Tách vật liệu là một vấn đề cố hữu trong hầu hết các công nghệ lưu trữ. Khi nhu cầu về sản phẩm chất lượng cao tăng lên, vấn đề cô lập kho trở nên nghiêm trọng hơn.
Như chúng ta đã biết, băng tải xếp chồng dạng ống lồng là giải pháp hiệu quả nhất để tách chồng. Chúng có thể tạo hàng tồn kho theo từng lớp, mỗi lớp được tạo thành từ một số vật liệu. Để tạo hàng tồn kho theo cách này, băng tải phải chạy gần như liên tục. Trong khi chuyển động của băng tải dạng ống lồng phải được điều khiển thủ công, thì tự động hóa là phương pháp điều khiển hiệu quả nhất.
Băng tải tự động có thể thu vào có thể được lập trình để tạo ra hàng tồn kho tùy chỉnh với nhiều kích thước, hình dạng và cấu hình khác nhau. Tính linh hoạt gần như vô hạn này có thể cải thiện hiệu quả hoạt động chung và cung cấp các sản phẩm chất lượng cao hơn.
Các nhà thầu chi hàng triệu đô la mỗi năm để sản xuất các sản phẩm tổng hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau. Các ứng dụng phổ biến nhất bao gồm vật liệu nền, nhựa đường và bê tông.
Quá trình tạo ra sản phẩm cho các ứng dụng này rất phức tạp và tốn kém. Các thông số kỹ thuật và dung sai chặt chẽ hơn có nghĩa là tầm quan trọng của chất lượng sản phẩm ngày càng trở nên quan trọng hơn.
Cuối cùng, vật liệu được lấy ra khỏi đống vật liệu dự trữ và vận chuyển đến địa điểm để trộn vào nền đất, nhựa đường hoặc bê tông.
Thiết bị cần thiết để tách, nổ, nghiền và sàng lọc rất đắt tiền. Tuy nhiên, thiết bị tiên tiến có thể liên tục sản xuất cốt liệu theo thông số kỹ thuật. Hàng tồn kho có vẻ như là một phần tầm thường của sản xuất tích hợp, nhưng nếu thực hiện không đúng cách, nó có thể dẫn đến sản phẩm hoàn toàn tuân thủ thông số kỹ thuật nhưng không đáp ứng thông số kỹ thuật. Điều này có nghĩa là sử dụng phương pháp lưu trữ sai có thể dẫn đến mất một số chi phí để tạo ra sản phẩm chất lượng.
Mặc dù việc đưa sản phẩm vào kho có thể làm giảm chất lượng của sản phẩm, nhưng kho là một phần quan trọng của toàn bộ quy trình sản xuất. Đây là phương pháp lưu trữ đảm bảo tính khả dụng của vật liệu. Tốc độ sản xuất thường khác với tốc độ sản phẩm cần thiết cho một ứng dụng nhất định và kho giúp bù đắp sự khác biệt.
Hàng tồn kho cũng cung cấp cho các nhà thầu đủ không gian lưu trữ để phản ứng hiệu quả với nhu cầu thị trường biến động. Do những lợi ích mà lưu trữ mang lại, nó sẽ luôn là một phần quan trọng của toàn bộ quy trình sản xuất. Do đó, các nhà sản xuất phải liên tục cải thiện công nghệ lưu trữ của mình để giảm thiểu rủi ro liên quan đến lưu trữ.
Chủ đề chính của bài viết này là cô lập. Phân loại được định nghĩa là “phân loại vật liệu theo kích thước hạt”. Các ứng dụng khác nhau của cốt liệu đòi hỏi các cấp vật liệu rất cụ thể và đồng nhất. Phân loại dẫn đến sự khác biệt quá mức trong các loại sản phẩm.
Quá trình tách có thể xảy ra ở hầu hết mọi nơi trong quy trình sản xuất cốt liệu sau khi sản phẩm đã được nghiền, sàng lọc và trộn theo đúng tỷ lệ.
