5.1.3 振动控制研究发展方向
当前我国正处于城市轨道交通的建设高潮，随着大量的城市轨道交通线路投入运营，地下列车诱发的振动问题将会越来越受到重视。地下列车诱发的振动问题非常复杂，涉及振源、振动传播路径和受振体等众多因素。
橡胶减振元件因其良好的弹性和优良的抗疲劳特性，广泛应用于包括轨道车辆、轨道线路和轨道桥梁在内的轨道交通减振领域。在轨道车辆领域，转向架一、二系悬挂上装备了大量的橡胶元件，特别是具有弹性定位的轴箱橡胶弹簧、“弹性关节”作用的橡胶弹性球铰、悬挂功能的橡胶旁承，为确保转向架的正常运行发挥了重要作用；在轨道线路领域，轨道减振器和轨道弹性垫板，在地铁及轻轨线路上更是获得了大范围应用；在轨道桥梁领域，橡胶隔振支座、伸缩缝元件这些橡胶元件均发挥了重要的减、隔振作用。橡胶减振元件在轨道交通领域的典型应用见图5.4。
图5.4 橡胶减振元件在轨道交通领域的典型应用
在城市轨道交通领域，橡胶减振元件不仅需要确保使用的可靠性，同时需要满足高承载及高速度的应用环境要求。多年来的应用情况表明，大量配置的橡胶减振元件为城市轨道交通的平稳运行发挥了关键作用。
因此，对橡胶减振元件未来的发展方向进行探讨，有利于对城市轨道交通振动控制的研究。
1.橡胶减振元件向资源型与环保型方向发展
从生产、加工的角度来讲，橡胶减振元件是将橡胶材料通过硫化的方式在模具中经过一定温度和压力形成了特定结构并具备了特定的减振、隔振功能。在传统硫化过程中，为便于硫化成型，添加了用以提升硫化速度、改善交联特性的促进剂；为满足阻燃要求，在填料中施加了多环芳烃等添加剂，而这些促进剂中的N-亚硝铵、多环芳烃大多具有一定程度的致癌性，对环境有不良的影响，同时橡胶制品原材料中最常见的重金属铅和镉，虽然在原材料中所占的比例极小，但对环境的破坏性也不容忽视。
从产品使用的角度讲，橡胶减振元件在达到使用期限后，大多当作废弃物处理，但是传统橡胶减振元件，除非采用火化焚烧的方式，自然状态下难以短时间内裂解；而如果采用焚烧的方式，会散发出包含“
英”在内的毒性极强的有机化合物。这些有毒气体散发到空气中，对生物的免疫系统、神经系统及内分泌系统均会造成不同程度的损害，因而如何处理废旧的橡胶减振元件成为橡胶工业的一大难题。
随着社会的进步，对橡胶减振元件使用过程中带来的负面问题的研究和认识已越来越深刻。目前的统一认识是：橡胶减振元件将逐步向资源型、环保型方向发展（图5.5）。概括来说，在资源型发展方向上，橡胶材料将逐步采用可回收重复使用的改性的热塑性材料。这种通过改良的热塑性材料在正常使用的过程中，具有良好的弹性和抗疲劳性能，而在回收阶段，通过高温加工处理可具有良好的二次可加工性，通过这种二次可加工性可以再次加工出所需要的结构和产品，从而实现多次使用的目的和资源型的目标。在环保型发展方向上，橡胶硫化过程中采用的是环保型促进剂，生产的橡胶减振元件有望完全符合环保要求，这种符合环保型要求的橡胶减振元件在使用过程中对人体、生物及自然环境几乎没有危害，因而无论是出口的产品，还是国内使用的减振器，都可达到环保要求，特别是完全满足欧盟颁发的环保法律要求。
图5.5 橡胶元件向资源型环保型方向发展
2.橡胶减振元件向长寿命及低自振频率方向发展
随着人们生活水平的不断提高，轨道交通，特别是客运专线，为满足乘坐的舒适性要求，客运专线上装置了大量的橡胶减振元件。其结构设计上，在确保可靠性的基础上尽可能把主要方向的刚度设计得很低，已经成为橡胶元件设计的一大发展方向。相应地，从舒适性的角度，橡胶产品向低自振频率方向发展，将成为今后橡胶元件发展的一个趋势。
随着橡胶减振元件硫化成型工艺、橡胶配方技术及结构优化设计技术的不断进步，橡胶产品的使用寿命将越来越长，轨道车辆上的主要橡胶元件，其使用寿命能达到10年，轨道线路上的橡胶产品，其使用寿命有望实现30年及以上的目标，而桥梁橡胶支座上的橡胶元件，其设计寿命高达70年。因此橡胶产品的长寿命设计将是橡胶工业发展的一大趋势和追求目标。
