置呈双层分布的两个产品，杠杆横梁夹在两个产品之间，垂向压缩组件压在上层产品上，并将下层产品压在底座上，横向加载组件、垂向加载组件和纵向加
载组件分别与杠杆横梁端部铰接。
6.优选的，所述的垂向压缩组件包括压在上层产品上的压板、垂直固定在底座上且导向配合贯穿压板的导向柱、设置在压板正上方且与导向柱顶部固定的上平板和装在上平板与压板之间的垂向压缩油缸，压板随垂向压缩油缸的伸长而压缩产品。
7.优选的，导向柱的数量为多根且对称设置在垂向压缩油缸的两侧，底座上固定沿垂向设置的侧板，侧板设置在压板两侧，侧板上开有对压板的下压进行限位的条形限位孔，压板侧边伸入至条形限位孔中。
8.优选的，所述的杠杆横梁的两端分别装有复合承载组件，横向加载组件和垂向加载组件的数量均为两个，每个复合承载组件上连接一个横向加载组件和一个垂向加载组件，使横向加载组件和垂向加载组件均在底座左右两侧对称分布。
9.优选的，所述的复合承载组件包括与杠杆横梁配合的加载框、固定在加载框上且与横向加载组件连接的横向铰接座、固定在加载框上且与垂向加载组件连接的垂向铰接座。
10.优选的，所述的加载框由两块沿水平横向设置的横板和连接在两块横板端部的竖板组成，杠杆横梁的端部从两块横板之间伸出，横板上开有与杠杆横梁配合的凹槽，垂向铰接座固定在横板上，横向铰接座固定在竖板上。
11.优选的，所述的横向加载组件包括固定在试验平台上的横向反力座、沿水平横向设置且尾端与横向反力座铰接的横向油缸，横向油缸通过横向铰接座与杠杆横梁连接，垂向加载组件包括铰接在试验平台的龙门架上的垂向油缸、与垂直油缸自由端连接的载荷传感器，载荷传感器通过垂向铰接座与杠杆横梁连接。
12.优选的，所述的杠杆横梁的一端装有与纵向加载组件连接纵向铰接座，纵向加载组件包括固定在试验平台上的纵向反力座、沿纵向设置且尾端与纵向反力座铰接的纵向油缸，纵向油缸通过纵向铰接座与杠杆横梁连接。
13.橡胶弹性元件复合加载试验方法，采用以上所述的橡胶弹性元件复合加载试验装置，其特征在于，根据产品的应用工况，先启动加载座对产品进行垂向压缩，再在产品垂向保载的情况下启动横向加载组件、垂向加载组件和/或纵向加载组件带动加载座运动，形成产品的压缩、剪切、扭转和/或偏转的多向疲劳承载。
14.本发明的有益效果是：1.本发明的橡胶弹性元件复合加载试验装置，加载座对产品进行垂向压缩，使产品在承载过程中始终处于垂向保压状态，与产品实际应用的安装状态一致，横向加载组件、纵向加载组件和垂向加载组件分别与加载座连接，通过横向加载组件带动加载座在横向运动形成产品的横向剪切或扭转载荷，通过垂向加载组件带动加载座在垂向运动形成产品的偏转载荷，通过纵向加载座带动加载座在纵向运动形成产品的纵向剪切载荷，用加载座压紧产品并通过加载座的运动形成产品的载荷，形成多向复合加载结构，对产品形成多向复合加载，模拟橡胶弹性元件在应用工况下的承载状态，准确地表征出平面结构橡胶弹性元件在复杂应力条下的疲劳性能。
15.2.加载座中设置呈双层分布的两个产品，杠杆横梁夹在两个产品之间，垂向压缩组件将两个产品压紧，杠杆横梁的端部连接横向加载组件、垂向加载组件和纵向加组件，两个横向加载组件的同向加载带动杠杆横梁沿横向运动形成对产品的横向剪切载荷，两个横
向加载组件反向加载带动杠杆横梁在横向摆动形成对产品的扭转载荷，两个垂向加载组件反向加载带动杠杆横梁在垂向摆动形成对产品的偏转载荷，纵向加载组件加载带动杠杆横梁沿纵向运动形成对产品的纵向剪切载荷，用杠杆横梁传递载荷对两个产品同时形成多向复合加载，产品即作为试验件，又作为杠杆横梁的支撑件和运动配合件，使杠杆横梁可适应横向、垂向、纵向多个方向的运动，试验装置的结构的可靠性高，疲劳寿命长且维护方便。
附图说明
16.图1为橡胶弹性元件复合加载试验装置的示意图。
17.图2为图1的主视图。
18.图3为图1的俯视图。
19.图4为加载座的示意图。
20.图5为图4的主视图。
21.图6为图4的局部放大示意图。
