Materialseparation är ett inneboende problem i de flesta lagringstekniker. I takt med att efterfrågan på produkter av högre kvalitet ökar blir problemet med lagerisolering alltmer akut.
Som vi alla vet är teleskopiska radiella stapeltransportörer den mest effektiva lösningen för stapelseparation. De kan skapa lager i lager, där varje lager består av ett antal material. För att skapa lager på detta sätt måste transportören gå nästan kontinuerligt. Medan rörelsen hos teleskopiska transportörer måste styras manuellt, är automatisering den absolut mest effektiva styrmetoden.
Automatiska utdragbara transportörer kan programmeras för att skapa anpassade lager i en mängd olika storlekar, former och konfigurationer. Denna praktiskt taget obegränsade flexibilitet kan förbättra den totala driftseffektiviteten och leverera produkter av högre kvalitet.
Entreprenörer spenderar miljontals dollar varje år på att producera aggregerade produkter för en mängd olika tillämpningar. De mest populära tillämpningarna inkluderar basmaterial, asfalt och betong.
Processen att skapa produkter för dessa tillämpningar är komplex och dyr. Strängare specifikationer och toleranser gör att vikten av produktkvalitet blir allt viktigare.
Slutligen tas materialet bort från upplaget och transporteras till en plats där det kommer att införlivas i undergrund, asfalt eller betong.
Utrustningen som krävs för avrivning, sprängning, krossning och siktning är mycket dyr. Avancerad utrustning kan dock konsekvent producera ballast enligt specifikation. Lagerhållning kan verka som en trivial del av integrerad tillverkning, men om det görs felaktigt kan det resultera i att en produkt som helt överensstämmer med specifikationen inte uppfyller specifikationen. Det innebär att fel lagringsmetoder kan leda till att man förlorar en del av kostnaden för att skapa en kvalitetsprodukt.
Även om lagerhållning kan påverka kvaliteten negativt, är lagerhållning en viktig del av den övergripande produktionsprocessen. Det är en lagringsmetod som säkerställer materialets tillgänglighet. Produktionshastigheten skiljer sig ofta från den produkthastighet som behövs för en given tillämpning, och lagret hjälper till att kompensera för skillnaden.
Lagerhållning ger också entreprenörer tillräckligt med lagringsutrymme för att effektivt kunna reagera på fluktuerande marknadsefterfrågan. På grund av de fördelar som lagring ger kommer det alltid att vara en viktig del av den övergripande tillverkningsprocessen. Därför måste tillverkare kontinuerligt förbättra sina lagringstekniker för att minska riskerna i samband med lagring.
Huvudämnet för den här artikeln är isolering. Segregering definieras som "separation av material efter partikelstorlek". Olika tillämpningar av aggregat kräver mycket specifika och enhetliga materialkvaliteter. Segregering leder till alltför stora skillnader i produktvarianter.
Separation kan ske praktiskt taget var som helst i tillverkningsprocessen för ballast efter att produkten har krossats, siktats och blandats till rätt gradering.
Den första platsen där segregering kan ske är i lagret (se figur 1). När materialet väl är placerat i lagret kommer det så småningom att återvinnas och levereras till den plats där det ska användas.
Den andra platsen där separation kan ske är under bearbetning och transport. Väl på plats vid en asfalt- eller betongfabrik placeras ballasten i trattar och/eller lagringsbehållare från vilka produkten tas och används.
Separation sker även vid fyllning och tömning av silos och silos. Separation kan också ske vid applicering av den slutliga blandningen på en väg eller annan yta efter att ballasten har blandats in i asfalt- eller betongblandningen.
Homogen ballast är avgörande för produktion av högkvalitativ asfalt eller betong. Fluktuationer i graderingen av det löstagbara ballasten gör det praktiskt taget omöjligt att få fram en acceptabel asfalt eller betong.
Mindre partiklar med en given vikt har en större total yta än större partiklar med samma vikt. Detta skapar problem när ballast blandas i asfalt- eller betongblandningar. Om andelen fina partiklar i ballasten är för hög kommer det att bli brist på murbruk eller bitumen och blandningen blir för tjock. Om andelen grova partiklar i ballasten är för hög kommer det att bli ett överskott av murbruk eller bitumen, och blandningens konsistens blir alltför tunn. Vägar byggda av separerat ballast har dålig strukturell integritet och kommer så småningom att ha en lägre förväntad livslängd än vägar byggda av korrekt separerade produkter.
