Recherche sur un procédé permettant d'améliorer de 35 % la résistance au démoulage des blocs grâce à l'optimisation du spectre vibratoire

Recherche sur un procédé permettant d'améliorer de 35 % la résistance au démoulage des blocs grâce à l'optimisation du spectre vibratoire

La résistance au démoulage des blocs est un indicateur clé de l'efficacité de la production et de la qualité du produit fini. Les procédés de moulage par vibration traditionnels entraînent souvent des structures internes fragiles et une fragilité au démoulage, dues à un spectre unique et à une distribution d'énergie inégale. Cette étude propose un procédé basé sur le couplage de vibrations multibandes et l'optimisation spectrale en temps réel. En générant un mode de vibration coordonné « dispersion haute fréquence – compaction basse fréquence » et en l'associant à un système de contrôle adaptatif, la résistance au démoulage des blocs est améliorée de plus de 35 %. Les expériences montrent que ce procédé optimisé permet de réduire simultanément le temps de démoulage de 20 % et l'usure du moule de 18 %, offrant ainsi une solution technique efficace et économe en énergie pour la production de blocs de haute qualité.

Mots-clés : Optimisation du spectre vibratoire ; résistance au démoulage des blocs ; vibrations couplées multifréquences ; analyse spectrale en temps réel ; commande adaptative ; procédé de moulage ; voie d’amélioration de la résistance

1. Introduction

Lors du moulage de blocs, une résistance insuffisante au démoulage entraîne une augmentation du taux de casse, une baisse de la productivité et une usure accrue du moule. Les systèmes de vibration traditionnels utilisent souvent des fréquences fixes, difficiles à adapter aux exigences dynamiques liées aux différents rapports de matériaux et aux étapes de moulage, ce qui engendre facilement des pertes d'énergie et des défauts structurels. Ces dernières années, l'optimisation spectrale a démontré son potentiel dans le domaine de la mise en forme des matériaux, mais son application systématique à la production de blocs reste encore peu étudiée. Cet article utilise le spectre de vibration comme variable principale et explore une méthode quantifiable et reproductible pour améliorer la résistance au démoulage grâce à la modélisation théorique, l'analyse par simulation et la vérification expérimentale.

2. Mécanisme de la relation entre le spectre vibratoire et la force de démoulage

2.1 Influence des caractéristiques spectrales sur la structure interne des blocs
Vibration à haute fréquence (80-120 Hz) : Favorise une distribution uniforme des granulats fins et de la boue, réduisant la porosité locale ;

Vibrations à basse fréquence (25-40 Hz) : Améliore l'effet d'imbrication entre les agrégats, améliorant ainsi la densité globale ;

Effet de couplage de bande de fréquence : Permet un transfert de gradient d'énergie grâce à une résonance de particules alternative dans le temps.

2.2 Mécanisme de formation de la résistance au démoulage
La résistance au démoulage dépend de la force de liaison interne et de l'intégrité structurelle du bloc. L'optimisation du spectre peut améliorer la résistance par les méthodes suivantes :

Réduire la porosité à moins de 8 %, réduisant ainsi les points faibles structurels ;

Augmenter la densité de la zone de transition entre la pâte de ciment et les granulats ;

Optimisation de la distribution des produits d'hydratation, réduction du temps de formation de la résistance initiale.

3. Conception du processus d'optimisation du spectre des vibrations

3.1 Architecture d'un système de vibration couplée multibande
Le système se compose de trois parties :

Dispositif d'entraînement coopératif à double moteur : moteur principal (conversion de fréquence 0-120 Hz), moteur auxiliaire (conversion de fréquence 0-50 Hz), supportant le réglage synchrone de phase ;

Module de surveillance spectrale en temps réel : accéléromètre et analyseur FFT intégrés, acquérant dynamiquement la distribution de l’énergie vibratoire ;

Contrôleur adaptatif : basé sur un algorithme PID et une base de données de matériaux, il ajuste en temps réel la fréquence, l’amplitude et la durée.

3.2 Flux d'optimisation des paramètres de processus
Analyse de l'adaptabilité des matériaux : correspondance avec le spectre initial en fonction de la taille des particules agrégées et de la rhéologie de la suspension ;

Stratégie de vibration de scène :

Phase initiale (0-3 s) : dominante haute fréquence (100 Hz), favorisant l'égalisation ;

Étape intermédiaire (3-8 s) : fréquence basse dominante (35 Hz), permettant la compaction ;

Étape finale (8-10 s) : alternance de hautes et basses fréquences (50 Hz/90 Hz), améliorant l'homogénéité structurelle.

