带塑胶套减震器吊环的长期使用性能衰减规律研究(三)

2.3.2 外部因素

外部因素主要与吊环的实际使用环境、载荷条件相关，是性能衰减的主要驱动因素：

（1）载荷条件：吊环长期承受的交变载荷幅值、频率及载荷类型（拉压、剪切、扭转），是导致其性能衰减的核心外部因素。载荷幅值越大，塑胶套的弹性变形量越大，材料内部的分子摩擦与损伤越严重，疲劳寿命越短；载荷频率越高，塑胶套的变形与恢复速度越快，热量累积越多，加速材料老化与疲劳损伤[5]。例如，工程机械吊环承受的载荷波动较大，其性能衰减速率明显快于汽车吊环[1]。

（2）环境因素：实际使用环境中的温度波动、紫外线、臭氧、水分、泥沙、化学介质等，会持续侵蚀塑胶套材料，加速其老化与性能衰减[2][5]。温度波动会导致塑胶套材料发生热胀冷缩，长期累积易产生热应力，导致材料开裂、硬化；紫外线会破坏塑胶套材料的分子链，导致材料表面粉化、褪色、开裂[2][5]；臭氧会与塑胶套材料中的不饱和双键发生反应，导致材料老化、变脆，弹性下降[1][5]；水分、泥沙会侵蚀塑胶套表面，加速其磨损与老化，同时可能渗透至界面结合层，降低界面结合强度，引发界面剥离[1][6]；化学介质（如融雪剂、油污）会腐蚀塑胶套材料，破坏其分子结构，导致材料性能劣化[1][5]。

（3）使用工况：设备的使用工况（如行驶路面、作业强度、维护频率），间接影响吊环的性能衰减速率。设备长期在颠簸路面行驶、高强度作业，会增加吊环的载荷冲击，加速性能衰减；维护不及时，泥沙、油污等堆积在吊环表面，会加剧塑胶套的磨损与老化，缩短吊环使用寿命[1][7]。

3 带塑胶套减震器吊环长期使用性能衰减试验设计与实施 3.1 试验目的

本次试验的核心目的的是：模拟带塑胶套减震器吊环的实际长期使用场景，监测试验过程中吊环关键性能参数的变化规律，观察塑胶套的外观老化特征与界面结合状态演化，获取性能衰减数据，为后续衰减机理分析、规律提炼及模型建立提供可靠的试验支撑。具体试验目标如下：

（1）获取吊环在长期交变载荷、环境侵蚀协同作用下，承载能力、弹性模量、阻尼比等关键性能参数的变化曲线；

（2）观察塑胶套在长期使用过程中的外观变化（开裂、硬化、粉化、变色等），监测界面结合状态的演化（是否出现剥离、滑动等现象）；

（3）分析载荷幅值、环境温度、介质侵蚀等因素对吊环性能衰减速率的影响；

（4）确定吊环性能衰减的临界值，判断其使用寿命。

3.2 试验样品

本次试验选用某汽车悬架系统常用的一体式带塑胶套减震器吊环作为试验样品，样品规格与实际使用一致，具体参数如下：

（1）金属吊环基体：材料为45，经淬火、回火处理，抗拉强度650MPa，屈服强度400MPa，延伸率18%，外形尺寸为Φ50mm×120mm（内径×长度）；

（2）塑胶套：材料为丁腈橡胶（NBR），添加抗氧剂、光稳定剂等添加剂，硬度（邵氏A）60±5，厚度5mm，密度1.15g/cm³，阻尼比0.25，界面结合强度12MPa；

（3）样品数量：共制备30件试验样品，分为5组，每组6件，分别用于不同试验条件（载荷幅值、环境温度、介质侵蚀）下的长期性能衰减试验，确保试验数据的重复性与可靠性。

试验前，对所有样品进行外观检查与初始性能测试，剔除外观存在缺陷（如塑胶套开裂、气泡、界面剥离）、初始性能不符合要求的样品，确保试验样品的一致性。

3.3 试验设备与测试指标 3.3.1 试验设备

为模拟带塑胶套减震器吊环的实际长期使用条件，搭建由载荷加载系统、环境模拟系统、数据采集系统三部分组成的长期性能测试平台，具体设备如下：

（1）载荷加载系统：采用电液伺服疲劳试验机（型号：MTS-810），加载方式为交变拉压加载，载荷幅值可调范围0~50kN，加载频率可调范围0.1~10Hz，加载精度±1%，能够模拟吊环实际使用中的交变载荷作用；