Många faktorer leder till segregering i lager. Eftersom det mesta lagret skapas med hjälp av transportband är det viktigt att förstå transportbandens inneboende inverkan på materialsortering.
När bandet flyttar material över transportbandet, studsar bandet något när det rullar över löphjulet. Detta beror på det lilla slacket i bandet mellan varje löphjul. Denna rörelse gör att de mindre partiklarna sätter sig i botten av materialets tvärsnitt. Överlappning av de grova kornen håller dem överst.
Så snart materialet når transportbandets utmatningshjul är det redan delvis separerat från det större materialet högst upp och det mindre materialet längst ner. När materialet börjar röra sig längs utmatningshjulets kurva rör sig de övre (yttre) partiklarna med en högre hastighet än de nedre (inre) partiklarna. Denna skillnad i hastighet gör att de större partiklarna rör sig bort från transportbandet innan de faller ner på stapeln, medan de mindre partiklarna faller bredvid transportbandet.
Det är också mer sannolikt att små partiklar fastnar på transportbandet och inte matas ut förrän transportbandet fortsätter att rulla upp sig på utmatningshjulet. Detta resulterar i att fler fina partiklar rör sig tillbaka mot stapelns framsida.
När material faller ner på en stapel har större partiklar mer framåtriktat rörelsemängd än mindre partiklar. Detta gör att grovt material fortsätter att röra sig nedåt lättare än fint material. Allt material, stort eller litet, som rinner ner längs sidorna av en stapel kallas ett spill.
Spill är en av de främsta orsakerna till att massorna separerar och bör undvikas när det är möjligt. När spillet börjar rulla nerför sluttningen på slammet tenderar de större partiklarna att rulla ner längs hela sluttningen, medan det finare materialet tenderar att lägga sig på sidorna av slammet. Följaktligen, allt eftersom spillet fortskrider nerför högens sidor, blir färre och färre fina partiklar kvar i det böljande materialet.
När materialet når nederkanten eller tån på högen består det huvudsakligen av större partiklar. Spill orsakar betydande segregering, vilket är synligt i råmaterialsektionen. Högens yttre tå består av ett grövre material, medan den inre och övre högen består av ett finare material.
Partiklarnas form bidrar också till biverkningar. Partiklar som är släta eller runda rullar mer benägna att nedför stapelns sluttning än fina partiklar, som vanligtvis är fyrkantiga i formen. Att överskrida gränserna kan också leda till skador på materialet. När partiklarna rullar nerför ena sidan av stapeln gnuggar de mot varandra. Detta slitage kommer att göra att vissa av partiklarna bryts ner till mindre storlekar.
Vind är en annan orsak till isolering. Efter att materialet lämnat transportbandet och börjat falla ner i stapeln påverkar vinden banan för partiklar av olika storlekar. Vind har stor inverkan på ömtåliga material. Detta beror på att förhållandet mellan yta och massa för mindre partiklar är större än för större partiklar.
Sannolikheten för lageruppdelningar kan variera beroende på vilken typ av material som finns i lagret. Den viktigaste faktorn i relation till segregering är graden av förändring i partikelstorlek i materialet. Material med större variation i partikelstorlek kommer att ha en högre grad av segregering under lagring. En allmän tumregel är att om förhållandet mellan största partikelstorlek och minsta partikelstorlek överstiger 2:1 kan det uppstå problem med förpackningssegregeringen. Å andra sidan, om partikelstorleksförhållandet är mindre än 2:1, är volymsegregeringen minimal.
Till exempel kan undergrundsmaterial som innehåller partiklar upp till 200 mesh delaminera under lagring. Men vid lagring av föremål som tvättad sten blir isoleringen trivial. Eftersom det mesta av sanden är våt är det ofta möjligt att lagra sanden utan problem med separation. Fukt gör att partiklarna klibbar ihop, vilket förhindrar separation.
När produkten lagras är isolering ibland omöjlig att förhindra. Den färdiga högens ytterkant består huvudsakligen av grovt material, medan högens insida innehåller en högre koncentration av fint material. När man tar material från änden av sådana högar är det nödvändigt att ta skopor från olika ställen för att blanda materialet. Om man bara tar material från fram- eller baksidan av högen får man antingen allt grovt material eller allt finmaterial.