具体实施方式
22.下面结合图1~6对本发明的实施例做详细说明。
23.橡胶弹性元件复合加载试验装置，装在试验平台上，其特征在于：包括对产品进行垂向压缩的加载座1、形成产品的横向剪切或扭转载荷的横向加载组件2、形成产品的偏转载荷的垂向加载组件3和形成产品的纵向剪切载荷的纵向加载组件4，横向加载组件2沿水平横向设置，纵向加载组件4沿水平纵向设置，垂向加载组件3沿垂向设置，产品置于加载座1中，横向加载组件2、纵向加载组件4和垂向加载组件3分别与加载座1连接。
24.以上所述的橡胶弹性元件复合加载试验装置，加载座1对产品进行垂向压缩，使产品在承载过程中始终处于垂向保压状态，与产品实际应用的安装状态一致，横向加载组件2、纵向加载组件4和垂向加载组件3分别与加载座1连接，通过横向加载组件2带动加载座1在横向运动形成产品的横向剪切或扭转载荷，通过垂向加载组件3带动加载座1在垂向运动形成产品的偏转载荷，通过纵向加载座4带动加载座1在纵向运动形成产品的纵向剪切载荷，用加载座1压紧产品并通过加载座1的运动形成产品的载荷，形成多向复合加载结构，对产品形成多向复合加载，模拟橡胶弹性元件在应用工况下的承载状态，准确地表征出平面结构橡胶弹性元件在复杂应力条下的疲劳性能。
25.其中，所述的加载座1包括底座5、装在底座5上的垂向压缩组件6和沿水平纵向贯穿底座的杠杆横梁7，底座5中设置呈双层分布的两个产品100，杠杆横梁7夹在两个产品100之间，垂向压缩组件6压在上层产品上，并将下层产品压在底座上，横向加载组件2、垂向加载组件3和纵向加载组件4分别与杠杆横梁7端部铰接。加载座1中设置呈双层分布的两个产品100，杠杆横梁7夹在两个产品之间，垂向压缩组件6将两个产品压紧，杠杆横梁7的端部连接横向加载组件2、垂向加载组件3和纵向加组件4，用杠杆横梁7传递载荷对两个产品100同时形成多向复合加载，产品100即作为试验件，又作为杠杆横梁7的支撑件和运动配合件，使杠杆横梁7可适应横向、垂向、纵向多个方向的运动，试验装置的结构的可靠性高，疲劳寿命长且维护方便。
26.其中，所述的垂向压缩组件6包括压在上层产品100上的压板61、垂直固定在底座5
上且导向配合贯穿压板的导向柱62、设置在压板61正上方且与导向柱62顶部固定的上平板63和装在上平板63与压板61之间的垂向压缩油缸64，压板61随垂向压缩油缸64的伸长而压缩产品。导向柱62对压板61的下压进行导向，压板61下压将两层的产品压缩，上层产品压紧杠杆横梁7，下层产品压紧底座5，杠杆横梁7被压紧在两个产品之间，横向加载组件2、垂向加载组件3和纵向加载组件4的带动杠杆横梁7运动就会使产品承受载荷形成变形，垂向压缩油缸64根据产品安装时的压缩预载对产品进行压缩，使产品在垂向保载的状态下多向承载，模拟产品的应用承载工况，提高试验可靠性。
27.其中，导向柱62的数量为多根且对称设置在垂向压缩油缸64的两侧，底座5上固定沿垂向设置的侧板51，侧板51设置在压板61两侧，侧板51上开有对压板61的下压进行限位的条形限位孔52，压板61侧边伸入至条形限位孔52中。侧板51设置在压板61的两侧，条形限位孔52对压板61的下压位移进行限位，当压板61侧边与条形限位孔62的底端相抵时压板61被限位不会再继续下压，防止产品被压伤，提高垂向加压保载的可靠性和安全性。
28.其中，所述的杠杆横梁7的两端分别装有复合承载组件8，横向加载组件2和垂向加载组件3的数量均为两个，每个复合承载组件8上连接一个横向加载组件2和一个垂向加载组件3，使横向加载组件2和垂向加载组件3均在底座5左右两侧对称分布。两个横向加载组件2的同向加载带动杠杆横梁7沿横向运动形成对产品的横向剪切载荷，两个横向加载组件2反向加载带动杠杆横梁7在横向摆动形成对产品的扭转载荷，两个垂向加载组件3反向加载带动杠杆横梁7在垂向摆动形成对产品的偏转载荷，杠杆横梁7作为传载件，通过杠杆横梁7的运动形成产品的载荷，使产品变形，以垂向压缩油缸压紧产品和杠杆横梁7的位置为支点，横向、纵向和垂向加载在杠杆横梁7上，用杠杆横梁7的运动带动产品形成剪切、扭转及偏转变形，意思就是通过杠杆横梁7的运动实现加载组件加载方向至产品承载方向的转换，从而实现产品横向剪切、纵向剪切、扭转、偏转，垂向压缩的多向复合承载。