（2）环境模拟系统：采用高低温湿热试验箱（型号：GDJS-1000），温度调节范围-40℃~150℃，湿度调节范围20%~95%RH，可模拟高低温交替、湿热等环境条件；配备紫外线老化试验模块与臭氧老化试验模块，可模拟紫外线、臭氧对塑胶套的侵蚀作用；

（3）数据采集系统：采用动态信号采集分析仪（型号：DH5922），配合力传感器、位移传感器、应变片等，实时采集试验过程中的载荷、位移、应变等数据，测试精度±0.5%；采用邵氏硬度计（型号：LX-A），测试塑胶套的硬度变化；采用扫描电镜（型号：SEM-SU8010），观察塑胶套的微观结构变化与界面结合状态；采用红外光谱仪（型号：Nicolet iS50），分析塑胶套材料的分子结构变化。

3.3.2 测试指标

结合吊环的工作机理与性能衰减特征，确定本次试验的核心测试指标，分为宏观性能指标与微观性能指标两大类，具体如下：

（1）宏观性能指标（核心监测指标）：

① 承载能力：吊环能够承受的最大拉压载荷，反映吊环的结构稳定性，测试方法参照GB/T 15706-2012《机械安全 设计通则》；

② 弹性模量：塑胶套的弹性模量，反映其弹性变形能力，通过载荷-位移曲线拟合计算得出；

③ 阻尼比：塑胶套的阻尼比，反映其缓冲减震性能，通过自由振动衰减法测试；

④ 塑胶套硬度：采用邵氏硬度计测试，反映塑胶套材料的老化程度（硬度升高表示材料硬化，硬度降低表示材料软化）；

⑤ 塑胶套厚度：采用游标卡尺测试，反映塑胶套的磨损与变形程度；

⑥ 界面结合强度：采用剥离试验测试，反映塑胶套与金属基体的界面结合状态；

⑦ 外观特征：观察塑胶套的开裂、粉化、变色、剥离等现象，记录缺陷的出现时间、位置与发展程度[3][6]。

（2）微观性能指标（辅助分析指标）：

① 塑胶套材料分子结构：通过红外光谱仪分析，观察分子链断裂、交联等变化；

② 塑胶套微观形貌：通过扫描电镜观察，分析塑胶套材料内部的孔隙、裂纹等缺陷变化；

③ 界面结合微观状态：通过扫描电镜观察，分析界面结合层的交联状态、剥离情况[5]。

3.4 试验方案设计

本次试验采用单因素变量法，结合吊环的实际使用场景，设计5组试验，分别探究载荷幅值、环境温度、紫外线侵蚀、臭氧侵蚀、泥沙介质对吊环长期性能衰减的影响，同时设置1组空白对照组（标准环境、额定载荷），确保试验的对比性。试验周期设定为1000小时，模拟吊环约3~5年的实际使用时长（根据汽车、工程机械吊环的实际使用频率换算）。具体试验方案如下表所示（表2）：

（1）对照组试验方案：环境条件为标准环境（温度25℃、湿度50%RH，无紫外线、臭氧、泥沙介质）；载荷条件为交变拉压载荷，幅值10kN（额定载荷），频率1Hz；试验周期1000小时；每100小时测试一次宏观性能指标，每200小时测试一次微观性能指标，记录塑胶套外观变化。

（2）变量组试验方案：

① 载荷幅值变量组：环境条件与对照组一致；载荷幅值分别设置为8kN（低于额定载荷）、12kN（高于额定载荷），加载频率1Hz；其他试验条件与对照组一致。

② 环境温度变量组：载荷条件与对照组一致；环境温度分别设置为-20℃（低温环境）、80℃（高温环境），湿度50%RH；其他试验条件与对照组一致。

③ 紫外线侵蚀变量组：载荷条件与对照组一致；环境温度25℃、湿度50%RH，开启紫外线老化模块（紫外线波长290~400nm，辐射强度0.8W/m²）；其他试验条件与对照组一致[2][5]。

④ 臭氧侵蚀变量组：载荷条件与对照组一致；环境温度25℃、湿度50%RH，开启臭氧老化模块（臭氧浓度50pphm）；其他试验条件与对照组一致[1][5]。

⑤ 泥沙介质变量组：载荷条件与对照组一致；环境温度25℃、湿度50%RH，在试验样品表面喷洒泥沙悬浮液（泥沙粒径0.1~0.5mm，浓度20%），每24小时喷洒一次，模拟实际使用中的泥沙侵蚀；其他试验条件与对照组一致[1][6]。