Khi vận hành các máy móc thiết bị đều sinh ra các rung động và tiếng ồn. Hầu hết các rung động này là không mong muốn, gây ra ứng suất lớn và thường gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến người và máy. Rung động không được cách ly hoặc hạn chế sẽ gây ra nhiều thiệt hại, nếu cường độ tiếng ồn vượt quá giới hạn cho phép sẽ tác hại đến con người. Vì vậy, để giảm bớt những tác hại gây ra do rung động, việc thiết kế các cơ cấu chống rung, giảm chấn là rất cần thiết.

Các cơ cấu chống rung thường được chế tạo từ một hay tổ hợp các vật liệu như kim loại, ceramic hoặc polyme. Mỗi vật liệu trên đều có ưu điểm và nhược điểm nhất định. Trong đó, polyme là vật liệu có khả năng chống rung cao do có tính chất đàn hồi nhớt, nổi bật nhất là cao su. Cơ cấu chống rung thường phải làm việc trong điều kiện tải trọng và tần số dao động đa dạng. Vì vậy các vật liệu phải kết hợp với thiết kế cơ cấu nhằm tối ưu hóa hiệu quả chống rung. Vật liệu cao su gắn với kim loại trong thiết kế cơ cấu chống rung đang rất được quan tâm nghiên cứu. Cao su butyl và cao su nitril là một trong những cao su có khả năng tắt rung cao nhất còn cao su thiên nhiên ở mức thấp. Mặc dù có hệ số tắt rung thấp nhưng cao su thiên nhiên lại có khả năng kháng mỏi, tính chất cơ lý cao và bám dính tốt với kim loại nên vẫn được sử dụng rộng rãi để làm vật liệu chống rung. Cao su thiên nhiên là loại vật liệu polyme nguồn gốc từ thiên nhiên có nhiều tính chất cơ học quí báu, nhưng nhược điểm của nó là khả năng chịu thời tiết và lão hóa kém.

Đã có một số nghiên cứu như: ảnh hưởng của chế độ công nghệ, hệ xúc tiến lưu hóa, phụ gia nano, tạo ra các blend với các cao su khác… đến tính chất của cao su thiên nhiên. Mặc dù vậy khả năng chống rung, chống lão hóa của cao su thiên nhiên vẫn cần phải nghiên cứu để nâng cao hơn nữa. Đầu những năm 70 của thể kỷ 20 nhiều công ty trong lĩnh vực sản xuất các phương tiện túi mềm cho các mục đích khác nhau được hình thành. Túi mềm cứu hộ được nghiên cứu phát triển mạnh và tìm được thị trường áp dụng rộng lớn cả trong dân dụng và hoạt động quốc phòng. Sự thành công trong ngành công nghiệp nhựa và vải sợi tổng hợp tạo ra các dòng sản phẩm có độ bền cơ lý cao và kháng được các yếu tố môi trường bất lợi tạo nên những hướng sản xuất sản xuất chuyên biệt các thiết bị 2 mềm, nhẹ, linh hoạt có tính năng kỹ thuật cao. Các sản phẩm bao gồm cả các túi khí, túi chứa nước thử tải lớn, túi chứa nguyên nhiên liệu (chứa nước, nước thải, dầu, hóa chất, helium…) và đặc biệt là hệ thống thiết bị đẩy nổi mềm dùng trong ngành trục vớt cứu hộ. Ở Việt Nam không có nhiều cơ sở sản xuất các túi nâng trục vớt, mặc dù nhu cầu đang rất lớn. Đa số các sản phẩm đều phải nhập khẩu để sử dụng.

Nhằm nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su chống rung và các tính chất mỏi, lão hóa và đặc trưng chống rung của vật liệu chế tạo được; Chế tạo sản phẩm đệm chống rung, thử nghiệm và đánh giá sản phẩm đệm chống rung cho đầu máy - toa xe ở Việt Nam; nghiên cứu chế tạo túi mềm trục vớt cứu hộ (chế tạo vật liệu, thiết kế chế tạo túi khí); thử nghiệm túi mềm trục vớt cứu hộ thực tế ngoài biển ở Việt Nam, đánh giá các sản phẩm đã chế tạo được, PGS.TS. Đặng Việt Hưng và nhóm nghiên cứu tại Viện Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo sản phẩm cao su kỹ thuật chống rung, chịu nén dùng trong đầu máy - toa xe và túi nâng trục vớt, cứu hộ đường thủy”.

Sau một thời gian triển khai thực hiện, đề tài thu được những kết quả như sau:

A. Phần đệm chống rung

1. Bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm đã tối ưu hóa đơn pha chế cao su chống rung trên cơ sở cao su thiên nhiên phù hợp với 8 chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu cao su đệm giảm chấn. Hàm lượng tối ưu các cấu tử theo qui hoạch là: Xúc tiến TBBS 1,3pkl; xúc tiến TMTD 0,19-0,21pkl; lưu huỳnh 1,52-1,6pkl, than N330 33pkl. Đã đánh giá quá trình lão hóa cao su do nhiệt ở 70^oC theo thời gian khác nhau (0-336h) dưới tác động của tải trọng chu kỳ nhằm xác định phương án xử lý vật liệu cũng như dự đoán thời gian sử dụng của sản phẩm.

