Исследование технологического процесса, позволяющего повысить прочность блоков при извлечении из формы на 35% за счет оптимизации спектра вибрации.

Исследование технологического процесса, позволяющего повысить прочность блоков при извлечении из формы на 35% за счет оптимизации спектра вибрации.

Аннотация. Прочность блоков при извлечении из формы является ключевым показателем, влияющим на эффективность производства и качество готовой продукции. Традиционные процессы вибрационного формования часто приводят к рыхлой внутренней структуре блоков и легкому повреждению при извлечении из формы из-за односпектрального и неравномерного распределения энергии. В данном исследовании предлагается технологический процесс, основанный на многодиапазонной связанной вибрации и оптимизации спектра в реальном времени. Путем построения скоординированного режима вибрации «высокочастотное рассеивание – низкочастотное уплотнение» и его сочетания с адаптивной системой управления прочность блоков при извлечении из формы может быть улучшена более чем на 35%. Эксперименты показывают, что оптимизированный процесс позволяет одновременно сократить время извлечения из формы на 20% и скорость износа формы на 18%, обеспечивая эффективное и энергосберегающее техническое решение для производства высококачественных блоков.

Ключевые слова: Оптимизация спектра вибрации; прочность при извлечении блока из формы; многочастотная связанная вибрация; анализ спектра в реальном времени; адаптивное управление; процесс формования; путь повышения прочности.

1. Введение

В процессе формования блоков недостаточная прочность при извлечении из формы приводит к увеличению частоты разрушения блоков, снижению эффективности производства и усилению износа пресс-формы. Традиционные вибрационные системы часто используют фиксированные частоты, которые трудно адаптировать к динамическим требованиям различных соотношений материалов и стадий формования, что легко приводит к потерям энергии и структурным дефектам. В последние годы технология спектральной оптимизации показала потенциал в области формования материалов, но ее систематическое применение в производстве блоков все еще недостаточно изучено. В данной работе в качестве основной переменной используется спектр вибрации, и с помощью теоретического моделирования, анализа моделирования и экспериментальной проверки исследуется количественно измеримый и воспроизводимый путь повышения прочности при извлечении из формы.

2. Механизм взаимосвязи между спектром вибраций и прочностью при выдавливании из формы.

2.1 Влияние спектральных характеристик на внутреннюю структуру блоков
Высокочастотная вибрация (80-120 Гц): способствует равномерному распределению мелкого заполнителя и суспензии, уменьшая локальную пористость;

Низкочастотная вибрация (25-40 Гц): усиливает эффект сцепления между заполнителями, повышая общую плотность;

Эффект связи в частотных диапазонах: обеспечивает передачу градиента энергии за счет временного чередования резонанса частиц.

2.2 Механизм формирования прочности при извлечении из формы
Прочность при извлечении из формы зависит от силы внутреннего сцепления и структурной целостности блока. Оптимизация спектра свойств может повысить прочность следующими методами:

Снижение пористости до уровня ниже 8%, уменьшение количества слабых мест в структуре;

Увеличение плотности переходной зоны между цементным тестом и заполнителем;

Оптимизация распределения продуктов гидратации, сокращение времени формирования начальной прочности.

3. Оптимизация спектра вибрации и проектирование технологического процесса.

3.1 Архитектура многополосной системы связанных колебаний
Система состоит из трех частей:

Двухмоторное устройство совместного привода: главный двигатель (преобразование частоты 0-120 Гц), вспомогательный двигатель (преобразование частоты 0-50 Гц), поддерживающий фазовую синхронизацию;

Модуль мониторинга спектра в реальном времени: встроенный акселерометр и анализатор БПФ, динамически регистрирующие распределение энергии вибрации;

Адаптивный контроллер: основан на ПИД-алгоритме и базе данных материалов, регулирует частоту, амплитуду и длительность в реальном времени.

3.2 Схема оптимизации параметров процесса
Анализ адаптивности материала: подбор исходного спектра в соответствии с размером частиц заполнителя и реологией суспензии;

Стратегия вибрации сцены:

Начальный этап (0-3 с): преобладание высоких частот (100 Гц), способствующее выравниванию;

Средняя стадия (3-8 с): преобладание низких частот (35 Гц), достижение уплотнения;

Заключительный этап (8-10 с): чередование высоких и низких частот (50 Гц/90 Гц), повышение структурной однородности.