Nơi đầu tiên có thể xảy ra sự phân loại là trong kho (xem Hình 1). Sau khi vật liệu được đưa vào kho, cuối cùng nó sẽ được tái chế và chuyển đến địa điểm sử dụng.
Nơi thứ hai có thể xảy ra sự tách biệt là trong quá trình chế biến và vận chuyển. Khi đến địa điểm của nhà máy nhựa đường hoặc bê tông, cốt liệu được đưa vào phễu và/hoặc thùng chứa để lấy sản phẩm và sử dụng.
Sự tách biệt cũng xảy ra khi đổ đầy và làm rỗng silo và silo. Sự tách biệt cũng có thể xảy ra trong quá trình áp dụng hỗn hợp cuối cùng lên đường hoặc bề mặt khác sau khi cốt liệu đã được trộn vào hỗn hợp nhựa đường hoặc bê tông.
Cốt liệu đồng nhất là điều cần thiết để sản xuất nhựa đường hoặc bê tông chất lượng cao. Sự dao động trong cấp phối của cốt liệu có thể tháo rời khiến việc có được nhựa đường hoặc bê tông đạt yêu cầu thực tế là không thể.
Các hạt nhỏ hơn có cùng trọng lượng có tổng diện tích bề mặt lớn hơn các hạt lớn hơn có cùng trọng lượng. Điều này gây ra vấn đề khi kết hợp cốt liệu thành hỗn hợp nhựa đường hoặc bê tông. Nếu tỷ lệ phần trăm hạt mịn trong cốt liệu quá cao, sẽ thiếu vữa hoặc bitum và hỗn hợp sẽ quá đặc. Nếu tỷ lệ phần trăm hạt thô trong cốt liệu quá cao, sẽ có dư vữa hoặc bitum và độ đặc của hỗn hợp sẽ quá loãng. Đường được xây dựng từ cốt liệu tách rời có tính toàn vẹn về mặt cấu trúc kém và cuối cùng sẽ có tuổi thọ thấp hơn so với đường được xây dựng từ các sản phẩm được tách rời đúng cách.
Nhiều yếu tố dẫn đến sự phân loại trong kho. Vì hầu hết hàng tồn kho được tạo ra bằng băng tải, nên điều quan trọng là phải hiểu tác động vốn có của băng tải đối với việc phân loại vật liệu.
Khi băng tải di chuyển vật liệu trên băng tải, băng tải sẽ nảy nhẹ khi lăn qua puli dẫn hướng. Điều này là do độ chùng nhẹ của băng tải giữa mỗi puli dẫn hướng. Chuyển động này khiến các hạt nhỏ hơn lắng xuống đáy của mặt cắt ngang của vật liệu. Việc chồng các hạt thô lên nhau sẽ giữ chúng ở trên cùng.
Ngay khi vật liệu đến bánh xe xả của băng tải, nó đã được tách một phần khỏi vật liệu lớn hơn ở phía trên và vật liệu nhỏ hơn ở phía dưới. Khi vật liệu bắt đầu di chuyển dọc theo đường cong của bánh xe xả, các hạt phía trên (bên ngoài) di chuyển với tốc độ cao hơn các hạt phía dưới (bên trong). Sự khác biệt về tốc độ này sau đó khiến các hạt lớn hơn di chuyển ra khỏi băng tải trước khi rơi vào chồng, trong khi các hạt nhỏ hơn rơi bên cạnh băng tải.
Ngoài ra, nhiều khả năng các hạt nhỏ sẽ bám vào băng tải và không được xả ra cho đến khi băng tải tiếp tục cuộn vào bánh xe xả. Điều này dẫn đến nhiều hạt mịn di chuyển trở lại phía trước của ngăn xếp.
