Absorción de energía y eficiencia de amortiguación de amortiguadores de caucho industrial

1. Deformación elástica: absorción inicial de la energía de impacto

Cuando el impacto actúa en el Parachoques de goma industrial Al instante, el cuerpo de goma responde de inmediato y entra primero en la etapa de deformación elástica. En esta etapa, el cuerpo de goma es como una unidad de absorción de energía bien entrenada, que convierte eficientemente el impacto de energía cinética en su propia energía potencial elástica y la almacena. Desde un nivel microscópico, los materiales de caucho están compuestos por una gran cantidad de moléculas de cadena larga. Cuando no se someten a fuerzas externas, estas cadenas moleculares son desordenadas y relativamente flojas, y son mantenidas por fuerzas intermoleculares débiles. Una vez afectado, las cadenas moleculares comienzan a organizarse y estirarse de manera ordenada como resortes estirados o comprimidos. El espacio entre las cadenas moleculares cambia, y las cadenas moleculares rizadas originalmente se enderezan o comprimen gradualmente. En este proceso, la energía cinética de impacto se convierte en la energía potencial elástica de las cadenas moleculares. Tomando la almohadilla de tampón de goma común como ejemplo, cuando la vibración de los equipos pesados ​​se transmite a la almohadilla de tampón, el cuerpo de goma sufre una deformación elástica bajo la acción de la fuerza de impacto, el grosor de la almohadilla del tampón se reduce instantáneamente, y el área de superficie se incrementa, al igual que una esponja de esponjed, que absorbe efectivamente la energía de impacto en los cambios elásticos de la cadena molecular.
Durante el proceso de deformación elástica, la cadena molecular de goma no solo realiza un movimiento mecánico simple, sino que también tiene interacciones complejas. Las cadenas moleculares se frotan y se deslizan entre sí. Esta fricción y deslizamiento a nivel microscópico es similar a innumerables "elementos de freno", que convierten parte de la energía de impacto en energía térmica y la disipan. Este proceso de conversión de energía es extremadamente crítico, logrando la reducción inicial de la energía de impacto y reduciendo en gran medida la presión del proceso de amortiguación posterior. Según la investigación relevante, en la etapa de deformación elástica, la fricción y el deslizamiento entre las cadenas moleculares sientan una base importante para el funcionamiento suave del equipo. ​
2. Deformación plástica: disipación profunda de la energía de impacto
Con la aplicación continua del impacto, la deformación elástica del cuerpo de goma se acerca gradualmente al límite, y el tampón ingresa a la etapa de deformación plástica. La etapa de deformación plástica es el enlace central para los amortiguadores de goma industrial para demostrar su fuerte capacidad de amortiguación. En esta etapa, la cadena molecular de goma sufre cambios más drásticos, disipando profundamente la energía de impacto. ​
Cuando la deformación elástica alcanza el límite, el estrés asumido por la cadena molecular de goma excede su límite elástico, la fuerza entre las cadenas moleculares se rompe y la cadena molecular comienza a romperse. Impulsado por la energía de impacto, estas cadenas moleculares rotas se reorganizan y combinan. Este proceso es similar al "proceso de recombinación molecular" en el mundo microscópico. Las cadenas moleculares continúan absorbiendo la energía de impacto durante el proceso de ruptura y reensamblaje. ​
Tome el bloque de búfer de goma en el sistema de suspensión del automóvil como ejemplo. Cuando el automóvil conduce en un camino difícil, la fuerza de impacto en la rueda se transmite al bloque de búfer de goma a través del sistema de suspensión. En la etapa de deformación elástica, el bloque de tampón de goma absorbe parte de la energía de impacto, que inicialmente alivia la vibración del cuerpo del vehículo. A medida que el impacto continúa, el bloque de búfer ingresa a la etapa de deformación plástica. La ruptura y el reensamblaje de las cadenas moleculares consumen aún más una gran cantidad de energía de impacto, asegurando que el cuerpo del vehículo mantenga un estado de conducción relativamente estable en condiciones complejas de la carretera y proporcionando una experiencia de manejo cómoda para el conductor y los pasajeros. ​
Durante el proceso de deformación plástica, la microestructura del material de caucho sufre cambios permanentes. La disposición de cadena molecular originalmente regular se vuelve más caótica y compacta, formando una nueva estructura estable. Este cambio estructural permite que el tampón de goma resistir una mayor fuerza de impacto y mejora aún más su capacidad para absorber la energía de impacto. Los datos de la investigación muestran que en la etapa de deformación plástica, el búfer de goma puede absorber el 70% - 90% de la energía de impacto restante, protegiendo así efectivamente el equipo del daño por impacto.