Det finns också möjligheter till extra isolering vid lastning av lastbilar. Det är viktigt att metoden som används inte orsakar överfyllning. Lasta först lastbilens framsida, sedan baksida och slutligen mitten. Detta minimerar effekterna av överbelastning inuti lastbilen.
Hantering efter lageruppbyggnad är användbart, men målet bör vara att förhindra eller minimera karantäner under lageruppbyggnaden. Användbara sätt att förhindra isolering inkluderar:
När det staplas på en lastbil bör det staplas prydligt i separata högar för att minimera spill. Materialet bör staplas tillsammans med en lastare, lyfta till full skophöjd och tömma, vilket blandar materialet. Om en lastare måste flytta och bryta material, försök inte bygga stora högar.
Att bygga inventarier i lager kan minimera segregering. Denna typ av lager kan byggas med en bulldozer. Om materialet levereras till gården måste bulldozern trycka materialet in i det sluttande lagret. Om stapeln byggs med ett transportband måste bulldozern trycka materialet in i ett horisontellt lager. I vilket fall som helst måste man vara försiktig så att materialet inte trycks över kanten på högen. Detta kan leda till överfyllning, vilket är en av de främsta orsakerna till separation.
Stapling med bulldozrar har ett antal nackdelar. Två betydande risker är produktnedbrytning och kontaminering. Tung utrustning som arbetar kontinuerligt med produkten kommer att komprimera och krossa materialet. När man använder denna metod måste tillverkare vara noga med att inte överbryta produkten i ett försök att lindra separationsproblem. Den extra arbetskraft och utrustning som krävs gör ofta denna metod oöverkomligt dyr, och producenterna måste tillgripa separation under bearbetningen.
Radiella staplingstransportörer hjälper till att minimera effekten av separation. Allt eftersom lagret ackumuleras rör sig transportören radiellt åt vänster och höger. När transportören rör sig radiellt kommer ändarna av staplarna, vanligtvis av grovt material, att täckas med fint material. De främre och bakre fingrarna kommer fortfarande att vara grova, men högen kommer att vara mer blandad än högen av koner.
Det finns ett direkt samband mellan materialets höjd och fria fall och graden av segregering som sker. Allt eftersom höjden ökar och det fallande materialets bana expanderar, sker en ökande separation av fint och grovt material. Därför är transportörer med variabel höjd ett annat sätt att minska segregeringen. I det inledande skedet bör transportören vara i det lägsta läget. Avståndet till huvudskivan måste alltid vara så kort som möjligt.
Fritt fall från ett transportband ner på en trave är en annan anledning till separation. Stentrappor minimerar segregation genom att eliminera fritt fallande material. En stentrappa är en struktur som gör att material kan rinna nerför stegen och ner på pålarna. Den är effektiv men har begränsad tillämpning.
Separation orsakad av vind kan minimeras genom att använda teleskopiska rännor. Teleskopiska rännor på transportörens utmatningsskivor, som sträcker sig från skivan till stapeln, skyddar mot vind och begränsar dess stötar. Om de är korrekt utformade kan de också begränsa materialets fria fall.
Som tidigare nämnts finns det redan isolering på transportbandet innan det når utmatningspunkten. Dessutom sker ytterligare segregering när materialet lämnar transportbandet. Ett skovelhjul kan installeras vid utmatningspunkten för att blanda om materialet. Roterande hjul har vingar eller skovlar som rör sig och blandar materialets väg. Detta minimerar segregering, men materialnedbrytning är eventuellt inte acceptabel.
Separation kan medföra betydande kostnader. Lager som inte uppfyller specifikationerna kan resultera i straffavgifter eller att hela lagret avvisas. Om material som inte uppfyller kraven levereras till arbetsplatsen kan böterna överstiga 0,75 dollar per ton. Arbetskrafts- och utrustningskostnaderna för att rehabilitera högar av dålig kvalitet är ofta oöverkomliga. Timkostnaden för att bygga ett lager med en bulldozer och operatör är högre än kostnaden för en automatisk teleskoptransportör, och material kan brytas ner eller bli förorenat för att upprätthålla korrekt sortering. Detta minskar produktens värde. Dessutom, när utrustning som en bulldozer används för icke-produktionsuppgifter, finns det en alternativkostnad förknippad med att använda utrustningen när den aktiverades för produktionsuppgifter.
