تقنية الطوب

دراسة تحسين تصميم وآداء ماكينة البثق الفراغية

الممارسة الهندسية على أساس تحسين هيكل ماكينة البثق الفراغية ذات المرحلتين

في خط إنتاج الطوب المشوي، تعتبر ماكينة البثق الفراغية للطين المشوي (Vacuum Extruder) الجهاز الرئيسي الذي يحدد جودة الطوب وكفاءة الإنتاج. ومع تزايد متطلبات صناعة الطوب والقرميد من حيث جودة المنتجات والإنتاجية وموثوقية المعدات، أصبح من الضروري تحسين هيكل ماكينة البثق الفراغية وتطوير تقنياتها.

من خلال دراسة وتحليل مختلف معدات البثق الفراغية المطورة داخلياً ودولياً، وبالاستفادة من خبرات التقنيات المتقدمة لشركات التصنيع المختلفة، تم إجراء تحسين وتصميم منهجي للهياكل الرئيسية مع ضمان أداء المعدات. ومن خلال اختيار المكونات المساندة الناضجة تقنياً والمعقولة اقتصادياً، يمكن تحسين وظائف المعدات مع تقليل تكاليف التصنيع بفعالية، وبالتالي تحقيق تحسين شامل على مستوى أداء المعدات والجوانب الاقتصادية.

أولاً، تصميم تحسين المكونات الرئيسية

1.1 تحسين هيكل محور الكاتر (المحور الرئيسي)

محور الكاتر هو المكون الأساسي لنقل الحركة في آلة البثق الفراغية، ويتمثل دوره الرئيسي في نقل الطاقة ودفع المادة الطينية للأمام، مع تحمل عزم دوران وضغط محوري كبير. لذلك، يعتبر تصميم هيكل محور الكاتر مباشرة مرتبطًا بثبات وموثوقية الجهاز بأكمله.

في الهيكل الأصلي لآلة البثق الفراغية، كان قطر منطقة محمل محور الكاتر Φ170 مم، ويتم دعمه بثلاثة محامل (واحد منها محمل سطحي). ولكن في عملية التشغيل الفعلية، توجد المشاكل التالية في هذا الهيكل:

 المسافة بين محوري الحامل الأمامي والخلفي صغيرة

 فترة ذراع محور الكاتر طويلة نسبياً

 الانحناء في المحور كبير خلال التشغيل

هذا الهيكل يؤدي بسهولة إلى اهتزاز رأس آلة البثق أثناء التشغيل (المعروف باسم ظاهرة "اهتزاز الرأس"). عندما يكون نطاق الاهتزاز كبيرًا جدًا أو يستمر لفترة زمنية طويلة، لن يؤثر ذلك فقط على استقرار تشغيل المعدات، بل قد يؤدي أيضًا إلى تلف الأجزاء أو حتى توقف الإنتاج.

وفقًا للتحليل النظري الميكانيكي:

لتكن المسافة من محور الحامل الأمامي إلى طرف محور الكاتر الأمامي L₁

والمسافة بين مركزي الحامل الأمامي والخلفي L₂

عندما يتم استيفاء الشرط:

L₂ / L₁ ≥ 0.7

يمكن لمحور الكاتر الحفاظ على استقرار تشغيل جيد.

أما في هيكل الجهاز الأصلي:

L₂ / L₁ = 1040 / 1950 = 0.533

وهو أقل بكثير من نطاق التصميم المعقول، لذا يوجد نقص في تصميم الهيكل.

1.2 خطة تحسين الهيكل

خلال عملية تحسين التصميم، تم تحقيق عقلنة هيكل محور القاطع من خلال تعديل الهيكل الأساسي لنقل الحركة.

الإجراءات الرئيسية تشمل:

 تغيير القابض الهوائي الشعاعي الأصلي إلى قابض هوائي محوري

 تقليص الأبعاد المحورية لتركيب القابض

 تحريك قاعدة محمل محور القاطع إلى الخلف

من خلال التحسين أعلاه:

زادت المسافة بين مراكز المحامل الأمامية والخلفية بحوالي 400 مم

في الهيكل الجديد

L₂ / L₁ = (1040 + 400) / 1950 = 0.74

النسبة المذكورة تلبي متطلبات التشغيل المستقر، مما يجعل محور القاطع يعمل بشكل أكثر سلاسة وموثوقية.

نظرًا لتحسن صلابة الهيكل، يمكن تحسين قطر محور القاطع بما يتناسب:

القطر الأقصى الأصلي للمحور: Φ185 مم

بعد التحسين في منطقة المحمل: Φ150 مم

القطر الأقصى: Φ160 مم

بعد تحسين الهيكل:

 انخفض وزن الجسم المحوري بشكل واضح

 الهيكل الميكانيكي أصبح أكثر منطقية

 انخفضت صعوبة التصنيع والمعالجة

في الوقت ذاته، تقلصت أبعاد المحامل والمكونات ذات الصلة، مما جعل نظام محور القاطع بأكمله أكثر تماسكاً.

 ثانيًا، تحسين نظام القابض الهوائي

في تصميم المعدات الأصلية، تم استخدام القابض الهوائي الشعاعي كجهاز توصيل الطاقة. توجد العيوب التالية في هذا الهيكل:

- هيكل معقد

- يشغل مساحة كبيرة

- يتطلب تركيب وضبط عالي الدقة

- يتطلب دقة محاذاة صارمة للمعدات

يحتاج القابض الهوائي الشعاعي إلى محاذاة دقيقة مع المخفض عبر الوصلة المرنة، ويتطلب هيكل دعم إضافي، مما يجعل التركيب والصيانة أكثر تعقيدًا.

