Separacja materiałów jest nieodłącznym problemem w większości technologii magazynowania. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na produkty wyższej jakości, problem izolacji zapasów staje się bardziej dotkliwy.
Jak wszyscy wiemy, teleskopowe przenośniki promieniowe są najefektywniejszym rozwiązaniem do separacji stosów. Mogą one tworzyć zapasy warstwowo, a każda warstwa składa się z określonej liczby materiałów. Aby utworzyć zapasy w ten sposób, przenośnik musi pracować niemal bez przerwy. Podczas gdy ruch przenośników teleskopowych wymaga ręcznego sterowania, automatyzacja jest zdecydowanie najefektywniejszą metodą sterowania.
Automatyczne przenośniki chowane można zaprogramować tak, aby tworzyły niestandardowe zapasy w różnych rozmiarach, kształtach i konfiguracjach. Ta praktycznie nieograniczona elastyczność może poprawić ogólną wydajność operacyjną i zapewnić wyższą jakość produktów.
Wykonawcy wydają miliony dolarów rocznie na produkcję kruszyw do szerokiej gamy zastosowań. Do najpopularniejszych należą materiały podbudowy, asfalt i beton.
Proces tworzenia produktów do tych zastosowań jest złożony i kosztowny. Bardziej rygorystyczne specyfikacje i tolerancje sprawiają, że jakość produktu staje się coraz ważniejsza.
Ostatecznie materiał jest wyjmowany ze składowiska i transportowany do miejsca, w którym zostanie włączony do podłoża, asfaltu lub betonu.
Sprzęt potrzebny do oczyszczania, śrutowania, kruszenia i przesiewania jest bardzo drogi. Jednak zaawansowane urządzenia potrafią stale produkować kruszywo zgodnie ze specyfikacją. Zapasy mogą wydawać się błahym elementem zintegrowanego procesu produkcyjnego, ale jeśli zostaną nieprawidłowo przeprowadzone, mogą skutkować produktem idealnie zgodnym ze specyfikacją, który w rzeczywistości nie spełnia specyfikacji. Oznacza to, że stosowanie niewłaściwych metod magazynowania może skutkować utratą części kosztów wytworzenia produktu wysokiej jakości.
Chociaż umieszczenie produktu w magazynie może obniżyć jego jakość, zapasy stanowią ważną część całego procesu produkcyjnego. To metoda magazynowania, która zapewnia dostępność materiału. Tempo produkcji często różni się od tempa produkcji potrzebnego do danego zastosowania, a zapasy pomagają zrekompensować tę różnicę.
Zapasy zapewniają również wykonawcom wystarczającą przestrzeń magazynową, aby mogli skutecznie reagować na wahania popytu rynkowego. Ze względu na korzyści, jakie oferuje magazynowanie, zawsze będzie ono ważną częścią całego procesu produkcyjnego. Dlatego producenci muszą stale udoskonalać swoje technologie magazynowania, aby minimalizować ryzyko związane z magazynowaniem.
Głównym tematem tego artykułu jest izolacja. Segregacja jest definiowana jako „rozdzielenie materiału według wielkości cząstek”. Różne zastosowania kruszyw wymagają bardzo specyficznych i jednorodnych klas materiału. Segregacja prowadzi do nadmiernych różnic w odmianach produktów.
Separacja może nastąpić praktycznie w dowolnym miejscu procesu produkcji kruszywa, po rozkruszeniu, przesianiu i wymieszaniu produktu do uzyskania właściwej gradacji.
Pierwszym miejscem, w którym może dojść do segregacji, są zapasy (patrz rysunek 1). Po umieszczeniu materiału w zapasach, zostanie on ostatecznie poddany recyklingowi i dostarczony do miejsca, w którym zostanie wykorzystany.
Drugim miejscem, w którym może dojść do separacji, jest proces przetwarzania i transportu. Po dotarciu do wytwórni asfaltu lub betonu, kruszywo jest umieszczane w zasobnikach i/lub zbiornikach magazynowych, z których produkt jest pobierany i wykorzystywany.
