Hấp thụ năng lượng và hiệu quả đệm của bộ đệm cao su công nghiệp

1. Biến dạng đàn hồi: Sự hấp thụ ban đầu của năng lượng tác động

Khi tác động tác động đến Cao su công nghiệp Ngay lập tức, cơ thể cao su phản ứng ngay lập tức và bước vào giai đoạn biến dạng đàn hồi trước. Ở giai đoạn này, cơ thể cao su giống như một đơn vị hấp thụ năng lượng được đào tạo tốt, giúp chuyển đổi hiệu quả động năng tác động thành năng lượng tiềm năng đàn hồi của chính nó và lưu trữ nó. Từ cấp độ kính hiển vi, vật liệu cao su bao gồm một số lượng lớn các phân tử chuỗi dài. Khi không chịu các lực bên ngoài, các chuỗi phân tử này bị rối loạn và tương đối lỏng lẻo, và được duy trì bởi các lực liên phân tử yếu. Sau khi bị ảnh hưởng, các chuỗi phân tử bắt đầu sắp xếp và kéo dài một cách có trật tự như lò xo kéo dài hoặc nén. Khoảng cách giữa các chuỗi phân tử thay đổi, và các chuỗi phân tử cuộn tròn ban đầu được duỗi thẳng hoặc nén. Trong quá trình này, động năng tác động được chuyển đổi thành năng lượng tiềm năng đàn hồi của các chuỗi phân tử. Lấy miếng đệm cao su phổ biến làm ví dụ, khi rung động của thiết bị nặng được truyền đến miếng đệm, thân cao su trải qua biến dạng đàn hồi dưới tác động của lực tác động, độ dày của miếng đệm được giảm ngay lập tức và diện tích bề mặt được tăng lên, giống như một sợi xốp.
Trong quá trình biến dạng đàn hồi, chuỗi phân tử cao su không chỉ thực hiện chuyển động cơ học đơn giản mà còn có các tương tác phức tạp. Các chuỗi phân tử chà và trượt vào nhau. Ma sát và trượt ở cấp độ vi mô tương tự như vô số "các yếu tố phanh" nhỏ, chuyển đổi một phần của năng lượng tác động thành năng lượng nhiệt và tiêu tan nó. Quá trình chuyển đổi năng lượng này là vô cùng quan trọng, đạt được việc giảm năng lượng tác động ban đầu và giảm đáng kể áp lực của quá trình đệm tiếp theo. Theo nghiên cứu có liên quan, trong giai đoạn biến dạng đàn hồi, ma sát và trượt giữa các chuỗi phân tử đặt nền tảng quan trọng cho hoạt động trơn tru của thiết bị. ​
2. Biến dạng dẻo: Sự tiêu tán sâu của năng lượng tác động
Với việc áp dụng liên tục của tác động, biến dạng đàn hồi của cơ thể cao su dần dần tiếp cận giới hạn và bộ đệm đi vào giai đoạn biến dạng dẻo. Giai đoạn biến dạng dẻo là liên kết cốt lõi cho bộ đệm cao su công nghiệp để chứng minh khả năng đệm mạnh của chúng. Ở giai đoạn này, chuỗi phân tử cao su trải qua những thay đổi mạnh mẽ hơn, làm tiêu tan sâu hơn năng lượng tác động. ​
Khi biến dạng đàn hồi đạt đến giới hạn, ứng suất do chuỗi phân tử cao su vượt quá giới hạn đàn hồi của nó, lực giữa các chuỗi phân tử bị phá vỡ và chuỗi phân tử bắt đầu phá vỡ. Được điều khiển bởi năng lượng tác động, các chuỗi phân tử bị hỏng này được sắp xếp lại và kết hợp. Quá trình này tương tự như "quá trình tái hợp phân tử" trong thế giới siêu nhỏ. Các chuỗi phân tử tiếp tục hấp thụ năng lượng tác động trong quá trình phá vỡ và tập hợp lại. ​
Lấy khối đệm cao su trong hệ thống treo ô tô làm ví dụ. Khi xe đang lái trên một con đường gồ ghề, lực tác động lên bánh xe được truyền đến khối đệm cao su qua hệ thống treo. Trong giai đoạn biến dạng đàn hồi, khối đệm cao su hấp thụ một phần của năng lượng tác động, ban đầu làm giảm sự rung động của thân xe. Khi tác động tiếp tục, khối đệm bước vào giai đoạn biến dạng dẻo. Việc phá vỡ và lắp lại các chuỗi phân tử tiêu thụ thêm một lượng lớn năng lượng tác động, đảm bảo rằng thân xe duy trì trạng thái lái tương đối ổn định trong điều kiện đường bộ phức tạp và cung cấp trải nghiệm lái xe thoải mái cho người lái và hành khách. ​
Trong quá trình biến dạng dẻo, cấu trúc vi mô của vật liệu cao su trải qua những thay đổi vĩnh viễn. Sự sắp xếp chuỗi phân tử thông thường ban đầu trở nên hỗn loạn và nhỏ gọn hơn, tạo thành một cấu trúc ổn định mới. Sự thay đổi cấu trúc này cho phép bộ đệm cao su chịu được lực tác động lớn hơn và tăng cường hơn nữa khả năng hấp thụ năng lượng tác động của nó. Dữ liệu nghiên cứu cho thấy trong giai đoạn biến dạng dẻo, bộ đệm cao su có thể hấp thụ 70% - 90% năng lượng tác động còn lại, do đó bảo vệ hiệu quả thiết bị khỏi bị hư hỏng tác động.
