Investigación sobre un proceso para mejorar la resistencia al desmoldeo de bloques en un 35 % mediante la optimización del espectro de vibración

Investigación sobre un proceso para mejorar la resistencia al desmoldeo de bloques en un 35 % mediante la optimización del espectro de vibración

Resumen: La resistencia al desmoldeo de bloques es un indicador clave que afecta la eficiencia de la producción y la calidad del producto terminado. Los procesos tradicionales de moldeo por vibración suelen provocar estructuras internas sueltas en los bloques y daños fáciles durante el desmoldeo debido a un espectro único y una distribución desigual de la energía. Este estudio propone un proceso basado en vibración acoplada multibanda y optimización del espectro en tiempo real. Mediante la construcción de un modo de vibración coordinado de "dispersión de alta frecuencia - compactación de baja frecuencia" y su combinación con un sistema de control adaptativo, la resistencia al desmoldeo de los bloques puede mejorarse en más de un 35 %. Los experimentos demuestran que el proceso optimizado puede reducir simultáneamente el tiempo de desmoldeo en un 20 % y la tasa de desgaste del molde en un 18 %, lo que proporciona una solución técnica eficiente y de bajo consumo energético para la producción de bloques de alta calidad.

Palabras clave: Optimización del espectro de vibración; resistencia al desmoldeo de bloques; vibración acoplada multifrecuencia; análisis del espectro en tiempo real; control adaptativo; proceso de moldeo; vía de mejora de la resistencia.

1. Introducción

En el proceso de moldeo de bloques, una resistencia de desmoldeo insuficiente aumenta la tasa de rotura de bloques, reduce la eficiencia de producción y agrava el desgaste del molde. Los sistemas de vibración tradicionales suelen utilizar frecuencias fijas, difíciles de adaptar a los requisitos dinámicos de las diferentes proporciones de material y etapas de moldeo, lo que provoca un fácil desperdicio de energía y defectos estructurales. En los últimos años, la tecnología de optimización del espectro ha demostrado potencial en el campo del conformado de materiales, pero su aplicación sistemática en la producción de bloques aún carece de investigación exhaustiva. Este artículo utiliza el espectro de vibración como variable clave y explora una vía cuantificable y replicable para mejorar la resistencia de desmoldeo mediante modelado teórico, análisis de simulación y verificación experimental.

2. Mecanismo de la relación entre el espectro de vibración y la resistencia al desmoldeo

2.1 Influencia de las características espectrales en la estructura interna de los bloques
Vibración de alta frecuencia (80-120 Hz): promueve la distribución uniforme del agregado fino y la lechada, reduciendo la porosidad local;

Vibración de baja frecuencia (25-40 Hz): Mejora el efecto de entrelazado entre agregados, mejorando la densidad general;

Efecto de acoplamiento de banda de frecuencia: logra la transferencia de gradiente de energía a través de resonancia de partículas alternadas temporalmente.

2.2 Mecanismo de formación de la resistencia al desmoldeo
La resistencia al desmoldeo depende de la fuerza de adhesión interna y de la integridad estructural del bloque. Optimizar el espectro puede mejorar la resistencia mediante los siguientes métodos:

Reduciendo la porosidad por debajo del 8%, reduciendo los puntos débiles estructurales;

Aumentar la densidad de la zona de transición entre la pasta de cemento y el agregado;

Optimizando la distribución de los productos de hidratación, acortando el tiempo de formación de la fuerza inicial.

3. Diseño de la trayectoria del proceso de optimización del espectro de vibraciones

3.1 Arquitectura del sistema de vibración acoplada multibanda
El sistema consta de tres partes:

Dispositivo de accionamiento cooperativo de doble motor: motor principal (conversión de frecuencia de 0 a 120 Hz), motor auxiliar (conversión de frecuencia de 0 a 50 Hz), ajuste sincrónico de fase de soporte;

Módulo de monitoreo de espectro en tiempo real: acelerómetro incorporado y analizador FFT, adquiriendo dinámicamente la distribución de energía de vibración;

Controlador adaptativo: basado en algoritmo PID y base de datos de materiales, ajustando frecuencia, amplitud y duración en tiempo real.

3.2 Flujo de optimización de parámetros del proceso
Análisis de adaptabilidad del material: adecuación del espectro inicial según el tamaño de partícula del agregado y la reología de la suspensión;

Estrategia de vibración del escenario:

Etapa inicial (0-3 s): alta frecuencia dominante (100 Hz), favoreciendo la nivelación;

Etapa media (3-8 s): dominante de baja frecuencia (35 Hz), lográndose compactación;

Etapa final (8-10 s): alternancia de frecuencias altas y bajas (50 Hz/90 Hz), mejorando la homogeneidad estructural.