Segregacja występuje również podczas napełniania i opróżniania silosów. Segregacja może również wystąpić podczas nakładania gotowej mieszanki na drogę lub inną powierzchnię po wymieszaniu kruszywa z mieszanką asfaltową lub betonową.
Jednorodne kruszywo jest niezbędne do produkcji wysokiej jakości asfaltu lub betonu. Wahania uziarnienia kruszywa oddzielanego praktycznie uniemożliwiają uzyskanie akceptowalnej jakości asfaltu lub betonu.
Mniejsze cząstki o danej masie mają większą całkowitą powierzchnię niż większe cząstki o tej samej masie. Stwarza to problemy podczas łączenia kruszyw w mieszanki asfaltowe lub betonowe. Zbyt wysoki udział drobnych cząstek w kruszywie spowoduje niedobór zaprawy lub bitumu, a mieszanka będzie zbyt gęsta. Zbyt wysoki udział grubych cząstek w kruszywie spowoduje nadmiar zaprawy lub bitumu, a konsystencja mieszanki będzie zbyt rzadka. Drogi zbudowane z kruszyw rozdzielonych charakteryzują się słabą integralnością strukturalną i w efekcie będą miały krótszą żywotność niż drogi zbudowane z prawidłowo rozdzielonych kruszyw.
Wiele czynników prowadzi do segregacji zapasów. Ponieważ większość zapasów jest tworzona za pomocą przenośników taśmowych, ważne jest zrozumienie wpływu przenośników taśmowych na sortowanie materiałów.
Gdy taśma przesuwa materiał po taśmie przenośnika, lekko podskakuje, tocząc się po kole napinającym. Wynika to z niewielkiego luzu taśmy między każdym kołem napinającym. Ten ruch powoduje, że mniejsze cząstki osiadają na dnie przekroju poprzecznego materiału. Nakładające się na siebie ziarna grube utrzymują je na górze.
Gdy materiał dociera do koła wyładowczego przenośnika taśmowego, jest już częściowo oddzielony od większego materiału na górze i mniejszego na dole. Gdy materiał zaczyna się przesuwać wzdłuż krzywej koła wyładowczego, górne (zewnętrzne) cząstki poruszają się z większą prędkością niż dolne (wewnętrzne). Ta różnica prędkości powoduje, że większe cząstki oddalają się od przenośnika, zanim opadną na stos, podczas gdy mniejsze cząstki opadają obok przenośnika.
Ponadto istnieje większe prawdopodobieństwo, że drobne cząstki przykleją się do taśmy przenośnika i nie zostaną usunięte, dopóki taśma nie najedzie na koło wyładowcze. W rezultacie więcej drobnych cząstek będzie się cofać w kierunku przodu stosu.
Gdy materiał spada na stos, większe cząstki mają większy pęd do przodu niż mniejsze. To powoduje, że gruby materiał przesuwa się w dół łatwiej niż drobny. Każdy materiał, duży lub mały, który spływa po bokach stosu, nazywa się rozsypiskiem.
Rozlania są jedną z głównych przyczyn separacji materiału i należy ich unikać, gdy tylko jest to możliwe. W miarę jak rozlany materiał zaczyna staczać się po zboczu, większe cząstki mają tendencję do staczania się po całej długości zbocza, podczas gdy drobniejszy materiał osadza się na zboczach. W rezultacie, w miarę przesuwania się rozlanego materiału po zboczach pryzmy, w kłębiącym się materiale pozostaje coraz mniej drobnych cząstek.
Kiedy materiał dociera do dolnej krawędzi lub podstawy pryzmy, składa się głównie z większych cząstek. Wycieki powodują znaczną segregację, widoczną w przekroju materiału. Zewnętrzna część pryzmy składa się z grubszego materiału, podczas gdy wewnętrzna i górna część pryzmy składa się z drobniejszego materiału.
Kształt cząstek również wpływa na skutki uboczne. Cząstki gładkie lub okrągłe mają większą skłonność do staczania się po zboczu stosu niż drobne cząstki, które zazwyczaj mają kształt kwadratowy. Przekroczenie tych wartości może również prowadzić do uszkodzenia materiału. Gdy cząstki staczają się po jednej stronie stosu, ocierają się o siebie. To zużycie powoduje, że niektóre cząstki rozpadają się na mniejsze rozmiary.
