بحث حول مسار عملية لتحسين قوة فك القوالب بنسبة 35% من خلال تحسين طيف الاهتزاز

بحث حول مسار عملية لتحسين قوة فك القوالب بنسبة 35% من خلال تحسين طيف الاهتزاز

تُعدّ قوة فك القوالب مؤشرًا رئيسيًا يؤثر على كفاءة الإنتاج وجودة المنتج النهائي. غالبًا ما تُؤدي عمليات التشكيل بالاهتزاز التقليدية إلى هياكل داخلية غير متماسكة للقوالب وسهولة تلفها عند فك القوالب، وذلك بسبب استخدام طيف واحد وتوزيع غير متساوٍ للطاقة. تقترح هذه الدراسة مسارًا للعملية يعتمد على الاهتزاز المترابط متعدد النطاقات وتحسين الطيف في الوقت الفعلي. من خلال بناء نمط اهتزاز منسق "تشتت عالي التردد - ضغط منخفض التردد" ودمجه مع نظام تحكم تكيفي، يُمكن تحسين قوة فك القوالب بأكثر من 35%. تُظهر التجارب أن العملية المُحسّنة تُقلل في الوقت نفسه من وقت فك القوالب بنسبة 20% ومعدل تآكل القالب بنسبة 18%، مما يُوفر حلاً تقنيًا فعالًا وموفرًا للطاقة لإنتاج قوالب عالية الجودة.

الكلمات المفتاحية: تحسين طيف الاهتزاز؛ قوة فك القالب؛ الاهتزاز المقترن متعدد الترددات؛ تحليل الطيف في الوقت الحقيقي؛ التحكم التكيفي؛ عملية التشكيل؛ مسار تحسين القوة

1. مقدمة

في عملية تشكيل القوالب، يؤدي ضعف قوة فك القالب إلى زيادة معدل تكسر القوالب، وانخفاض كفاءة الإنتاج، وتفاقم تآكل القالب. غالبًا ما تستخدم أنظمة الاهتزاز التقليدية ترددات ثابتة، يصعب تكييفها مع المتطلبات الديناميكية لنسب المواد المختلفة ومراحل التشكيل، مما يؤدي بسهولة إلى هدر الطاقة وعيوب هيكلية. في السنوات الأخيرة، أظهرت تقنية تحسين الطيف إمكانات واعدة في مجال تشكيل المواد، لكن تطبيقها المنهجي في إنتاج القوالب لا يزال يفتقر إلى بحث معمق. تستخدم هذه الورقة البحثية طيف الاهتزاز كمتغير أساسي، وتستكشف مسارًا قابلًا للقياس والتكرار لتحسين قوة فك القالب من خلال النمذجة النظرية، وتحليل المحاكاة، والتحقق التجريبي.

2. آلية العلاقة بين طيف الاهتزاز وقوة فك القالب

2.1 تأثير الخصائص الطيفية على البنية الداخلية للكتل
الاهتزاز عالي التردد (80-120 هرتز): يعزز التوزيع الموحد للركام الناعم والملاط، مما يقلل من المسامية المحلية؛

الاهتزاز منخفض التردد (25-40 هرتز): يعزز تأثير التشابك بين الركام، مما يحسن الكثافة الإجمالية؛

تأثير اقتران نطاق التردد: يحقق نقل تدرج الطاقة من خلال رنين الجسيمات المتناوب زمنيًا.

2.2 آلية تكوين قوة فك القالب
تعتمد قوة فك القالب على قوة الترابط الداخلي والسلامة الهيكلية للكتلة. ويمكن تحسين هذه القوة من خلال الطرق التالية:

تقليل المسامية إلى أقل من 8%، مما يقلل من نقاط الضعف الهيكلية؛

زيادة كثافة منطقة الانتقال بين عجينة الأسمنت والركام؛

تحسين توزيع منتجات الترطيب، وتقصير وقت تكوين القوة الأولية.

3. تصميم مسار عملية تحسين طيف الاهتزاز

3.1 بنية نظام الاهتزاز المقترن متعدد النطاقات
يتكون النظام من ثلاثة أجزاء:

جهاز قيادة تعاوني بمحركين: محرك رئيسي (تحويل التردد من 0 إلى 120 هرتز)، محرك مساعد (تحويل التردد من 0 إلى 50 هرتز)، يدعم ضبط التزامن الطوري؛

وحدة مراقبة الطيف في الوقت الحقيقي: مقياس تسارع مدمج ومحلل FFT، يقوم باكتساب توزيع طاقة الاهتزاز بشكل ديناميكي؛

وحدة تحكم تكيفية: تعتمد على خوارزمية PID وقاعدة بيانات المواد، وتقوم بضبط التردد والسعة والمدة في الوقت الحقيقي.

3.2 تدفق تحسين معلمات العملية
تحليل قابلية تكيف المواد: مطابقة الطيف الأولي وفقًا لحجم جسيمات الركام وخصائص تدفق الملاط؛

استراتيجية اهتزاز المسرح:

المرحلة الأولية (0-3 ثوانٍ): التردد العالي السائد (100 هرتز)، مما يعزز التسوية؛

المرحلة المتوسطة (3-8 ثوانٍ): التردد المنخفض هو السائد (35 هرتز)، مما يؤدي إلى تحقيق الانضغاط؛

المرحلة النهائية (8-10 ثوانٍ): التناوب بين الترددات العالية والمنخفضة (50 هرتز/90 هرتز)، مما يعزز التجانس الهيكلي.