Khi vật liệu rơi vào một chồng, các hạt lớn hơn có động lượng hướng về phía trước lớn hơn các hạt nhỏ hơn. Điều này khiến vật liệu thô tiếp tục di chuyển xuống dễ dàng hơn vật liệu mịn. Bất kỳ vật liệu nào, lớn hay nhỏ, chảy xuống các cạnh của chồng đều được gọi là tràn.
Sự cố tràn là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự tách lớp của vật liệu và cần phải tránh bất cứ khi nào có thể. Khi sự cố tràn bắt đầu lăn xuống dốc của bãi thải, các hạt lớn hơn có xu hướng lăn xuống toàn bộ chiều dài của dốc, trong khi vật liệu mịn hơn có xu hướng lắng xuống các cạnh của bãi thải. Do đó, khi sự cố tràn tiến triển xuống các cạnh của đống, ngày càng ít các hạt mịn còn lại trong vật liệu phồng lên.
Khi vật liệu chạm đến mép dưới hoặc chân của đống, nó chủ yếu bao gồm các hạt lớn hơn. Sự cố tràn gây ra sự phân tách đáng kể, có thể nhìn thấy ở phần nguyên liệu. Chân ngoài của đống bao gồm vật liệu thô hơn, trong khi đống bên trong và trên bao gồm vật liệu mịn hơn.
Hình dạng của các hạt cũng góp phần gây ra tác dụng phụ. Các hạt nhẵn hoặc tròn có nhiều khả năng lăn xuống dốc của chồng hơn các hạt mịn, thường có hình vuông. Vượt quá giới hạn cũng có thể dẫn đến hư hỏng vật liệu. Khi các hạt lăn xuống một bên của đống, chúng cọ xát vào nhau. Sự mài mòn này sẽ khiến một số hạt bị vỡ thành kích thước nhỏ hơn.
Gió là một lý do khác cho sự cô lập. Sau khi vật liệu rời khỏi băng tải và bắt đầu rơi vào đống, gió sẽ ảnh hưởng đến quỹ đạo chuyển động của các hạt có kích thước khác nhau. Gió có ảnh hưởng lớn đến các vật liệu mỏng manh. Điều này là do tỷ lệ diện tích bề mặt so với khối lượng của các hạt nhỏ hơn lớn hơn so với các hạt lớn hơn.
Khả năng phân chia trong kho có thể thay đổi tùy thuộc vào loại vật liệu trong kho. Yếu tố quan trọng nhất liên quan đến sự phân chia là mức độ thay đổi kích thước hạt trong vật liệu. Vật liệu có sự thay đổi kích thước hạt lớn hơn sẽ có mức độ phân chia cao hơn trong quá trình lưu trữ. Nguyên tắc chung là nếu tỷ lệ kích thước hạt lớn nhất so với kích thước hạt nhỏ nhất vượt quá 2:1, có thể có vấn đề với sự phân chia gói. Mặt khác, nếu tỷ lệ kích thước hạt nhỏ hơn 2:1, sự phân chia thể tích là tối thiểu.
Ví dụ, vật liệu nền chứa các hạt có kích thước lên đến 200 lưới có thể bị tách lớp trong quá trình lưu trữ. Tuy nhiên, khi lưu trữ các vật dụng như đá đã rửa, thì việc cách nhiệt sẽ không đáng kể. Vì hầu hết cát đều ướt nên thường có thể lưu trữ cát mà không gặp vấn đề tách lớp. Độ ẩm khiến các hạt dính vào nhau, ngăn ngừa tình trạng tách lớp.
Khi sản phẩm được lưu trữ, đôi khi không thể ngăn chặn được sự cô lập. Cạnh ngoài của đống thành phẩm chủ yếu bao gồm vật liệu thô, trong khi bên trong đống chứa nồng độ vật liệu mịn cao hơn. Khi lấy vật liệu từ cuối các đống như vậy, cần phải lấy các muỗng từ các vị trí khác nhau để trộn vật liệu. Nếu bạn chỉ lấy vật liệu từ phía trước hoặc phía sau của chồng, bạn sẽ nhận được toàn bộ vật liệu thô hoặc toàn bộ vật liệu mịn.