Wiatr jest kolejnym powodem izolacji. Po opuszczeniu taśmy przenośnika i rozpoczęciu opadania materiału do stosu, wiatr wpływa na trajektorię ruchu cząstek o różnych rozmiarach. Wiatr ma ogromny wpływ na delikatne materiały. Dzieje się tak, ponieważ stosunek powierzchni do masy mniejszych cząstek jest większy niż w przypadku cząstek większych.
Prawdopodobieństwo wystąpienia pęknięć w zapasach może się różnić w zależności od rodzaju materiału w magazynie. Najważniejszym czynnikiem związanym z segregacją jest stopień zmiany wielkości cząstek w materiale. Materiały o większej zmienności wielkości cząstek będą charakteryzować się większym stopniem segregacji podczas przechowywania. Ogólna zasada mówi, że jeśli stosunek wielkości największej do najmniejszej cząstki przekracza 2:1, mogą wystąpić problemy z segregacją opakowania. Z drugiej strony, jeśli stosunek wielkości cząstek jest mniejszy niż 2:1, segregacja objętościowa jest minimalna.
Na przykład materiały podłoża zawierające cząstki o wielkości do 200 mesh mogą ulegać rozwarstwieniu podczas przechowywania. Jednak w przypadku przechowywania takich materiałów jak kamień płukany, izolacja będzie niewystarczająca. Ponieważ większość piasku jest mokra, często możliwe jest jego przechowywanie bez problemów z rozdzielaniem. Wilgoć powoduje sklejanie się cząstek, uniemożliwiając ich rozdzielanie.
Podczas przechowywania produktu, czasami niemożliwe jest zapobiegnięcie izolacji. Zewnętrzna krawędź gotowego stosu składa się głównie z materiału grubego, podczas gdy wnętrze stosu zawiera większe stężenie materiału drobnego. Podczas pobierania materiału z końca takich stosów, konieczne jest nabieranie łyżek z różnych miejsc w celu wymieszania materiału. Jeśli pobierasz materiał tylko z przodu lub z tyłu stosu, otrzymasz albo cały materiał gruby, albo cały materiał drobny.
Istnieją również możliwości dodatkowej izolacji podczas załadunku ciężarówek. Ważne jest, aby zastosowana metoda nie powodowała przepełnienia. Najpierw załaduj przód ciężarówki, potem tył, a na końcu środek. Zminimalizuje to skutki przeciążenia wewnątrz ciężarówki.
Metody postępowania po inwentaryzacji są przydatne, ale celem powinno być zapobieganie lub minimalizowanie kwarantanny podczas tworzenia inwentarza. Pomocne sposoby zapobiegania izolacji obejmują:
W przypadku układania na ciężarówce, materiał należy układać równo w osobnych stosach, aby zminimalizować ryzyko rozsypania. Materiał należy układać za pomocą ładowarki, podnosząc go do pełnej wysokości łyżki i wysypując, co spowoduje wymieszanie materiału. Jeśli ładowarka musi przesunąć i rozdrobnić materiał, nie należy próbować tworzyć dużych stosów.
Układanie zapasów warstwami może zminimalizować segregację. Ten typ magazynu można zbudować za pomocą buldożera. Jeśli materiał jest dostarczany na plac składowy, buldożer musi wepchnąć go w pochyłą warstwę. Jeśli stos jest budowany za pomocą przenośnika taśmowego, buldożer musi wepchnąć materiał w poziomą warstwę. W każdym przypadku należy uważać, aby nie przesunąć materiału poza krawędź stosu. Może to doprowadzić do przepełnienia, co jest jedną z głównych przyczyn segregacji.
Układanie za pomocą buldożerów ma szereg wad. Dwa istotne zagrożenia to degradacja produktu i zanieczyszczenie. Ciężki sprzęt pracujący nieustannie nad produktem będzie go zagęszczał i kruszył. Stosując tę ​​metodę, producenci muszą uważać, aby nie dopuścić do nadmiernej degradacji produktu, próbując w ten sposób złagodzić problemy z separacją. Dodatkowa siła robocza i wymagany sprzęt często sprawiają, że ta metoda jest zbyt kosztowna, a producenci muszą uciekać się do separacji w trakcie przetwarzania.