تنظيم التغذية الراجعة ذات الحلقة المغلقة: تصحيح المعلمات الطيفية ديناميكيًا باستخدام بيانات مستشعر مقاومة فك القالب.

3.3 الاختراقات التكنولوجية الرئيسية

تقنية التبديل الطيفي السريع: زمن استجابة تبديل التردد < 0.1 ثانية؛

خوارزمية نقل الطاقة الاتجاهية: تحسين مسار انتشار الاهتزاز بناءً على هندسة الكتلة؛

التحكم المتزامن المضاد للتداخل: حل مشاكل انحراف الطور في تنسيق المحركات المتعددة.

4. التحقق التجريبي وتحليل التأثير

4.1 تصميم التجربة

المجموعة الضابطة: الاهتزاز التقليدي ذو التردد الثابت (50 هرتز)؛

المجموعة التجريبية: اهتزاز الطيف الأمثل (الاقتران متعدد النطاقات)؛

مؤشرات الاختبار: قوة فك القالب (ميجا باسكال)، المسامية (٪)، وقت فك القالب (ثانية)، تآكل القالب (جم/10000 دورة).

4.2 مقارنة النتائج

المؤشرات | المجموعة الضابطة | المجموعة التجريبية | التحسين

قوة فك القالب (ميجا باسكال) | 1.2 | 1.62 | +35%

المسامية (%) | 12.5 | 8.1 | -35%

زمن فك القالب (ثانية) | 15 | 12 | -20%

تآكل القالب (غ/10000 دورة) | 120 | 98.4 | -18%

استهلاك الطاقة (كيلوواط ساعة/1000 وحدة) | 18.5 | 15.2 | -18%

4.3 تحليل البنية المجهرية

أظهر الفحص المجهري الإلكتروني الماسح (SEM) ما يلي:

انخفض سمك منطقة الانتقال بين الركام والملاط في عينات المجموعة التجريبية بنسبة 30٪؛

تغير شكل المسام من مترابطة إلى معزولة، وتحسنت انتظامية التوزيع؛

ازدادت كثافة توزيع منتجات الترطيب (جل CSH) بشكل ملحوظ.

5. التطبيقات الهندسية والفوائد الاقتصادية

5.1 حلول تكييف خط الإنتاج

تحديث خط الإنتاج الحالي: إضافة محرك متغير التردد ونظام تحكم؛ دورة التحديث ≤ 5 أيام؛

دمج خط الإنتاج الجديد: قم بتكوين طاولة اهتزاز محسّنة كاملة النطاق بشكل مباشر؛

تصميم متوافق: يدعم الربط الذكي مع الأنظمة الهيدروليكية وأفران المعالجة وغيرها من المعدات.

5.2 التقييم الشامل للمزايا
لنأخذ خط إنتاج بإنتاج سنوي يبلغ 10 ملايين قطعة كمثال:

الفوائد المباشرة: يقلل من خسائر الكسر بحوالي 450,000 يوان صيني سنوياً؛ ويقلل من تكاليف استبدال العفن بمقدار 300,000 يوان صيني؛

فوائد توفير الطاقة: يوفر ما يقرب من 32000 كيلوواط ساعة من الكهرباء سنوياً؛ ويقلل انبعاثات الكربون بمقدار 25 طنًا؛

زيادة الطاقة الإنتاجية: تزيد من إنتاج الكتل اليومية بحوالي 5000 كتلة، مما يؤدي إلى زيادة الإيرادات السنوية بحوالي 600000 يوان صيني.

5.3 إمكانات الترويج الصناعي
هذه التقنية مناسبة لما يلي:

إنتاج منتجات عالية الجودة مثل الكتل عالية القوة، والكتل خفيفة الوزن، والكتل الزخرفية؛

إنتاج كتل صديقة للبيئة ذات محتوى عالٍ من ركام النفايات الصلبة (الرماد المتطاير، نفايات البناء)؛

خطوط إنتاج ذكية عالية الأتمتة لإنتاج الكتل.

6. الاستنتاجات والتوقعات

تؤكد هذه الدراسة أن تحسين طيف الاهتزازات يُمكن أن يُحسّن قوة فك قوالب البناء بنسبة تزيد عن 35%، مع تقليل استهلاك الطاقة وتآكل القوالب. يوفر الجمع بين تقنية الاهتزازات المتعددة النطاقات المقترنة وتقنية التحكم التكيفي مسارًا مُحسّنًا وذكيًا لتطوير عملية تشكيل القوالب. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية ما يلي:

نظام التعلم الذاتي للطيف بالذكاء الاصطناعي: تحسين أنماط الاهتزاز تلقائيًا بناءً على بيانات الإنتاج؛

تقنية المحاكاة متعددة المقاييس: نمذجة السلسلة الكاملة من محاكاة مستوى الجسيمات إلى التنبؤ بالقوة الكلية؛

تكامل العمليات الخضراء: دمج تحسين الطيف مع تقنيات مثل معالجة الحرارة المهدرة والمواد الأسمنتية منخفضة الكربون.

من المتوقع أن تصبح تقنية تحسين طيف الاهتزاز، من خلال الابتكار المستمر، قوة دافعة أساسية لتحسين جودة وكفاءة صناعة البناء، وتعزيز تحويل وتطوير مواد البناء نحو أداء عالٍ واستهلاك منخفض للطاقة.