Ngoài ra còn có cơ hội cách nhiệt bổ sung khi chất hàng lên xe tải. Điều quan trọng là phương pháp sử dụng không gây tràn hàng. Trước tiên, hãy chất hàng vào phía trước xe tải, sau đó là phía sau và cuối cùng là giữa xe tải. Điều này sẽ giảm thiểu tác động của việc quá tải bên trong xe tải.
Các cách tiếp cận xử lý sau kiểm kê rất hữu ích, nhưng mục tiêu là ngăn ngừa hoặc giảm thiểu việc kiểm dịch trong quá trình tạo kiểm kê. Các cách hữu ích để ngăn ngừa việc cô lập bao gồm:
Khi xếp chồng lên xe tải, cần xếp gọn gàng thành từng chồng riêng biệt để giảm thiểu tình trạng đổ tràn. Vật liệu phải được xếp chồng lên nhau bằng máy xúc, nâng lên đến độ cao đầy gầu và đổ, điều này sẽ trộn lẫn vật liệu. Nếu máy xúc phải di chuyển và phá vỡ vật liệu, không nên cố gắng tạo ra những đống lớn.
Xây dựng kho theo từng lớp có thể giảm thiểu sự phân loại. Loại kho này có thể được xây dựng bằng máy ủi. Nếu vật liệu được chuyển đến bãi, máy ủi phải đẩy vật liệu vào lớp dốc. Nếu chồng được xây dựng bằng băng tải, máy ủi phải đẩy vật liệu vào lớp nằm ngang. Trong mọi trường hợp, phải cẩn thận không đẩy vật liệu qua mép đống. Điều này có thể dẫn đến tràn, đây là một trong những lý do chính gây ra sự phân loại.
Xếp chồng bằng máy ủi có một số nhược điểm. Hai rủi ro đáng kể là sản phẩm bị phân hủy và nhiễm bẩn. Thiết bị nặng làm việc liên tục trên sản phẩm sẽ nén chặt và nghiền nát vật liệu. Khi sử dụng phương pháp này, các nhà sản xuất phải cẩn thận không làm sản phẩm bị phân hủy quá mức để cố gắng giảm thiểu các vấn đề về tách. Việc sử dụng thêm nhân công và thiết bị thường khiến phương pháp này trở nên quá tốn kém và các nhà sản xuất phải dùng đến phương pháp tách trong quá trình chế biến.
Băng tải xếp chồng hướng tâm giúp giảm thiểu tác động của việc tách. Khi hàng tồn kho tích tụ, băng tải di chuyển theo hướng xuyên tâm sang trái và phải. Khi băng tải di chuyển theo hướng xuyên tâm, các đầu của chồng, thường là vật liệu thô, sẽ được phủ bằng vật liệu mịn. Các ngón tay phía trước và phía sau vẫn sẽ thô, nhưng đống sẽ hỗn hợp hơn so với đống hình nón.
Có một mối quan hệ trực tiếp giữa chiều cao và sự rơi tự do của vật liệu và mức độ phân tách xảy ra. Khi chiều cao tăng lên và quỹ đạo của vật liệu rơi mở rộng, sự phân tách vật liệu mịn và thô ngày càng tăng. Vì vậy, băng tải có chiều cao thay đổi là một cách khác để giảm sự phân tách. Ở giai đoạn đầu, băng tải phải ở vị trí thấp nhất. Khoảng cách đến ròng rọc đầu phải luôn ngắn nhất có thể.
Rơi tự do từ băng tải xuống chồng là một lý do khác dẫn đến sự tách biệt. Cầu thang đá giảm thiểu sự phân biệt bằng cách loại bỏ vật liệu rơi tự do. Cầu thang đá là một cấu trúc cho phép vật liệu chảy xuống các bậc thang xuống các đống. Nó hiệu quả nhưng có ứng dụng hạn chế.
