Tres soluciones de ajuste de la estructura mecánica para solucionar la alimentación desigual en las máquinas de ladrillos

Resumen: La alimentación desigual de material es un obstáculo clave que limita la calidad y la eficiencia de la producción de las máquinas ladrilleras, lo que genera problemas como densidad desigual de bloques, dispersión de la resistencia, desgaste anormal del molde y aumento del consumo energético. Este estudio propone tres esquemas de ajuste específicos desde la perspectiva de la optimización de la estructura mecánica: modificación del alimentador homogeneizador forzado de doble hélice, modernización del silo integrado con tamiz vibratorio y diseño innovador de un distribuidor de material de tipo raspador biomimético. Mediante análisis teórico, simulación y verificación de la línea de producción, se verificó sistemáticamente el efecto de mejora de cada esquema en la uniformidad de la alimentación de material. La práctica ha demostrado que los tres esquemas pueden implementarse individualmente o en combinación, controlando el coeficiente de dispersión de la resistencia a la compresión del bloque dentro del 5%, aumentando la vida útil del molde entre un 40% y un 50% y reduciendo la tasa de desperdicio entre un 60% y un 70%, proporcionando una solución escalable para una fabricación de ladrillos eficiente y de bajo consumo.

Palabras clave: Máquina para fabricar ladrillos; alimentación desigual de material; estructura mecánica; alimentador de doble hélice; criba vibratoria; raspador biomimético.

1. Introducción

Como equipo fundamental en la producción de materiales de construcción, la estabilidad del sistema de alimentación de la máquina ladrillera afecta directamente la calidad del moldeo de los bloques. Actualmente, la mayoría de las máquinas ladrilleras presentan el problema común de la alimentación desigual del material, que se manifiesta como estratificación, interrupción del flujo o segregación de la materia prima durante el transporte, la distribución y el llenado, lo que genera defectos como gradientes de densidad y resistencia desigual en los bloques. Los métodos tradicionales de mejora se centran principalmente en el ajuste de los parámetros del proceso (como la frecuencia de vibración y la velocidad de alimentación), sin abordar el problema fundamental a nivel de la estructura mecánica. Este artículo propone tres esquemas de ajuste de la estructura mecánica para los tres eslabones clave del sistema de alimentación (transporte, cribado y distribución), con el objetivo de mejorar fundamentalmente la uniformidad de la alimentación del material mediante la innovación estructural y promover el desarrollo de equipos ladrilleros hacia la precisión y la inteligencia.

2. Causas y peligros de la alimentación desigual del material

2.1 Causas principales

Enlace de transporte: El "efecto de vacío central" del alimentador de un solo tornillo provoca un flujo de material inestable;

Enlace de clasificación: Los silos tradicionales carecen de funciones de clasificación, lo que da como resultado la mezcla de agregados de diferentes tamaños de partículas y fluctuaciones en la fluidez;

Enlace de distribución: La estructura del raspador carece de rigidez y no puede adaptarse a las características reológicas de los materiales viscosos.

2.2 Manifestaciones de peligro

El coeficiente de dispersión de la resistencia a la compresión de los bloques supera el 15% y la tasa de calificación del producto es inferior al 85%;

La diferencia en la tasa de desgaste local del molde alcanza el 300% y la vida útil promedio se acorta en un 40%;

La tasa de desperdicio de materia prima llega a ser del 8%-12% y el consumo de energía por tonelada de producto aumenta entre un 15% y un 20%.

3. Tres esquemas de ajuste de la estructura mecánica

3.1 Modificación del alimentador de homogeneización forzada de doble hélice

Este esquema mejora la estructura tradicional de hélice simple a un sistema de doble hélice con disposición simétrica. Las palas de doble hélice adoptan un diseño de rotación inversa, generando una fuerza de extrusión radial mientras transportan axialmente, eliminando por completo los huecos centrales. Las tecnologías clave incluyen:

Optimización de parámetros estructurales: el diámetro y el paso de la hélice están diseñados en una proporción de 1:2,5 y el espacio entre las cuchillas se puede ajustar dinámicamente;

Sistema de control inteligente: Integrando un sensor de humedad y un motor de frecuencia variable, logrando un control de circuito cerrado con una precisión de caudal de ±3%;

Tratamiento resistente al desgaste: recubrimiento de carburo de tungsteno con recubrimiento láser en la superficie de la hoja, que extiende la vida útil 3 veces.

Resultados de la implementación: La uniformidad del llenado del material aumentó del 65% al ​​95% y la eficiencia del transporte aumentó un 25%.