Przenośniki promieniowe pomagają zminimalizować wpływ separacji. W miarę gromadzenia się zapasów przenośnik porusza się promieniowo w lewo i w prawo. Podczas ruchu przenośnika promieniowo końce stosów, zazwyczaj z grubego materiału, będą pokryte drobnym materiałem. Przednie i tylne palce nadal będą szorstkie, ale stos będzie bardziej wymieszany niż stos stożków.
Istnieje bezpośredni związek między wysokością i swobodnym spadkiem materiału a stopniem segregacji. Wraz ze wzrostem wysokości i wydłużaniem się trajektorii spadającego materiału, następuje coraz większe oddzielenie drobnego i grubego materiału. Dlatego przenośniki o zmiennej wysokości to kolejny sposób na ograniczenie segregacji. Na początkowym etapie przenośnik powinien znajdować się w najniższym położeniu. Odległość od bębna nadawczego musi być zawsze jak najkrótsza.
Swobodny spadek z przenośnika taśmowego na stos to kolejny powód separacji. Schody kamienne minimalizują segregację, eliminując swobodny spadek materiału. Schody kamienne to konstrukcja, która umożliwia spływanie materiału po stopniach na stosy. Jest to skuteczne rozwiązanie, ale ma ograniczone zastosowanie.
Rozwarstwienie spowodowane wiatrem można zminimalizować, stosując zsuwnie teleskopowe. Zsuwnie teleskopowe na krążkach wyładowczych przenośnika, biegnące od krążka do stosu, chronią przed wiatrem i ograniczają jego oddziaływanie. Przy odpowiedniej konstrukcji mogą również ograniczyć swobodny spadek materiału.
Jak wspomniano wcześniej, taśma przenośnika jest już izolowana przed dotarciem do punktu rozładunku. Dodatkowo, gdy materiał opuszcza taśmę, następuje dalsza segregacja. W punkcie rozładunku można zainstalować koło łopatkowe, aby ponownie wymieszać ten materiał. Obracające się koła mają skrzydełka lub łopatki, które przemieszczają się wzdłuż ścieżki materiału i mieszają go. Zminimalizuje to segregację, ale degradacja materiału może być niedopuszczalna.
Segregacja może wiązać się ze znacznymi kosztami. Zapasy niezgodne ze specyfikacjami mogą skutkować karami lub odrzuceniem całego zapasu. Jeśli na miejsce budowy zostanie dostarczony materiał niezgodny ze specyfikacją, kary mogą przekroczyć 0,75 USD za tonę. Koszty robocizny i sprzętu do renowacji stosów niskiej jakości są często zaporowe. Godzinowy koszt budowy magazynu z buldożerem i operatorem jest wyższy niż koszt automatycznego przenośnika teleskopowego, a materiał może ulec rozkładowi lub zanieczyszczeniu, co utrudnia prawidłowe sortowanie. To obniża wartość produktu. Ponadto, gdy sprzęt, taki jak buldożer, jest używany do zadań nieprodukcyjnych, istnieje koszt alternatywny związany z wykorzystaniem sprzętu, który został skapitalizowany do zadań produkcyjnych.
Można zastosować inne podejście, aby zminimalizować wpływ izolacji podczas tworzenia inwentaryzacji w aplikacjach, w których izolacja może stanowić problem. Obejmuje to układanie warstw, gdzie każda warstwa składa się z serii stosów.
W sekcji dotyczącej stosu, każdy stos jest przedstawiony jako miniaturowy stos. Podział nadal zachodzi na każdym pojedynczym stosie z powodu tych samych efektów, które omówiono wcześniej. Jednak wzór izolacji jest częściej powtarzany w całym przekroju stosu. Takie stosy charakteryzują się większą „rozdzielczością podziału”, ponieważ dyskretny wzór gradientu powtarza się częściej w mniejszych odstępach czasu.
