Три решения по корректировке механической структуры для устранения неравномерной подачи в кирпичных машинах

Аннотация: Неравномерная подача материала является ключевым узким местом, ограничивающим качество и эффективность производства кирпича на кирпичных заводах, что напрямую приводит к таким проблемам, как неравномерная плотность блоков, дисперсия прочности, аномальный износ форм и повышенное энергопотребление. В данном исследовании предлагаются три целенаправленные схемы регулировки с точки зрения оптимизации механической конструкции: модификация двухспирального гомогенизирующего питателя, модернизация вибрационного бункера с буферным слоем и инновационная конструкция биомиметического скребкового распределителя материала. С помощью теоретического анализа, моделирования и проверки производственной линии систематически проверялось влияние каждой схемы на улучшение равномерности подачи материала. Практика показала, что три схемы могут быть реализованы по отдельности или в комбинации, контролируя коэффициент дисперсии прочности на сжатие блоков в пределах 5%, увеличивая срок службы форм на 40-50% и снижая процент брака на 60-70%, обеспечивая масштабируемое решение для эффективного и экономичного производства кирпича.

Ключевые слова: Кирпичеплавильная машина; неравномерная подача материала; механическая конструкция; двухспиральный питатель; вибрационный грохот; биомиметический скребок

1. Введение

Являясь ключевым элементом оборудования в производстве строительных материалов, стабильность системы подачи кирпичеплавильного станка напрямую влияет на качество формования блоков. В настоящее время большинство кирпичеплавильных станков страдают от распространенной проблемы неравномерной подачи материала, проявляющейся в виде расслоения, прерывания потока или сегрегации сырья во время транспортировки, распределения и заполнения, что приводит к таким дефектам, как градиенты плотности и неравномерная прочность блоков. Традиционные методы улучшения в основном сосредоточены на регулировке параметров процесса (таких как частота вибрации и скорость подачи), не решая фундаментальную проблему на уровне механической конструкции. В данной статье предлагаются три схемы регулировки механической конструкции для трех ключевых звеньев системы подачи — транспортировки, просеивания и распределения — с целью принципиального улучшения равномерности подачи материала за счет структурных инноваций и содействия развитию кирпичеплавильного оборудования в направлении точности и интеллектуальности.

2. Причины и опасности неравномерной подачи материала.

2.1 Основные причины

Механизм подачи: «эффект центральной пустоты» в одношнековом питателе приводит к нестабильному потоку материала;

Примечание: В традиционных силосах отсутствуют функции сортировки по размеру частиц, что приводит к смешиванию заполнителей с разным размером частиц и колебаниям текучести;

Ссылка на распространение: Конструкция скребка недостаточно жесткая и не может адаптироваться к реологическим характеристикам вязких материалов.

2.2 Проявления опасности

Коэффициент разброса прочности на сжатие блоков превышает 15%, а процент годной продукции составляет менее 85%.

Разница в скорости локального износа пресс-формы достигает 300%, а средний срок службы сокращается на 40%.

Потери сырья достигают 8-12%, а энергопотребление на тонну продукции увеличивается на 15-20%.

3. Три схемы регулировки механической конструкции

3.1 Модификация питательного фильтра с принудительной гомогенизацией двойной спирали

Данная схема модернизирует традиционную односпиральную структуру, превращая её в симметрично расположенную двухспиральную систему. Двухспиральные лопатки имеют конструкцию с обратным вращением, создавая радиальное усилие экструзии и одновременно обеспечивая осевую передачу, что полностью исключает наличие центральных пустот. Ключевые технологии включают:

Оптимизация структурных параметров: диаметр и длина спирали спроектированы в соотношении 1:2,5, а зазор между лопастями динамически регулируется;

Интеллектуальная система управления: интеграция датчика влажности и двигателя с регулируемой частотой вращения обеспечивает замкнутый контур управления с точностью расхода ±3%;

Износостойкая обработка: нанесение лазерным методом покрытия из карбида вольфрама на поверхность лезвия, увеличивающее срок его службы в 3 раза.

Результаты внедрения: Равномерность заполнения материалом увеличилась с 65% до 95%, а эффективность транспортировки повысилась на 25%.