En annan metod kan användas för att minimera effekten av isolering när man skapar lager i applikationer där isolering kan vara ett problem. Detta inkluderar stapling i lager, där varje lager består av en serie staplar.
I stapelsektionen visas varje stapel som en miniatyrstapel. Delningen sker fortfarande på varje enskild hög på grund av samma effekter som diskuterats tidigare. Isoleringsmönstret upprepas dock oftare över hela högens tvärsnitt. Sådana staplar sägs ha större "split resolution" eftersom det diskreta gradientmönstret upprepas oftare med kortare intervall.
Vid bearbetning av staplar med frontlastare behöver man inte blanda material, eftersom en skopa innehåller flera staplar. När stapeln är återställd syns de enskilda lagren tydligt (se figur 2).
Staplar kan skapas med olika lagringsmetoder. Ett sätt är att använda en brygga och ett utmatningstransportörsystem, även om detta alternativ endast är lämpligt för stationära applikationer. En betydande nackdel med stationära transportörsystem är att deras höjd vanligtvis är fast, vilket kan leda till vindseparation som beskrivits ovan.
En annan metod är att använda en teleskoptransportör. Teleskoptransportörer är det mest effektiva sättet att forma staplar och är ofta att föredra framför stationära system eftersom de kan flyttas vid behov, och många är faktiskt utformade för att transporteras på väg.
Teleskoptransportörer består av transportörer (skyddstransportörer) installerade inuti yttre transportörer av samma längd. Spetstransportören kan röra sig linjärt längs den yttre transportörens längd för att ändra positionen på avlastningshjulet. Höjden på avlastningshjulet och transportörens radiella position är variabla.
Den triaxiella förändringen av avlastningshjulet är avgörande för att skapa skiktade pålar som motverkar segregation. Repvinschsystem används vanligtvis för att förlänga och dra in matartransportörer. Transportörens radiella rörelse kan utföras av ett kedje- och kedjehjulssystem eller av en hydrauliskt driven planetdrift. Transportörens höjd ändras vanligtvis genom att förlänga de teleskopiska cylindrarna på underredet. Alla dessa rörelser måste styras för att automatiskt skapa flerskiktade pålar.
Teleskoptransportörer har en mekanism för att skapa flerskiktsstaplar. Att minimera djupet på varje lager hjälper till att begränsa separationen. Detta kräver att transportören fortsätter att röra sig allt eftersom lagret byggs upp. Behovet av konstant rörelse gör det nödvändigt att automatisera teleskoptransportörer. Det finns flera olika automatiseringsmetoder, av vilka vissa är billigare men har betydande begränsningar, medan andra är helt programmerbara och erbjuder mer flexibilitet i lagerskapandet.
När transportören börjar samla material rör den sig radiellt medan den transporterar materialet. Transportören rör sig tills en gränsbrytare monterad på transportöraxeln utlöses längs dess radiella bana. Utlösaren placeras beroende på längden på den båge som operatören vill att transportbandet ska röra sig. I detta ögonblick kommer transportören att sträcka sig till ett förutbestämt avstånd och börja röra sig i den andra riktningen. Denna process fortsätter tills stringertransportören är utsträckt till sin maximala utsträckning och det första lagret är färdigställt.
När den andra nivån är byggd börjar spetsen att dras tillbaka från sin maximala utsträckning, rör sig radiellt och dras tillbaka vid den bågformade gränsen. Bygg lager tills lutningsbrytaren som är monterad på stödhjulet aktiveras av pålen.
Transportören kommer att köra upp den inställda sträckan och starta det andra lyftet. Varje lyftare kan bestå av flera lager, beroende på materialets hastighet. Det andra lyftet liknar det första, och så vidare tills hela högen är byggd. En stor del av den resulterande högen är avisolerad, men det finns överfyllningar vid kanterna av varje hög. Detta beror på att transportband inte automatiskt kan justera positionen för gränsbrytare eller de föremål som används för att aktivera dem. Indragningsgränsbrytaren måste justeras så att överfyllningen inte begraver transportöraxeln.