Trois solutions de réglage de la structure mécanique pour résoudre les problèmes d'alimentation irrégulière dans les machines à briques

Résumé : L’alimentation irrégulière en matériaux constitue un goulot d’étranglement majeur, limitant la qualité et l’efficacité de la production des machines à fabriquer des briques. Elle engendre des problèmes tels qu’une densité de blocs hétérogène, une dispersion de la résistance, une usure anormale des moules et une consommation d’énergie accrue. Cette étude propose trois solutions d’optimisation de la structure mécanique : la modification de l’alimentateur homogénéisateur forcé à double hélice, la modernisation du silo intégré à tamis vibrant et tampon, et la conception innovante d’un distributeur de matériaux biomimétique à racleur. L’efficacité de chaque solution sur l’uniformité de l’alimentation a été systématiquement vérifiée par analyse théorique, simulation et validation sur ligne de production. Les résultats pratiques montrent que ces trois solutions peuvent être mises en œuvre individuellement ou conjointement, permettant de contrôler le coefficient de dispersion de la résistance à la compression des blocs à moins de 5 %, d’augmenter la durée de vie des moules de 40 à 50 % et de réduire le taux de rebuts de 60 à 70 %. Elles constituent ainsi une solution adaptable pour une production de briques efficace et économe en énergie.

Mots-clés : Machine à fabriquer des briques ; alimentation irrégulière en matériaux ; structure mécanique ; alimentateur à double hélice ; crible vibrant ; racleur biomimétique

1. Introduction

En tant qu'équipement essentiel à la production de matériaux de construction, la stabilité du système d'alimentation de la machine à fabriquer des briques influe directement sur la qualité du moulage des blocs. Actuellement, la plupart des machines à fabriquer des briques souffrent d'un problème courant d'alimentation irrégulière en matériaux, se manifestant par une stratification, une interruption du flux ou une ségrégation des matières premières lors du transport, de la distribution et du remplissage. Il en résulte des défauts tels que des gradients de densité et une résistance inégale des blocs. Les méthodes d'amélioration traditionnelles se concentrent principalement sur le réglage des paramètres de processus (tels que la fréquence de vibration et la vitesse d'alimentation), sans s'attaquer au problème fondamental au niveau de la structure mécanique. Cet article propose trois schémas d'ajustement de la structure mécanique pour les trois étapes clés du système d'alimentation — transport, tamisage et distribution — visant à améliorer fondamentalement l'uniformité de l'alimentation en matériaux grâce à une innovation structurelle et à promouvoir le développement des équipements de fabrication de briques vers une plus grande précision et une plus grande intelligence.

2. Causes et risques d'une alimentation irrégulière en matériaux

2.1 Principales causes

Liaison de convoyage : « l’effet de vide central » de l’alimentateur à vis unique entraîne un flux de matériau instable ;

Lien de sélection : Les silos traditionnels ne possèdent pas de fonctions de calibrage, ce qui entraîne le mélange d’agrégats de tailles de particules différentes et des fluctuations de fluidité ;

Lien de distribution : La structure du racleur manque de rigidité et ne peut s’adapter aux caractéristiques rhéologiques des matériaux visqueux.

2.2 Manifestations du danger

Le coefficient de dispersion de la résistance à la compression des blocs dépasse 15 % et le taux de qualification du produit est inférieur à 85 % ;

La différence de taux d'usure local du moule atteint 300 %, et la durée de vie moyenne est réduite de 40 % ;

Le taux de gaspillage de matières premières atteint 8 à 12 %, et la consommation d'énergie par tonne de produit augmente de 15 à 20 %.

3. Trois schémas d'ajustement de la structure mécanique

3.1 Modification du dispositif d'alimentation homogénéisante forcée à double hélice

Ce système modernise la structure traditionnelle à simple hélice en un système à double hélice symétrique. Les pales de la double hélice adoptent une conception à rotation inversée, générant une force d'extrusion radiale tout en assurant un transport axial et éliminant ainsi tout vide central. Les technologies clés comprennent :

Optimisation des paramètres structurels : le pas et le diamètre de l’hélice sont conçus dans un rapport de 1:2,5, et l’écartement des pales est réglable dynamiquement ;

Système de contrôle intelligent : Intégrant un capteur d'humidité et un moteur à fréquence variable, permettant un contrôle en boucle fermée avec une précision de débit de ±3 % ;

Traitement anti-usure : revêtement en carbure de tungstène appliqué au laser sur la surface de la lame, triplant ainsi sa durée de vie.

Résultats de la mise en œuvre : L'uniformité du remplissage des matériaux est passée de 65 % à 95 %, et l'efficacité du transport a augmenté de 25 %.