Có thể giảm thiểu sự tách biệt do gió gây ra bằng cách sử dụng máng trượt dạng ống lồng. Máng trượt dạng ống lồng trên các puli xả của băng tải, kéo dài từ puli đến chồng, bảo vệ chống lại gió và hạn chế tác động của gió. Nếu được thiết kế đúng cách, nó cũng có thể hạn chế vật liệu rơi tự do.
Như đã đề cập trước đó, đã có lớp cách nhiệt trên băng tải trước khi đến điểm xả. Ngoài ra, khi vật liệu rời khỏi băng tải, sự phân tách tiếp tục xảy ra. Có thể lắp bánh xe chèo tại điểm xả để trộn lại vật liệu này. Bánh xe quay có cánh hoặc mái chèo di chuyển và trộn đường đi của vật liệu. Điều này sẽ giảm thiểu sự phân tách, nhưng sự phân hủy vật liệu có thể không được chấp nhận.
Phân loại có thể gây ra chi phí đáng kể. Hàng tồn kho không đáp ứng thông số kỹ thuật có thể dẫn đến hình phạt hoặc từ chối toàn bộ hàng tồn kho. Nếu vật liệu không phù hợp được giao đến công trường, tiền phạt có thể vượt quá 0,75 đô la một tấn. Chi phí nhân công và thiết bị để phục hồi các đống chất lượng kém thường rất cao. Chi phí theo giờ để xây dựng một nhà kho bằng máy ủi và người vận hành cao hơn chi phí của một băng tải tự động dạng ống lồng và vật liệu có thể bị phân hủy hoặc bị nhiễm bẩn để duy trì việc phân loại đúng cách. Điều này làm giảm giá trị của sản phẩm. Ngoài ra, khi thiết bị như máy ủi được sử dụng cho các nhiệm vụ không phải sản xuất, sẽ có chi phí cơ hội liên quan đến việc sử dụng thiết bị khi nó được vốn hóa cho các nhiệm vụ sản xuất.
Một cách tiếp cận khác có thể được thực hiện để giảm thiểu tác động của việc cô lập khi tạo kho trong các ứng dụng mà việc cô lập có thể là một vấn đề. Điều này bao gồm xếp chồng theo lớp, trong đó mỗi lớp được tạo thành từ một loạt các ngăn xếp.
Trong phần ngăn xếp, mỗi ngăn xếp được hiển thị như một ngăn xếp thu nhỏ. Sự phân chia vẫn xảy ra trên từng đống riêng lẻ do cùng các hiệu ứng đã thảo luận trước đó. Tuy nhiên, mẫu cô lập thường được lặp lại nhiều hơn trên toàn bộ mặt cắt ngang của đống. Các ngăn xếp như vậy được cho là có "độ phân giải phân chia" lớn hơn vì mẫu gradient rời rạc lặp lại thường xuyên hơn ở các khoảng thời gian nhỏ hơn.
Khi xử lý các chồng giấy bằng máy nạp giấy phía trước, không cần phải trộn vật liệu vì một lần xúc có thể trộn được nhiều chồng giấy. Khi chồng giấy được phục hồi, các lớp riêng lẻ có thể nhìn thấy rõ ràng (xem Hình 2).
Có thể tạo các chồng bằng nhiều phương pháp lưu trữ khác nhau. Một cách là sử dụng hệ thống cầu và băng tải xả, mặc dù tùy chọn này chỉ phù hợp với các ứng dụng cố định. Một nhược điểm đáng kể của hệ thống băng tải cố định là chiều cao của chúng thường cố định, điều này có thể dẫn đến tách gió như mô tả ở trên.