Podczas przetwarzania stosów za pomocą ładowarki czołowej nie ma potrzeby mieszania materiałów, ponieważ jedna łyżka zawiera kilka stosów. Po ponownym umieszczeniu stosu, poszczególne warstwy są wyraźnie widoczne (patrz rysunek 2).
Stosy można tworzyć różnymi metodami składowania. Jedną z nich jest zastosowanie systemu przenośników mostowych i wyładowczych, choć ta opcja nadaje się tylko do zastosowań stacjonarnych. Istotną wadą stacjonarnych systemów przenośnikowych jest to, że ich wysokość jest zazwyczaj stała, co może prowadzić do rozwarstwienia przez wiatr, jak opisano powyżej.
Inną metodą jest użycie przenośnika teleskopowego. Przenośniki teleskopowe zapewniają najefektywniejszy sposób formowania stosów i są często preferowane w stosunku do systemów stacjonarnych, ponieważ można je przesuwać w razie potrzeby, a wiele z nich jest zaprojektowanych do transportu drogowego.
Przenośniki teleskopowe składają się z przenośników (przenośników osłonowych) zainstalowanych wewnątrz przenośników zewnętrznych o tej samej długości. Przenośnik końcowy może poruszać się liniowo wzdłuż przenośnika zewnętrznego, zmieniając położenie bębna rozładowczego. Wysokość koła rozładowczego i położenie promieniowe przenośnika są zmienne.
Trójosiowa zmiana koła rozładowczego jest niezbędna do tworzenia stosów warstwowych, które zapobiegają segregacji. Do wysuwania i wsuwania przenośników podających stosuje się zazwyczaj wciągarki linowe. Ruch promieniowy przenośnika może być realizowany za pomocą układu łańcuchowo-zębatego lub hydraulicznie napędzanego napędu planetarnego. Wysokość przenośnika jest zazwyczaj zmieniana poprzez wysuwanie teleskopowych siłowników podwozia. Wszystkie te ruchy muszą być kontrolowane, aby automatycznie tworzyć stosy wielowarstwowe.
Przenośniki teleskopowe posiadają mechanizm tworzenia stosów wielowarstwowych. Minimalizacja głębokości każdej warstwy pomaga ograniczyć separację. Wymaga to ciągłego ruchu przenośnika w miarę gromadzenia się zapasów. Konieczność ciągłego ruchu wymusza automatyzację przenośników teleskopowych. Istnieje kilka różnych metod automatyzacji, z których niektóre są tańsze, ale mają znaczne ograniczenia, podczas gdy inne są w pełni programowalne i oferują większą elastyczność w tworzeniu zapasów.
Gdy przenośnik zaczyna gromadzić materiał, porusza się promieniowo, transportując go. Przenośnik porusza się do momentu zadziałania wyłącznika krańcowego zamontowanego na wale przenośnika wzdłuż jego promieniowej ścieżki. Wyzwalacz jest ustawiany w zależności od długości łuku, jaki operator chce, aby przesunął taśmę przenośnika. W tym momencie przenośnik wysuwa się na zadaną odległość i rozpoczyna ruch w przeciwnym kierunku. Proces ten jest kontynuowany do momentu maksymalnego wysunięcia przenośnika podłużnego i ukończenia pierwszej warstwy.
Po zbudowaniu drugiego poziomu, końcówka zaczyna się cofać od maksymalnego wysunięcia, poruszając się promieniowo i cofając się do granicy łuku. Buduj warstwy, aż przełącznik nachylenia zamontowany na kole podporowym zostanie aktywowany przez pal.
Przenośnik przesunie się o zadaną odległość i rozpocznie drugi podnoszenie. Każdy podnośnik może składać się z kilku warstw, w zależności od prędkości materiału. Drugi podnoszenie jest podobne do pierwszego i tak dalej, aż do uformowania całego stosu. Duża część powstałego stosu jest odizolowana, ale na krawędziach każdego stosu występują przepełnienia. Dzieje się tak, ponieważ przenośniki taśmowe nie mogą automatycznie regulować położenia wyłączników krańcowych ani obiektów służących do ich aktywacji. Wyłącznik krańcowy wciągania musi być tak wyregulowany, aby przepełnienie nie zakopało wału przenośnika.