1.5.7.2. Резиновые рессоры

Резина, как элемент рессорного подвешивания вагонов, привлекла к себе внимание в 60-х годах ХХ века во времена бурного развития резинотехнической промышленности. В то время только началось изучение свойств резины и ее возможностей для использования в качестве рессор. Были созданы различные конструкции ходовых частей, в которых резина использовалась в рессорном подвешивании. Однако многие особенности резины в дальнейшем привели к тому, что к настоящему времени осталась практически только одна разновидность этих рессор – сайлент-блоки. Они используются в центральной ступени подвешивания вагонов городского транспорта (трамваев и вагонов метрополитена).

Накопленный опыт использования резины в рессорном подвешивании мы обобщили и представили в классификационной таблице конструкционного проектирования (см. табл. 1. 13 и рис. 1.73).

Таблица 1. 13. Классификация резиновых рессор

№	Показатель классификации	В а р и а н т ы и с п о л н е н и я
1 2 3 4	Назначение рессор Конструкция Вид рабочей деформации Область применения	Рессоры (1) Вибро- и шумоизолирующие прокладки (2) Совмещенные с упругими элементами и гасителями колебаний (3) Автономные (4) Сжатие (5) Сдвиг (6) Сдвиг-сжатие (7) Кручение (8) Рессорное подвешивание вагонов (9) Другие системы вагонов (10) В других отраслях (11)
Исполнение
		Свойства резины как элемента рессорного подвешивания
		Положительные	Отрицательные
		1.Удельная энергоемкость на единицу веса в сложном напряженном состоянии в 5 раз больше, чем у стали; 2. Удельный вес примерно в 6 раз меньше стали; 3. Более полное использование объема, отведенного под элемент рессорного подвешивания; 4. Обладает свойствами высокочастотного гасителя колебаний.	1. При больших деформациях (более 30%) статическая характеристика нелинейная; 2. Резина несжимаема, как вода; она сохраняет постоянство объема; 3. Жесткость резины зависит от скорости приложения нагрузки и температуры (в случае медленного нагружения внутреннее трение пренебрежительно мало); 4. Физические свойства резины изменяются со временем (эффект релаксации).

Рис. 1.73. Схематические изображения классификационных признаков табл.1.13.

В полном объеме рассматривать резиновую рессору, как амортизатор 1, можно только при частотах колебаний более 100 Гц. При меньших частотах, при которых работает рессорное подвешивание вагонов, резиновые элементы могут рассматриваться только как упругие элементы с шумоизолирующими свойствами. Поэтому при этих частотах параллельно с резиновой рессорой необходимо обязательно устанавливать гаситель колебаний. Следовательно, представлять резину, как самостоятельный элемент рессорного подвешивания вагонов в виде амортизатора 4, вряд ли целесообразно. Ее нужно совмещать 3 с другими элементами рессорного подвешивания, используя ее главные качества – высокую эластичность и шумопоглощение. Поэтому резина широко используется для создания вибро- и шумоизолирующих прокладок 2, используемых, в том числе, и в рессорном подвешивании.

В вагонах использовались резиновые рессоры на различные виды деформации: сжатия, сдвига, кручения, и сложное напряженное состояние (например, сжатие и сдвиг) 5, 6, 7, 8 (рис.1.73, 1.74).

Для обеспечения лучшей устойчивости резиновые рессоры армируют металлическими пластинами 1 , которые прочно связывают между собой  2  вулканизацией или склеивают. В дальнейшем это направление развили: стали образовывать блоки, составленные из последовательно чередующихся и склеенных между собой резиновых и стальных пластин. Так появились сайлент-блоки, бесшумные блоки, которые ныне применяются в рессорном подвешивании городского транспорта.

Применение резиновых рессор позволяет существенно снизить уровень динамических нагрузок необрессоренных масс ходовых частей. Они при малых деформациях (до 20 % при сжатии и до 35 % при сдвиге) имеют линейную силовую характеристику (рис.1.74, г, д), которая при больших прогибах становится нелинейной. Из-за сил внутреннего трения жёсткость резиновой рессоры при нагружении и разгрузке неодинакова. Поэтому диаграмма ее работы (рис.1.74, д) представляет замкнутую кривую, верхняя часть которой показывает зависимость между нагрузкой и прогибом рессоры при её нагружении, а нижняя часть – при разгрузке. Площадь диаграммы между этими линиями – это работа внутренних сл трения.

1.74. Резиновые рессоры и их силовые характеристики: а  – рессора,  работающая на сжатие; б – работающая на сдвиг; в – работающая на сжатие и сдвиг;  г, д – силовые характеристики.  Обозначения:1 – армировочная металлическая пластина; 2 – резиновый элемент; Р – внешнее нагружение; a, b, h – линейные размеры; ƒ, γ – соответственно линейная и угловая деформация рессоры под нагрузкой; α – установочный угол

Резиновые рессоры, работающие на сдвиг (рис. 1.74,  б) имеют нелинейную характеристику жёсткости, которая с увеличением деформации выправляется. Резиновые рессоры (рис. 1.74, в), работающие на сжатее и сдвиг, имеют деформацию, равную их геометрической сумме.

Резина, как и все эластомеры, очень чувствительна к скорости нагружения. Чем она выше, тем больше ее жесткость. Другие характеристики: прочность при растяжении, напряжения при заданном относительном удлинении, твердость, износостойкость, усталостная выносливость и прочие механические свойства резины зависят от состава и наполнителей резиновой смеси и внешних условий работы (температура, радиация, агрессивные среды и пр.).

В настоящее время резина как самостоятельный элемент в рессорном подвешивании вагонов используется редко.