3.2 Criba vibratoria integrada mejorada y silo de amortiguación

Para abordar las diferencias de tamaño de partícula de la materia prima, esta solución integra un sistema de criba vibratoria escalonada de tres etapas dentro del silo. Cada capa de criba está equipada con un transductor ultrasónico independiente (frecuencia ajustable de 25 a 40 kHz) para lograr una clasificación y cribado dinámicos. En la parte inferior se instala una cámara de compensación de presión, con estabilización de presión en tiempo real mediante un controlador PID. Las principales innovaciones incluyen:

Módulo de clasificación y cribado: diseño de gradiente de apertura de pantalla de tres capas (10 mm/5 mm/2 mm), que logra una eficiencia de clasificación del 90 %;

Sistema de amortiguación de presión: rango ajustable de presión de la cámara de amortiguación 0,1-0,5 MPa, tiempo de respuesta <0,1 s;

Diseño autolimpiante: La pantalla está equipada con un dispositivo de soplado inverso para evitar obstrucciones.

Resultados de la implementación: La tasa de fluctuación de la velocidad de alimentación del material se redujo de ±25% a ±5%, lo que lo hace especialmente adecuado para líneas de producción de agregados reciclados de residuos de construcción.

3.3 Diseño innovador de distribuidor de material tipo raspador biónico

Para resolver el problema de la distribución de materiales viscosos, esta solución imita el mecanismo pulsante de las hojas de las plantas, desarrollando un sistema de raspador hidráulico multiarticular. El raspador adopta un diseño adaptativo de curvatura variable y está equipado con un mecanismo de movimiento de seis grados de libertad. Los principales avances tecnológicos incluyen:

Diseño estructural biónico: La superficie del raspador está optimizada en base a curvas B-spline, logrando un ajuste superior al 95%;

Sistema de accionamiento inteligente: un servocilindro hidráulico combinado con un algoritmo de control difuso permite una distribución flexible y tridimensional del material;

Tecnología de recubrimiento antiadherente: se rocía un recubrimiento compuesto de carburo de silicio y politetrafluoroetileno sobre la superficie del raspador, lo que reduce el coeficiente de fricción en un 70%.

Resultados de la implementación: La uniformidad de la distribución de bloques de cenizas volantes aumentó del 60% al 85% y el tiempo de llenado se redujo en un 20%.

4. Análisis de beneficios

Beneficios integrales:

Mejora de la calidad: la tasa de calificación del producto se estabilizó en más del 98% desde el 86%;

Reducción de costos: Ahorro promedio anual de costos de mantenimiento de RMB 150.000 por unidad, desperdicio de materia prima reducido en un 8%;

Contribución ambiental: El contenido de cenizas volantes aumentó al 45% y la tasa de utilización de residuos aumentó en un 30%.

5. Puntos clave de la implementación del proyecto

5.1 Proceso de transformación modular

Fase de diagnóstico: utilizar un escáner láser para medir la distribución del flujo de material y establecer un modelo digital 3D;

Fase de diseño: Optimizar los parámetros estructurales basándose en la simulación ANSYS para generar dibujos de transformación personalizados;

Fase de Implementación: Transformación rápida en 7-15 días, soportando la construcción segmentada sin interrupción de la línea de producción;

Fase de verificación: Instalar un sistema de monitoreo en línea para dar seguimiento a los indicadores clave en tiempo real.

5.2 Ruta de actualización inteligente
Todas las soluciones reservan interfaces IoT, lo que permite la ampliación de las siguientes funciones:

Sistema Gemelo Digital: Mapeo en tiempo real del estado de suministro de material y predicción de ciclos de mantenimiento;

Algoritmo de optimización de IA: ajusta automáticamente los parámetros operativos en función de datos históricos;

Plataforma de operación y mantenimiento remoto: permite el diagnóstico de fallas y el soporte de expertos en línea.

6. Conclusión y perspectivas
Los tres esquemas de ajuste de la estructura mecánica propuestos en este estudio mejoran sistemáticamente la uniformidad del suministro de material en las máquinas ladrilleras, abordando específicamente los defectos estructurales en las etapas de transporte, cribado y distribución de material. La solución presenta las siguientes características importantes:

Innovación: La homogeneización forzada de doble hélice, el cribado por vibración ultrasónica y el diseño del raspador biomimético son pioneros en la industria;

Practicidad: La modificación modular elimina la necesidad de reemplazar la unidad principal, lo que resulta en un corto período de recuperación de la inversión;

Escalabilidad: Sienta las bases de hardware para la actualización inteligente de las máquinas para fabricar ladrillos.

Las futuras líneas de investigación pueden centrarse en: 1) Desarrollar un sistema de control de alimentación de material en tiempo real basado en visión artificial; 2) Investigar la aplicación de la tecnología de nanorrecubrimiento en componentes resistentes al desgaste; 3) Establecer un modelo de optimización acoplado multidisciplinario de control mecánico-hidráulico. Mediante la innovación continua, impulsaremos la evolución de los equipos de fabricación de ladrillos hacia una nueva generación de sistemas tecnológicos inteligentes, de alta precisión y bajo consumo energético.