Régulation par rétroaction en boucle fermée : correction dynamique des paramètres spectraux à l’aide des données du capteur de résistance au démoulage.

3.3 Principales avancées technologiques

Technologie de commutation rapide du spectre : temps de réponse de commutation de fréquence < 0,1 s ;

Algorithme de transfert directionnel d'énergie : optimisation du chemin de propagation des vibrations en fonction de la géométrie du bloc ;

Commande synchrone anti-interférences : résolution des problèmes de dérive de phase dans la coordination multi-moteurs.

4. Vérification expérimentale et analyse des effets

4.1 Plan expérimental

Groupe témoin : Vibration traditionnelle à fréquence fixe (50 Hz) ;

Groupe expérimental : vibration spectrale optimisée (couplage multibande) ;

Indicateurs de test : résistance au démoulage (MPa), porosité (%), temps de démoulage (s), usure du moule (g/10 000 cycles).

4.2 Comparaison des résultats

Indicateurs | Groupe témoin | Groupe expérimental | Amélioration

Résistance au démoulage (MPa) | 1,2 | 1,62 | +35 %

Porosité (%) | 12,5 | 8,1 | -35 %

Temps de démoulage (s) | 15 | 12 | -20 %

Usure du moule (g/10 000 cycles) | 120 | 98,4 | -18 %

Consommation d'énergie (kWh/1000 unités) | 18,5 | 15,2 | -18 %

4.3 Analyse de la microstructure

La microscopie électronique à balayage (MEB) a montré :

L'épaisseur de la zone de transition à l'interface agrégat-boue dans les échantillons du groupe expérimental a diminué de 30 % ;

La morphologie des pores est passée d'interconnectée à isolée, et l'uniformité de la distribution s'est améliorée ;

La densité de distribution des produits d'hydratation (gel CSH) a augmenté de manière significative.

5. Applications techniques et avantages économiques

5.1 Solution d'adaptation de la ligne de production

Modernisation d'une ligne de production existante : ajout d'un moteur à fréquence variable et d'un système de commande ; cycle de modernisation ≤ 5 jours ;

Intégration d'une nouvelle ligne de production : configurez directement une table vibrante optimisée à spectre complet ;

Conception compatible : Prend en charge la liaison intelligente avec les systèmes hydrauliques, les fours de séchage et autres équipements.

5.2 Évaluation complète des avantages
Prenons comme exemple une chaîne de production ayant une capacité de production annuelle de 10 millions de blocs :

Avantages directs : Réduction des pertes dues à la casse d’environ 450 000 RMB par an ; réduction des coûts de remplacement des moules de 300 000 RMB ;

Avantages en matière d'économies d'énergie : Permet d'économiser environ 32 000 kWh d'électricité par an ; réduit les émissions de carbone de 25 tonnes ;

Augmentation de capacité : Augmente la production quotidienne de blocs d'environ 5 000 blocs, ce qui entraîne une augmentation des revenus annuels d'environ 600 000 RMB.

5.3 Potentiel de promotion de l'industrie
Cette technologie convient pour :

Production de produits haut de gamme tels que des blocs à haute résistance, des blocs légers et des blocs décoratifs ;

Production de blocs respectueux de l'environnement avec une teneur élevée en granulats de déchets solides (cendres volantes, déchets de construction) ;

Lignes de production de blocs intelligents hautement automatisées.

6. Conclusions et perspectives

Cette étude confirme que l'optimisation du spectre vibratoire permet d'améliorer la résistance au démoulage des blocs de maçonnerie de plus de 35 %, tout en réduisant la consommation d'énergie et l'usure du moule. L'association de vibrations couplées multibandes et d'une technologie de contrôle adaptatif offre une voie d'amélioration optimisée et intelligente pour le processus de moulage des blocs. Les perspectives de recherche futures incluent :

Système d'apprentissage automatique du spectre IA : optimisation automatique des modes de vibration en fonction des données de production ;

Technologie de simulation multi-échelle : modélisation de la chaîne complète, de la simulation au niveau des particules à la prédiction de la résistance macroscopique ;

Intégration des procédés verts : intégration de l’optimisation spectrale avec des technologies telles que le durcissement par chaleur résiduelle et les matériaux cimentaires à faible émission de carbone.

Grâce à une innovation continue, la technologie d'optimisation du spectre vibratoire devrait devenir un moteur essentiel de l'amélioration de la qualité et de l'efficacité de l'industrie de la maçonnerie, favorisant la transformation et la modernisation des matériaux de construction vers des performances élevées et une faible consommation d'énergie.