Iii. Cân bằng năng lượng và bảo vệ thiết bị trong quá trình đệm
Trong toàn bộ quá trình đệm từ biến dạng đàn hồi đến biến dạng dẻo, bộ đệm cao su công nghiệp luôn tuân theo định luật bảo tồn năng lượng và thực hiện chuyển đổi hiệu quả và cân bằng năng lượng tác động. Trong quá trình này, bộ đệm không chỉ chuyển đổi động năng tác động thành năng lượng tiềm năng đàn hồi và năng lượng nhiệt, mà còn tiêu thụ năng lượng trong việc thay đổi cấu trúc vi mô thông qua việc phá vỡ và tổ chức lại các chuỗi phân tử. Cơ chế chuyển đổi cân bằng năng lượng này cho phép thiết bị nhanh chóng phân tán và tiêu thụ năng lượng tác động khi nó bị ảnh hưởng, tránh thiệt hại cho cấu trúc thiết bị và các thành phần do nồng độ năng lượng quá mức. ​
Từ góc độ bảo vệ thiết bị, quá trình đệm của bộ đệm cao su công nghiệp giống như trang bị cho thiết bị một hàng rào bảo vệ vững chắc. Trong giai đoạn biến dạng đàn hồi, bộ đệm xây dựng dòng phòng thủ đầu tiên cho thiết bị thông qua việc lưu trữ năng lượng tiềm năng đàn hồi và tiêu thụ năng lượng nhiệt, làm giảm tác động trực tiếp của tác động đến thiết bị. Trong giai đoạn biến dạng dẻo, sự phá vỡ và tổ chức lại các chuỗi phân tử tiếp tục hấp thụ và phân tán năng lượng tác động, tránh các lỗi nghiêm trọng như biến dạng và phá vỡ thiết bị do tác động quá mức. ​
Trong quá trình hoạt động của cần cẩu, khi móc được tải đầy đủ với các vật nặng và hạ xuống và dừng đột ngột, một lực tác động rất lớn sẽ được tạo ra. Tại thời điểm này, bộ đệm cao su được lắp đặt trong phần chính của cấu trúc cần cẩu nhanh chóng có hiệu lực, đầu tiên hấp thụ một phần năng lượng tác động thông qua biến dạng đàn hồi, sau đó bước vào giai đoạn biến dạng dẻo để tiêu thụ tất cả các năng lượng tác động còn lại, đảm bảo an toàn cấu trúc của cần cẩu, tránh sự an toàn. ​
Iv. Hiệu suất của bộ đệm cao su trong các điều kiện làm việc khác nhau
Bộ đệm cao su công nghiệp cho thấy sự khác biệt rõ ràng về hiệu suất đệm của chúng từ biến dạng đàn hồi đến biến dạng dẻo trong các điều kiện làm việc khác nhau. Trong điều kiện có tần số tác động thấp và năng lượng tác động nhỏ, bộ đệm cao su chủ yếu bị biến dạng đàn hồi, tiêu thụ năng lượng tác động thông qua việc lưu trữ năng lượng tiềm năng đàn hồi và nhiệt ma sát giữa các chuỗi phân tử. Trong trường hợp này, khả năng phục hồi đàn hồi của bộ đệm cao su rất mạnh và chúng vẫn có thể duy trì hiệu suất đệm tốt sau nhiều tác động. Nó phù hợp cho các cảnh có yêu cầu cao cho sự ổn định của thiết bị và các tác động tương đối nhẹ, chẳng hạn như hỗ trợ chống rung cho các dụng cụ chính xác. ​
Tuy nhiên, trong các điều kiện có tần số tác động cao và năng lượng tác động lớn, bộ đệm cao su cần vào giai đoạn biến dạng dẻo nhanh hơn để đối phó với các tác động cường độ cao. Trong điều kiện này, chuỗi phân tử của bộ đệm cao su phá vỡ và tổ chức lại nhanh hơn, và có thể nhanh chóng hấp thụ một lượng lớn năng lượng tác động. Tuy nhiên, do biến dạng dẻo sẽ gây ra những thay đổi vĩnh viễn trong cấu trúc vi mô của vật liệu cao su, hiệu suất của bộ đệm cao su có thể giảm dần trong các điều kiện như vậy trong một thời gian dài, và cần phải kiểm tra và thay thế thường xuyên. Ví dụ, trong thiết bị khai thác, vì thiết bị thường xuyên bị ảnh hưởng và rung động, bộ đệm cao su cần có khả năng nhanh chóng bước vào giai đoạn biến dạng dẻo và hấp thụ hiệu quả năng lượng tác động để đảm bảo hoạt động bình thường của thiết bị. .