29.其中，所述的复合承载组件8包括与杠杆横梁7配合的加载框81、固定在加载框81上且与横向加载组件2连接的横向铰接座82、固定在加载框81上且与垂向加载组件3连接的垂向铰接座83。横向铰接座82和垂向铰接座83均为可转动的铰接结构，横向铰接座82和垂向铰接座83可随杠杆横梁7的摆动而适应性转动，不影响载荷的传递，使加载框81随横向加载组件2和垂向加载组件2的加载而运动，以推动杠杆横梁7运动。
30.其中，所述的加载框81由两块沿水平横向设置的横板811和连接在两块横板811端部的竖板812组成，杠杆横梁7的端部从两块横板811之间伸出，横板811上开有与杠杆横梁7配合的凹槽813，垂向铰接座83固定在横板811上，横向铰接座82固定在竖板812上。从附图中可以看出凹槽813正好与杠杆横梁7配合，使横向铰接座82可推动杠杆横梁7同步运动，杠杆横梁7夹在两块横板811之间，使垂向铰接座83可推动杠杆横梁7同步运动，保证加载的可靠性。
31.其中，所述的横向加载组件2包括固定在试验平台上的横向反力座21、沿水平横向设置且尾端与横向反力座21铰接的横向油缸22，横向油缸22通过横向铰接座82与杠杆横梁7连接，垂向加载组件3包括铰接在试验平台的龙门架上的垂向油缸31、与垂直油缸31自由端连接的载荷传感器32，载荷传感器32通过垂向铰接座83与杠杆横梁7连接。横向油缸22一端与横向反力座21铰接，另一端与横向铰接座82铰接，使横向油缸22能随杠杆横梁7的摆动而摆动一定角度，垂向油缸31上端与龙门架铰接，载荷传感器32与垂向铰接座83连接，使垂
向油缸31随杠杆横梁7的摆动而摆动一定角度，杠杆横梁7的运动不受加载组件的限制及干涉，传载可靠性高。
32.其中，所述的杠杆横梁7的一端装有与纵向加载组件4连接纵向铰接座9，纵向加载组件4包括固定在试验平台上的纵向反力座41、沿纵向设置且尾端与纵向反力座41铰接的纵向油缸42，纵向油缸42通过纵向铰接座9与杠杆横梁7连接。纵向铰接座9也为可转动的铰接结构，可随杠杆横梁7的摆动而适应性转动一定角度，纵向油缸一端与纵向反力座41铰接，另一端与纵向铰接座9连接，使纵向油缸42随杠杆横梁7的摆动而摆动一定角度，杠杆横梁7的运动不受加载组件的限制及干涉，传载可靠性高。
33.橡胶弹性元件复合加载试验方法，采用以上所述的橡胶弹性元件复合加载试验装置，其特征在于，根据产品的应用工况，先启动加载座1对产品进行垂向压缩，再在产品垂向保载的情况下启动横向加载组件2、垂向加载组件3和/或纵向加载组件4带动加载座运动，形成产品的压缩、剪切、扭转和/或偏转的多向疲劳承载。
34.以上所述的试验方法，通过横向加载组件2带动加载座1在横向运动形成产品的横向剪切或扭转载荷，通过垂向加载组件3带动加载座1在垂向运动形成产品的偏转载荷，通过纵向加载座4带动加载座1在纵向运动形成产品的纵向剪切载荷，用加载座1压紧产品并通过加载座1的运动形成产品的载荷，形成多向复合加载结构，对产品形成多向复合加载，模拟橡胶弹性元件在应用工况下的承载状态，准确地表征出平面结构橡胶弹性元件在复杂应力条下的疲劳性能。
35.以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

技术特征：