في التصميم المحسن، يتم استبداله بالكامل بقابض هوائي محوري، ويتم تركيبه مباشرة على العمود السريع للمخفض.

يتميز هذا الهيكل بالمزايا التالية:

- هيكل أكثر إحكامًا

- سهولة ضمان دقة التركيب

- سهولة الضبط والصيانة

- انخفاض وزن المعدات بشكل ملحوظ

- تقليل متطلبات نظام ضغط الهواء

من خلال هذا التحسين، لا يتم فقط تعزيز موثوقية تشغيل المعدات، بل يجعل أيضًا هيكل النقل الكلي أكثر بساطة.

 3. تحسين قدرة إنتاج المعدات

كانت المكبس المزدوجة بالفراغ الأصلية تواجه مشكلة انخفاض الإنتاجية في الاستخدام الفعلي. بعد التحليل الفني، تبين أن الأسباب الرئيسية تشمل:

 عدم كفاية قدرة التغذية للمرحلة العليا

 نسبة ضغط التجويف المخروطي كبيرة جدًا

 سرعة النقل في المرحلة العليا منخفضة

نسبة ضغط التجويف المخروطي للمعدة الأصلية:

λ = 2.6

هذه القيمة قد اقتربت من الحد الأعلى المسموح به في التصميم.

النطاق المعقول عادة هو:

λ = 2.0 – 2.6

نظرًا لأنها كبيرة جدًا، فإن ذلك يؤدي إلى انخفاض سرعة نقل المعجون، مما يقلل كمية المعجون التي تدخل صندوق الفراغ في وقت معين، وبالتالي يحد من إنتاجية الجهاز بالكامل.

في التصميم المحسن، من خلال تعديل أبعاد الغطاء المخروطي الداخلي والخارجي، تم تحسين نسبة الضغط لتصبح:

λ = 2.3

وفي الوقت نفسه، وبسبب استبدال القابض المحوري، تم زيادة سرعة المرحلة العليا بشكل مناسب، مما أدى إلى تعزيز قدرة نقل المعجون بشكل واضح.

بعد التحسين:

زيادة كمية المعجون التي تدخل صندوق الفراغ في وحدة الوقت حوالي 22%

قدرة الإنتاج للآلة المزدوجة بالفراغ الجديدة ارتفعت حوالي 25% مقارنة بالنموذج الأصلي

 رابعاً، تخفيف الوزن الهيكلي وتحسين التصنيع

خلال عملية تحسين الجهاز بشكل كامل، تم أيضًا إجراء تحسينات نظامية على عدة مكونات هيكلية لرفع كفاءة تصنيع الجهاز ومعقولية الهيكل.

4.1 تحسين وزن الهيكل

مع ضمان قوة الجهاز وأدائه، تم تحسين الهيكل للأجزاء الرئيسية التالية:

- صندوق الاستقبال

- صندوق الفراغ

- هيكل الجهاز

من خلال تحسين الهيكل المصبوب وعملية التصنيع، تم تقليل الوزن الكلي للجهاز بشكل ملحوظ، وفي الوقت نفسه زيادة كفاءة التصنيع.        

4.2 تصميم المعايير للأجزاء

في تصميم المعدات الأصلية، بعض الأجزاء الملحقة مثل:

• الفلاتر

• قضبان انزلاق المحرك

• نظام الإضاءة

• باب صيانة صندوق الفراغ

• توجد اختلافات في الهيكل بين نماذج المعدات المختلفة.

• في التصميم المحسن، من خلال تنفيذ تصميم موحد للأجزاء، يتم تحقيق الأهداف التالية:

• استخدام مكونات هيكل موحدة في نماذج المعدات المختلفة

• إجراء تعديلات مناسبة على الأبعاد فقط

• إنشاء نظام للمكونات المعيارية داخل الشركة

هذه الإجراءات جلبت ميزات إنتاجية واضحة:

• تقليل أنواع الأجزاء

• زيادة القدرة على الإنتاج بالجملة

• تحسين كفاءة المعالجة

• تقليل تعقيد التصنيع

خامسًا، تحسين تأثير التصميم

من خلال تحسين النظام الهيكلي بشكل منهجي وترقية التكنولوجيا، حقق JZK50/50-15 المحدث للمضخة الفراغية ذات المرحلتين تحسنًا ملحوظًا في عدة جوانب:

• من ناحية الهيكل

• أصبح هيكل الجهاز أكثر إحكامًا

• أصبح نظام النقل أكثر منطقية

• تم تحسين مستوى توحيد المكونات

• من ناحية الأداء

• أصبح دوران عمود القاطعة أكثر استقرارًا

• تم تحسين القدرة الإنتاجية بشكل ملحوظ

• تم تعزيز موثوقية تشغيل الجهاز

• من ناحية التصنيع

• تم تحسين وزن الجهاز

• تم تحسين كفاءة التصنيع والمعالجة

• أصبح الهيكل العام أكثر منطقية

بشكل عام، أسهم تحسين التصميم ليس فقط في رفع المستوى التكنولوجي للجهاز، بل أيضًا في زيادة كفاءة الإنتاج وموثوقية الجهاز، مما يجعل المضخة الفراغية تلعب دورًا أكبر في خط إنتاج الطوب والقرميد.