Регулирование с обратной связью в замкнутом контуре: динамическая коррекция спектральных параметров с использованием данных датчика сопротивления при извлечении из формы.

3.3 Ключевые технологические прорывы

Технология быстрого переключения спектра: время отклика переключения частоты < 0,1 с;

Алгоритм направленной передачи энергии: оптимизация пути распространения вибрации на основе геометрии блока;

Синхронное управление с защитой от помех: решение проблем дрейфа фазы при координации нескольких двигателей.

4. Экспериментальная проверка и анализ эффекта

4.1 Экспериментальный дизайн

Контрольная группа: Традиционная вибрация с фиксированной частотой (50 Гц);

Экспериментальная группа: Оптимизированная спектральная вибрация (многополосная связь);

Показатели испытаний: прочность при извлечении из формы (МПа), пористость (%), время извлечения из формы (с), износ формы (г/10 000 циклов).

4.2 Сравнение результатов

Показатели | Контрольная группа | Экспериментальная группа | Улучшение

Прочность на разрыв (МПа) | 1,2 | 1,62 | +35%

Пористость (%) | 12,5 | 8,1 | -35%

Время извлечения из формы (с) | 15 | 12 | -20%

Износ пресс-формы (г/10 000 циклов) | 120 | 98,4 | -18%

Потребление энергии (кВт·ч/1000 единиц) | 18,5 | 15,2 | -18%

4.3 Анализ микроструктуры

Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) показала:

Толщина переходной зоны между заполнителем и суспензией в образцах экспериментальной группы уменьшилась на 30%;

Морфология пор изменилась с взаимосвязанной на изолированную, а равномерность их распределения улучшилась;

Плотность распределения продуктов гидратации (геля CSH) значительно увеличилась.

5. Применение в инженерии и экономические выгоды

5.1 Решение по адаптации производственной линии

Модернизация существующей производственной линии: установка двигателя с регулируемой частотой вращения и системы управления; цикл модернизации ≤ 5 дней;

Интеграция в новую производственную линию: прямая настройка оптимизированного вибрационного стола полного спектра;

Совместимость: Поддерживает интеллектуальную связь с гидравлическими системами, печами для сушки и другим оборудованием.

5.2 Комплексная оценка льгот
Рассмотрим в качестве примера производственную линию с годовой производительностью 10 миллионов блоков:

Прямые преимущества: Сокращение потерь от брака примерно на 450 000 юаней в год; снижение затрат на замену пресс-форм на 300 000 юаней;

Энергосберегающие преимущества: экономия примерно 32 000 кВт·ч электроэнергии в год; сокращение выбросов углекислого газа на 25 тонн;

Увеличение производственных мощностей: увеличивает ежедневное производство блоков примерно на 5000 блоков, что приводит к увеличению годовой выручки примерно на 600 000 юаней.

5.3 Потенциал развития отрасли
Данная технология подходит для:

Производство высококачественной продукции, такой как высокопрочные блоки, легкие блоки и декоративные блоки;

Экологически чистое производство блоков с высоким содержанием твердых отходов в качестве заполнителей (зола-унос, строительные отходы);

Высокоавтоматизированные интеллектуальные линии по производству блоков.

6. Выводы и перспективы

Данное исследование подтверждает, что оптимизация спектра вибрации может повысить прочность кладки при извлечении блоков из формы более чем на 35%, одновременно снижая энергопотребление и износ формы. Сочетание многодиапазонной связанной вибрации и технологии адаптивного управления обеспечивает усовершенствованный и интеллектуальный путь модернизации процесса формования блоков. Направления будущих исследований включают:

Система самообучения на основе спектра ИИ: автоматическая оптимизация режимов вибрации на основе производственных данных;

Технология кросс-масштабного моделирования: моделирование всей цепи от моделирования на уровне частиц до прогнозирования макроскопической прочности;

«Зеленая» интеграция процессов: интеграция оптимизации спектра с такими технологиями, как твердение с использованием отработанного тепла и низкоуглеродистые цементные материалы.

Ожидается, что благодаря непрерывным инновациям технология оптимизации спектра вибраций станет ключевой движущей силой повышения качества и эффективности каменной промышленности, способствуя трансформации и модернизации строительных материалов в направлении высоких эксплуатационных характеристик и низкого энергопотребления.