2. Đã xác định các thông số đặc trưng chống rung của cao su như: hệ số nhớt c, hệ số đàn hồi k, hệ số truyền qua T. Điều chỉnh các tính chất này bằng cách thay đổi đơn pha chế và chế độ công nghệ sao cho sản phẩm đạt được yêu cầu kỹ thuật về cơ lý cũng như khả năng chống rung. Cao su chống rung chế tạo được có hệ số tắt rung tand ở 25^oC khoảng 0,16-0,25; tần số dao động riêng 3,4 - 5Hz; Cơ cấu chống rung được thử nghiệm với độ cách ly cao khoảng 80-90%.

3. Đã tính toán và thiết kế đệm chống rung có kích thước và các thông số kỹ thuật phù hợp để lắp đặt trên đầu máy D19E tại xí nghiệp Đầu máy Hà Nội. Kết hợp mô phỏng và kiểm nghiệm thực tế cho thấy có thể kết quả mô phỏng phù hợp với các số liệu thí nghiệm.

4. Đã thiết kế chế tạo bộ khuôn phù hợp với công nghệ sản xuất thực tế tại nhà máy Cao su Chất dẻo Đại Mỗ và đã xây dựng công nghệ chế tạo KCCR qui mô công nghiệp. Đã sản xuất được 103 sản phẩm đệm chống rung có các tính chất kỹ thuật đạt và vượt yêu cầu so với thuyết minh. Tính chất sản phẩm do đề tài chế tạo tương đương với các sản phẩm nhập ngoại. Đã xây dựng dự thảo TCCS cho sản phẩm đệm chống rung chế tạo được theo tiêu chuẩn châu Âu EN 1337-3:2005 (E).

5. Đã thử nghiệm thực tế KCCR trên đầu máy D19E chạy tuyến Hà Nội - Đà Nẵng có chiều dài 1760 km, tổng chiều dài thử nghiệm đạt 21120 km. Sản phẩm đệm chống rung của đề tài hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của đệm chống rung thực tế và các kết quả thử nghiệm bổ sung đủ độ tin cậy để đánh giá đề tài đã hoàn thành việc thử nghiệm thực tế.

B. Phần túi mềm trục vớt.

Với các kết quả tính toán lực căng, đã xác định được thông số kỹ thuật cần thiết cho vật liệu túi nâng trục vớt. Vật liệu được lựa chọn sử dụng là loại vật liệu tổ hợp vải mành tráng polyme với hai phần chính: (i) Blend PVC/CR - vật liệu nền, đảm bảo kín khí; (ii) Vật liệu dệt Polyester làm cốt chịu lực. Vật liệu tổ hợp được chế tạo bằng phương pháp tráng dung dịch với sự hỗ trợ của primer tăng bám dính trên cơ sở polybutylacrylat (PBA) và phenolformaldehyd (PF).

Vật liệu tổ hợp polyester-Blend PVC/CR chế tạo có một số tính năng cơ lý hóa cơ bản: Độ bền kéo đứt theo chiều dọc, ngang >100 KN/m; Độ dãn dài khi đứt theo chiều dọc, ngang < 15 %; Lực kháng xuyên thủng > 3500 N; Độ bền kháng xé rách theo chiều dọc, ngang > 3000 N; Độ bền uốn gập > 70000 lần; Hệ số lão hóa trong môi trường nước, UV > 85%. Vật liệu tổ hợp chế tạo hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu theo tính toán, thiết kế ban đầu, một số tính năng cơ lý còn vượt trội.

Thiết bị túi nâng trục vớt được tính toán, thiết kế dựa trên yêu cầu về sức nâng, độ sâu trục vớt tối đa và độ bền của vật liệu chế tạo. Thiết bị túi nâng trục vớt sức nâng 50 tấn được thiết kế gồm 5 túi nâng sức nâng 10 tấn. Tổng dung tích thiết kế là > 10 m3. Trên mỗi túi nâng trục vớt có hệ thống đai gia cường, dây đai kết nối vật chìm, thanh dầm ngang ổn định lực, hệ thống van cấp thoát khí và van điều áp. Nhóm đề tài đã chế tạo tổng cộng 25 túi nâng trục vớt sức nâng 10 tấn/túi và lắp ghép thành 5 bộ thiết bị trục vớt sức nâng 50 tấn/bộ.

Nhóm đề tài đã phối hợp với Công ty CP trục vớt cứu hộ Việt Nam (VISAL) tổ chức thử nghiệm thực tế tại vùng biển Bà Rịa Vũng Tàu (cách bờ khoảng 2 km). Độ sâu trung bình của vị trí là 20m. Kết quả thử nghiệm trục vớt trên biển cho thấy cơ bản thiết bị làm việc ổn định, đúng tính toán lý thuyết. Sức nâng đảm bảo 10 tấn/túi và 50 tấn/bộ thiết bị 5 túi nâng. Quá trình thử nghiệm luôn đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người và phương tiện.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 19033/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)