Iii. Balance energético y protección del equipo durante el proceso de amortiguación
En todo el proceso de amortiguación, desde la deformación elástica hasta la deformación plástica, el tampón de caucho industrial siempre sigue la ley de conservación de energía y realiza una conversión eficiente y equilibrio de energía de impacto. En este proceso, el tampón no solo convierte la energía cinética de impacto en energía potencial elástica y energía térmica, sino que también consume la energía en el cambio de microestructura a través de la ruptura y la reorganización de las cadenas moleculares. Este mecanismo de conversión de equilibrio energético permite que el equipo se dispersen y consuma rápidamente la energía de impacto cuando se ve afectada, evitando el daño a la estructura y los componentes del equipo debido a la concentración excesiva de energía. ​
Desde la perspectiva de la protección del equipo, el proceso de amortiguación del búfer de goma industrial es como equipar el equipo con una barrera protectora sólida. En la etapa de deformación elástica, el tampón construye la primera línea de defensa para el equipo a través del almacenamiento de energía potencial elástica y el consumo de energía térmica, reduciendo el impacto directo del impacto en el equipo. En la etapa de deformación plástica, la ruptura y la reorganización de las cadenas moleculares absorbe aún más la energía de impacto, evitando efectivamente fallas graves como la deformación y la rotura del equipo debido al impacto excesivo. ​
Durante la operación de la grúa, cuando el gancho está completamente cargado de objetos pesados ​​y desciende y se detiene repentinamente, se generará una gran fuerza de impacto. En este momento, el tampón de goma instalado en la parte clave de la estructura de la grúa entra en vigencia rápidamente, primero absorbe la parte de la energía de impacto a través de la deformación elástica y luego ingresa la etapa de deformación plástica para consumir toda la energía de impacto restante, garantizar la seguridad estructural de la grúa, evitar la deformación estructural y el daño componente causado por el impacto y garantizar la operación normal del crane y la seguridad de la vida del operador del operador. ​
IV. Rendimiento de buffers de goma en diferentes condiciones de trabajo
Los amortiguadores de goma industriales muestran diferencias obvias en su rendimiento de amortiguación de la deformación elástica hasta la deformación plástica en diferentes condiciones de trabajo. En condiciones con baja frecuencia de impacto y energía de impacto pequeño, los amortiguadores de goma se deforman principalmente elásticos, consumiendo energía de impacto a través del almacenamiento de energía potencial elástica y calor de fricción entre las cadenas moleculares. En este caso, la capacidad de recuperación elástica de los amortiguadores de goma es fuerte y aún pueden mantener un buen rendimiento de amortiguación después de múltiples impactos. Es adecuado para escenas con altos requisitos para la estabilidad del equipo y los impactos relativamente suaves, como el soporte antivibraciones para instrumentos de precisión. ​
Sin embargo, en condiciones con alta frecuencia de impacto y energía de gran impacto, los amortiguadores de goma deben ingresar a la etapa de deformación plástica más rápido para hacer frente a los impactos de alta intensidad. Bajo esta condición, la cadena molecular del tampón de goma se rompe y se reorganiza más rápido, y puede absorber rápidamente una gran cantidad de energía de impacto. Sin embargo, dado que la deformación plástica causará cambios permanentes en la microestructura del material de caucho, el rendimiento del tampón de goma puede disminuir gradualmente en tales condiciones durante mucho tiempo, y se requiere una inspección y reemplazo regulares. Por ejemplo, en el equipo de minería, dado que el equipo es frecuentemente golpeado y vibrado por mineral, el búfer de goma debe tener la capacidad de ingresar rápidamente la etapa de deformación plástica y absorber efectivamente la energía de impacto para garantizar el funcionamiento normal del equipo. 3