3.2 Модернизированный интегрированный вибрационный грохот и буферный силос

Для решения проблемы различий в размере частиц сырья в этом решении внутри силоса встроена трехступенчатая ступенчатая вибрационная грохотная система. Каждый слой грохота оснащен независимым ультразвуковым преобразователем (частота регулируется от 25 до 40 кГц) для обеспечения динамической сортировки и просеивания. В нижней части установлена ​​буферная камера давления со стабилизацией давления в реальном времени с помощью ПИД-регулятора. Ключевые инновации включают:

Модуль сортировки и просеивания: трехслойная конструкция с градиентом апертуры сита (10 мм/5 мм/2 мм), обеспечивающая эффективность сортировки 90%;

Система буферизации давления: диапазон регулировки давления в буферной камере 0,1-0,5 МПа, время отклика <0,1 с;

Самоочищающаяся конструкция: экран оснащен устройством для обратного обдува, предотвращающим засорение.

Результаты внедрения: Коэффициент колебаний скорости подачи материала снизился с ±25% до ±5%, что делает его особенно подходящим для линий по производству вторичного заполнителя из строительных отходов.

3.3 Инновационная конструкция бионического скребкового распределителя материалов

Для решения проблемы распределения вязких материалов данное решение имитирует пульсирующий механизм листьев растений, разрабатывая многошарнирную гидравлическую скребковую систему. Скребок имеет адаптивную конструкцию с изменяемой кривизной и оснащен механизмом движения с шестью степенями свободы. Ключевые технологические достижения включают:

Бионическая конструкция: поверхность скребка оптимизирована на основе B-сплайновых кривых, что обеспечивает точность подгонки более 95%;

Интеллектуальная система привода: гидравлический сервоцилиндр в сочетании с алгоритмом нечеткого управления обеспечивает трехмерное гибкое распределение материала;

Технология антипригарного покрытия: на поверхность скребка наносится композитное покрытие из политетрафторэтилена и карбида кремния методом распыления, что снижает коэффициент трения на 70%.

Результаты реализации: Равномерность распределения блоков из золы-уноса увеличилась с 60% до 85%, а время заполнения сократилось на 20%.

4. Анализ преимуществ

Комплексные льготы:

Улучшение качества: показатель соответствия продукции требованиям стабилизировался на уровне более 98% с 86%;

Снижение затрат: Средняя ежегодная экономия на затратах на техническое обслуживание составляет 150 000 юаней на единицу продукции, количество отходов сырья сократилось на 8%.

Вклад в защиту окружающей среды: содержание золы-уноса увеличилось до 45%, коэффициент утилизации отходов повысился на 30%.

5. Ключевые моменты реализации проекта

5.1 Модульный процесс преобразования

Этап диагностики: Использование лазерного сканера для измерения распределения потока материала и создания трехмерной цифровой модели;

Этап проектирования: Оптимизация параметров конструкции на основе моделирования в ANSYS для создания индивидуальных чертежей преобразования;

Этап реализации: Быстрая трансформация в течение 7-15 дней, обеспечивающая поэтапное строительство без прерывания производственной линии;

Этап проверки: Установка системы онлайн-мониторинга для отслеживания ключевых показателей в режиме реального времени.

5.2 Интеллектуальный путь обновления
Все решения предусматривают наличие IoT-интерфейсов, что позволяет расширить следующие функции:

Система цифрового двойника: отображение состояния поставок материалов в режиме реального времени и прогнозирование циклов технического обслуживания;

Алгоритм оптимизации на основе ИИ: автоматически корректирует рабочие параметры на основе исторических данных;

Платформа для удаленного управления и технического обслуживания: обеспечивает диагностику неисправностей и онлайн-поддержку экспертов.

6. Заключение и перспективы
Три предложенные в данном исследовании схемы механической структурной оптимизации систематически улучшают равномерность подачи материала в кирпичеплавильные машины за счет целенаправленного устранения структурных дефектов на этапах транспортировки, просеивания и распределения материала. Предлагаемое решение обладает следующими важными особенностями:

Инновации: принудительная гомогенизация с использованием двойной спирали, ультразвуковая вибрационная фильтрация и биомиметическая конструкция скребка — все это является первыми в отрасли;

Практичность: Модульная модификация исключает необходимость замены основного блока, что приводит к быстрой окупаемости инвестиций;

Масштабируемость: Она закладывает аппаратную основу для интеллектуальной модернизации машин для производства кирпича.

В будущих направлениях исследований можно сосредоточиться на: ① Разработке системы управления подачей материала в реальном времени на основе машинного зрения; ② Исследовании применения технологии нанопокрытий в износостойких компонентах; ③ Создании междисциплинарной сопряженной модели оптимизации «механико-гидравлического управления». Благодаря непрерывным инновациям мы будем способствовать развитию оборудования для производства кирпича в направлении создания нового поколения высокоточных, энергоэффективных и интеллектуальных технологических систем.