3.橡胶减振元件向专利化及模块化方向发展
长期以来，国内的橡胶减振元件在结构设计方面没有专利产品，更没有形成核心设计技术，因而无法提出自己的设计思路和设计理念，更无法对结构进行完善和优化，而这些现状严重制约了国内橡胶减振元件在设计开发上的进步，无法建立属于自己的产品设计平台。
最近十多年，国内橡胶减振设计单位及科研院所已经逐步采取相应的措施，包括对各种橡胶结构进行系列化研究，总结出结构的承载特征和结构特点，并进一步形成模块化的设计思路和设计数据库，即对已经成功开发并已经成熟的结构和产品，进行归类，形成模块化的结构或产品供客户进行选择，而客户则根据已有的模块化的产品或结构，仅需在装配上进行完善即可满足减振、隔振的设计需要。这种模块化的设计思路，简化了本质上不属于开发性质的产品设计，减少了产品开发上不必要的精力耗费，同时可将更多精力用于新结构的研究和攻关，对自己研究出来的新型结构，进行专利化申请，形成专利产品或专利结构，从而大幅度提升国内产品在减振市场，特别是国际减振、隔振市场的竞争力。因此从产品开发的角度上讲，橡胶减振元件向模块化、专利化方向发展，将是产品迈上更高品质的必然发展趋势。
4.橡胶减振元件向轻量化及精细化方向发展
橡胶减振元件典型结构大多为橡胶与钢材复合的三明治结构，这种三明治结构的橡胶减振元件，与纯橡胶产品相比，在刚度匹配上具有可设计性的优势，具有更好的耐久性，在承载强度上则具有更优异的高承载性。但是钢材的密度是橡胶材料的7～8倍，橡胶金属复合的橡胶减振元件的重量远比纯橡胶件的重量大，通常是纯橡胶件的4～5倍，使得橡胶减振元件成为笨重产品的代名词。
随着新型材料技术的不断发展，橡胶减振元件向轻量化方向发展已逐步成为可能。在技术上，首先是一直在研发密度远低于钢材的金属材料来代替钢材，目前金属铝材开始代替钢材，并部分应用于橡胶减振元件上。同时，新型高强度塑料也已经开始在使用，更高强度、更低密度的新型材料也在研制过程中，而随着材料技术的进一步发展，满足黏合特性要求，高强度、低密度的新型材料一旦获得突破，通过选用新型骨架材料的橡胶减振元件，在轻量化方面必将有更多的突破和发展（如图5.6所示）。
图5.6 弹性元件的轻量化
另外，精细化设计也将成为未来橡胶减振元件研发技术的一大趋势。橡胶减振元件的精细化主要指设计、加工控制得更加精细，整体结构设计得更加精细化。随着结构优化技术的发展成熟，在产品的结构设计上，以拓扑技术和形状优化技术为核心的结构优化技术，在不影响疲劳性能和强度的基础上，可以安全地优化低应力区域的材料，使整个部件去掉多余的材料，从而达到轻量化及精细化的目的。
5.橡胶减振元件向功能化与智能化方向发展
研发功能化、智能化的橡胶减振元件是目前橡胶减振技术新的发展方向之一。从材料的角度上讲，必须使橡胶材料由结构材料、功能材料进而发展到智能材料，从而使橡胶减振元件因橡胶材料的智能性进而实现智能化。具体来讲，就是利用橡胶黏弹性的应变效应，在橡胶的胶料中加入一种能使橡胶分子的振动频率随着车速而变化的“特殊硅”，这样，橡胶减振元件的刚度便会随承载的荷载不同而变化，即高速变硬、低速变软，从而实现刚度智能化的要求。
另外，从结构的角度讲，橡胶减振元件的功能化、智能化，就是橡胶减振元件在承载过程中通过计算机来自动调整刚度从而达到智能化的目的。具体来讲，在一些非常重要的特殊的橡胶减振元件上，内置能自动监控橡胶元件在承载过程中的计算机芯片，通过计算机芯片自动处理荷载信息，从而提高产品的减振、隔振性能。因此，研制高功能化和智能化的橡胶减振元件，是发展橡胶元件优良减振、隔振技术的一大技术方向。