3.2 Crible vibrant intégré et silo tampon améliorés

Pour pallier les différences de granulométrie des matières premières, cette solution intègre un système de criblage vibrant à trois étages à l'intérieur du silo. Chaque étage est équipé d'un transducteur ultrasonique indépendant (fréquence réglable de 25 à 40 kHz) permettant un classement et un criblage dynamiques. Une chambre tampon de pression est installée au fond, avec stabilisation de la pression en temps réel grâce à un régulateur PID. Principales innovations :

Module de classement et de tamisage : Conception à gradient d'ouverture d'écran à trois couches (10 mm/5 mm/2 mm), atteignant une efficacité de classement de 90 % ;

Système de tampon de pression : plage de pression de la chambre tampon réglable de 0,1 à 0,5 MPa, temps de réponse < 0,1 s ;

Conception autonettoyante : l’écran est équipé d’un dispositif de soufflage arrière pour éviter tout colmatage.

Résultats de la mise en œuvre : Le taux de fluctuation de la vitesse d'alimentation en matériaux a été réduit de ±25 % à ±5 %, ce qui le rend particulièrement adapté aux lignes de production d'agrégats recyclés de déchets de construction.

3.3 Conception innovante d'un distributeur de matériaux de type racleur bionique

Pour résoudre le problème de la distribution de matériaux visqueux, cette solution s'inspire du mécanisme de pulsation des feuilles de plantes, en développant un système de racleur hydraulique multi-articulé. Ce racleur adopte une conception adaptative à courbure variable et est équipé d'un mécanisme à six degrés de liberté. Les principales avancées technologiques sont les suivantes :

Conception structurelle bionique : La surface du racleur est optimisée sur la base de courbes B-spline, atteignant un ajustement supérieur à 95 % ;

Système d'entraînement intelligent : un servocylindre hydraulique associé à un algorithme de contrôle flou permet une distribution tridimensionnelle flexible des matériaux ;

Technologie de revêtement antiadhésif : un revêtement composite de polytétrafluoroéthylène et de carbure de silicium est pulvérisé sur la surface du racleur, réduisant le coefficient de frottement de 70 %.

Résultats de la mise en œuvre : L'uniformité de la distribution des blocs de cendres volantes est passée de 60 % à 85 %, et le temps de remplissage a été réduit de 20 %.

4. Analyse des avantages

Avantages complets :

Amélioration de la qualité : le taux de qualification des produits s'est stabilisé à plus de 98 %, contre 86 % auparavant ;

Réduction des coûts : Économies moyennes annuelles sur les coûts de maintenance de 150 000 RMB par unité, réduction des déchets de matières premières de 8 % ;

Contribution environnementale : La teneur en cendres volantes a augmenté à 45 %, le taux d'utilisation des résidus de déchets a augmenté de 30 %.

5. Points clés de la mise en œuvre du projet

5.1 Processus de transformation modulaire

Phase de diagnostic : Utiliser un scanner laser pour mesurer la distribution du flux de matière et établir un modèle numérique 3D ;

Phase de conception : Optimiser les paramètres structurels sur la base d’une simulation ANSYS afin de générer des dessins de transformation personnalisés ;

Phase de mise en œuvre : Transformation rapide en 7 à 15 jours, permettant une construction segmentée sans interruption de la chaîne de production ;

Phase de vérification : Mettre en place un système de surveillance en ligne pour suivre les indicateurs clés en temps réel.

5.2 Parcours de mise à niveau intelligent
Toutes les solutions réservent des interfaces IoT, permettant l'extension des fonctions suivantes :

Système de jumeau numérique : cartographie en temps réel de l’état des approvisionnements en matériaux et prédiction des cycles de maintenance ;

Algorithme d'optimisation par IA : ajuste automatiquement les paramètres de fonctionnement en fonction des données historiques ;

Plateforme d'exploitation et de maintenance à distance : permet le diagnostic des pannes et l'assistance d'experts en ligne.

6. Conclusion et perspectives
Les trois méthodes d'ajustement de la structure mécanique proposées dans cette étude améliorent systématiquement l'uniformité de l'alimentation en matériaux des machines de fabrication de briques en corrigeant spécifiquement les défauts structurels des étapes de convoyage, de criblage et de distribution des matériaux. La solution présente les caractéristiques importantes suivantes :

Innovation : L’homogénéisation forcée à double hélice, le tamisage par vibration ultrasonique et la conception biomimétique du racleur sont autant de premières dans l’industrie ;

Aspects pratiques : la modification modulaire élimine la nécessité de remplacer l’unité principale, ce qui permet un retour sur investissement rapide ;

Évolutivité : Elle pose les bases matérielles nécessaires à la mise à niveau intelligente des machines de fabrication de briques.

Les orientations futures de la recherche pourront porter sur : ① le développement d’un système de contrôle en temps réel de l’alimentation en matériaux basé sur la vision industrielle ; ② l’étude de l’application de la technologie de nano-revêtement aux composants résistants à l’usure ; ③ l’établissement d’un modèle d’optimisation couplé multidisciplinaire de la commande « mécanique-hydraulique ». Grâce à une innovation continue, nous ferons évoluer les équipements de fabrication de briques vers une nouvelle génération de systèmes technologiques intelligents, de haute précision et à faible consommation d’énergie.