Regulación de retroalimentación de circuito cerrado: corrección dinámica de parámetros espectrales utilizando datos del sensor de resistencia al desmoldeo.

3.3 Avances tecnológicos clave

Tecnología de conmutación de espectro rápido: tiempo de respuesta de conmutación de frecuencia < 0,1 s;

Algoritmo de transferencia direccional de energía: optimización de la trayectoria de propagación de la vibración en función de la geometría del bloque;

Control síncrono antiinterferencias: solución de problemas de deriva de fase en la coordinación de múltiples motores.

4. Verificación experimental y análisis de efectos

4.1 Diseño experimental

Grupo de control: Vibración tradicional de frecuencia fija (50 Hz);

Grupo Experimental: Vibración espectral optimizada (acoplamiento multibanda);

Indicadores de prueba: Resistencia al desmoldeo (MPa), porosidad (%), tiempo de desmoldeo (s), desgaste del molde (g/10.000 ciclos).

4.2 Comparación de resultados

Indicadores | Grupo de control | Grupo experimental | Mejora

Resistencia al desmoldeo (MPa) | 1,2 | 1,62 | +35%

Porosidad (%) | 12,5 | 8,1 | -35%

Tiempo de desmoldeo (s) | 15 | 12 | -20%

Desgaste del molde (g/10.000 ciclos) | 120 | 98,4 | -18 %

Consumo de energía (kWh/1000 unidades) | 18,5 | 15,2 | -18%

4.3 Análisis de microestructura

La microscopía electrónica de barrido (MEB) mostró:

El espesor de la zona de transición de la interfaz agregado-lodo en las muestras del grupo experimental disminuyó en un 30%;

La morfología de los poros cambió de interconectados a aislados y la uniformidad de distribución mejoró;

La densidad de distribución de los productos de hidratación (gel CSH) aumentó significativamente.

5. Aplicación de ingeniería y beneficios económicos

5.1 Solución de adaptación de la línea de producción

Modernización de la línea de producción existente: agregar un motor de frecuencia variable y un sistema de control; ciclo de modernización ≤ 5 días;

Integración de nueva línea de producción: configure directamente una mesa de vibración optimizada de espectro completo;

Diseño de compatibilidad: admite la conexión inteligente con sistemas hidráulicos, hornos de curado y otros equipos.

5.2 Evaluación integral de beneficios
Tomemos como ejemplo una línea de producción con una producción anual de 10 millones de bloques:

Beneficios directos: Reduce las pérdidas por rotura en aproximadamente RMB 450.000 al año; reduce los costos de reemplazo de molde en RMB 300.000;

Beneficios del ahorro de energía: Ahorra aproximadamente 32.000 kWh de electricidad al año; reduce las emisiones de carbono en 25 toneladas;

Aumento de capacidad: aumenta la producción diaria de bloques en aproximadamente 5.000 bloques, lo que genera un aumento de ingresos anuales de aproximadamente 600.000 RMB.

5.3 Potencial de promoción de la industria
Esta tecnología es adecuada para:

Producción de productos de alta gama como bloques de alta resistencia, bloques ligeros y bloques decorativos;

Producción de bloques respetuosa con el medio ambiente con un alto contenido de agregados de residuos sólidos (cenizas volantes, residuos de construcción);

Líneas de producción de bloques inteligentes altamente automatizadas.

6. Conclusiones y perspectivas

Este estudio confirma que la optimización del espectro de vibración puede mejorar la resistencia al desmoldeo de los bloques de mampostería en más de un 35 %, a la vez que reduce el consumo de energía y el desgaste del molde. La combinación de vibración acoplada multibanda y tecnología de control adaptativo proporciona una vía de actualización inteligente y refinada para el proceso de moldeo de bloques. Las futuras líneas de investigación incluyen:

Sistema de autoaprendizaje del espectro de IA: optimiza automáticamente los modos de vibración en función de los datos de producción;

Tecnología de simulación entre escalas: modelado de cadena completa desde simulación a nivel de partículas hasta predicción de fuerza macroscópica;

Integración de procesos verdes: integración de la optimización del espectro con tecnologías como el curado por calor residual y materiales cementantes con bajo contenido de carbono.

A través de la innovación continua, se espera que la tecnología de optimización del espectro de vibraciones se convierta en una fuerza impulsora fundamental para mejorar la calidad y la eficiencia de la industria de la mampostería, promoviendo la transformación y actualización de los materiales de construcción hacia un alto rendimiento y un bajo consumo de energía.