1.橡胶弹性元件复合加载试验装置，装在试验平台上，其特征在于：包括对产品进行垂向压缩的加载座、形成产品的横向剪切或扭转载荷的横向加载组件、形成产品的偏转载荷的垂向加载组件和形成产品的纵向剪切载荷的纵向加载组件，横向加载组件沿水平横向设置，纵向加载组件沿水平纵向设置，垂向加载组件沿垂向设置，产品置于加载座中，横向加载组件、纵向加载组件和垂向加载组件分别与加载座连接。2.根据权利要求1所述的橡胶弹性元件复合加载试验装置，其特征在于：所述的加载座包括底座、装在底座上的垂向压缩组件和沿水平纵向贯穿底座的杠杆横梁，底座中设置呈双层分布的两个产品，杠杆横梁夹在两个产品之间，垂向压缩组件压在上层产品上，并将下层产品压在底座上，横向加载组件、垂向加载组件和纵向加载组件分别与杠杆横梁端部铰接。3.根据权利要求2所述的橡胶弹性元件复合加载试验装置，其特征在于：所述的垂向压缩组件包括压在上层产品上的压板、垂直固定在底座上且导向配合贯穿压板的导向柱、设置在压板正上方且与导向柱顶部固定的上平板和装在上平板与压板之间的垂向压缩油缸，压板随垂向压缩油缸的伸长而压缩产品。4.根据权利要求3所述的橡胶弹性元件复合加载试验装置，其特征在于：导向柱的数量为多根且对称设置在垂向压缩油缸的两侧，底座上固定沿垂向设置的侧板，侧板设置在压板两侧，侧板上开有对压板的下压进行限位的条形限位孔，压板侧边伸入至条形限位孔中。5.根据权利要求2所述的橡胶弹性元件复合加载试验装置，其特征在于：所述的杠杆横梁的两端分别装有复合承载组件，横向加载组件和垂向加载组件的数量均为两个，每个复合承载组件上连接一个横向加载组件和一个垂向加载组件，使横向加载组件和垂向加载组件均在底座左右两侧对称分布。6.根据权利要求5所述的橡胶弹性元件复合加载试验装置，其特征在于：所述的复合承载组件包括与杠杆横梁配合的加载框、固定在加载框上且与横向加载组件连接的横向铰接座、固定在加载框上且与垂向加载组件连接的垂向铰接座。7.根据权利要求6所述的橡胶弹性元件复合加载试验装置，其特征在于：所述的加载框由两块沿水平横向设置的横板和连接在两块横板端部的竖板组成，杠杆横梁的端部从两块横板之间伸出，横板上开有与杠杆横梁配合的凹槽，垂向铰接座固定在横板上，横向铰接座固定在竖板上。8.根据权利要求7所述的橡胶弹性元件复合加载试验装置，其特征在于：所述的横向加载组件包括固定在试验平台上的横向反力座、沿水平横向设置且尾端与横向反力座铰接的横向油缸，横向油缸通过横向铰接座与杠杆横梁连接，垂向加载组件包括铰接在试验平台的龙门架上的垂向油缸、与垂直油缸自由端连接的载荷传感器，载荷传感器通过垂向铰接座与杠杆横梁连接。9.根据权利要求2所述的橡胶弹性元件复合加载试验装置，其特征在于：所述的杠杆横梁的一端装有与纵向加载组件连接纵向铰接座，纵向加载组件包括固定在试验平台上的纵向反力座、沿纵向设置且尾端与纵向反力座铰接的纵向油缸，纵向油缸通过纵向铰接座与杠杆横梁连接。10.橡胶弹性元件复合加载试验方法，采用权利要求1至9任一项所述的橡胶弹性元件复合加载试验装置，其特征在于，根据产品的应用工况，先启动加载座对产品进行垂向压
缩，再在产品垂向保载的情况下启动横向加载组件、垂向加载组件和/或纵向加载组件带动加载座运动，形成产品的压缩、剪切、扭转和/或偏转的多向疲劳承载。

技术总结
橡胶弹性元件复合加载试验装置，装在试验平台上，其特征在于：包括对产品进行垂向压缩的加载座、形成产品的横向剪切或扭转载荷的横向加载组件、形成产品的偏转载荷的垂向加载组件和形成产品的纵向剪切载荷的纵向加载组件，横向加载组件沿水平横向设置，纵向加载组件沿水平纵向设置，垂向加载组件沿垂向设置，产品置于加载座中，横向加载组件、纵向加载组件和垂向加载组件分别与加载座连接。本发明使产品在承载过程中始终处于垂向保压状态，形成多向复合加载结构，对产品形成多向复合加载，模拟橡胶弹性元件在应用工况下的承载状态，准确地表征出平面结构橡胶弹性元件在复杂应力条下的疲劳性能。本发明还提供一种橡胶弹性元件复合加载试验方法。合加载试验方法。合加载试验方法。


技术研发人员：彭立群 林达文 王进 丁行武
受保护的技术使用者：株洲时代新材料科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/20