Một phương pháp khác là sử dụng băng tải dạng ống lồng. Băng tải dạng ống lồng cung cấp cách hiệu quả nhất để tạo thành các chồng và thường được ưa chuộng hơn các hệ thống cố định vì chúng có thể di chuyển khi cần thiết và nhiều loại thực sự được thiết kế để mang theo trên đường.
Băng tải dạng ống lồng bao gồm các băng tải (băng tải bảo vệ) được lắp đặt bên trong các băng tải ngoài có cùng chiều dài. Băng tải đầu có thể di chuyển theo chiều dài của băng tải ngoài để thay đổi vị trí của puli dỡ hàng. Chiều cao của bánh xe xả và vị trí hướng tâm của băng tải có thể thay đổi.
Sự thay đổi ba trục của bánh xe dỡ hàng là điều cần thiết để tạo ra các cọc nhiều lớp khắc phục được sự phân tầng. Hệ thống tời dây thường được sử dụng để kéo dài và thu lại băng tải nạp liệu. Chuyển động hướng tâm của băng tải có thể được thực hiện bằng hệ thống xích và bánh răng hoặc bằng bộ truyền động hành tinh dẫn động thủy lực. Chiều cao của băng tải thường được thay đổi bằng cách kéo dài các xi lanh gầm xe dạng ống lồng. Tất cả các chuyển động này phải được kiểm soát để tự động tạo ra các cọc nhiều lớp.
Băng tải dạng ống lồng có cơ chế tạo các chồng nhiều lớp. Giảm thiểu độ sâu của mỗi lớp sẽ giúp hạn chế sự tách biệt. Điều này đòi hỏi băng tải phải tiếp tục di chuyển khi hàng tồn kho tăng lên. Nhu cầu di chuyển liên tục khiến việc tự động hóa băng tải dạng ống lồng trở nên cần thiết. Có một số phương pháp tự động hóa khác nhau, một số phương pháp rẻ hơn nhưng có những hạn chế đáng kể, trong khi những phương pháp khác có thể lập trình hoàn toàn và cung cấp tính linh hoạt hơn trong việc tạo hàng tồn kho.
Khi băng tải bắt đầu tích tụ vật liệu, nó di chuyển theo hướng xuyên tâm trong khi vận chuyển vật liệu. Băng tải di chuyển cho đến khi công tắc giới hạn gắn trên trục băng tải được kích hoạt dọc theo đường đi xuyên tâm của nó. Bộ kích hoạt được đặt tùy thuộc vào độ dài của cung mà người vận hành muốn băng tải di chuyển. Vào thời điểm này, băng tải sẽ mở rộng đến một khoảng cách được xác định trước và bắt đầu di chuyển theo hướng khác. Quá trình này tiếp tục cho đến khi băng tải thanh giằng được mở rộng đến mức mở rộng tối đa và lớp đầu tiên được hoàn thành.
Khi tầng thứ hai được xây dựng, đầu bắt đầu rút lại từ độ mở rộng tối đa của nó, di chuyển theo hướng xuyên tâm và rút lại ở giới hạn vòng cung. Xây dựng các lớp cho đến khi công tắc nghiêng gắn trên bánh xe hỗ trợ được kích hoạt bởi cọc.
Băng tải sẽ đi lên khoảng cách đã đặt và bắt đầu lần nâng thứ hai. Mỗi bộ nâng có thể bao gồm nhiều lớp, tùy thuộc vào tốc độ của vật liệu. Lần nâng thứ hai tương tự như lần nâng đầu tiên, và cứ như vậy cho đến khi toàn bộ đống được xây dựng. Một phần lớn của đống kết quả được tách biệt, nhưng có tràn ở các cạnh của mỗi đống. Điều này là do băng tải không thể tự động điều chỉnh vị trí của công tắc giới hạn hoặc các vật thể được sử dụng để kích hoạt chúng. Công tắc giới hạn thu lại phải được điều chỉnh sao cho quá trình tràn không chôn vùi trục băng tải.