Tách biệt 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 tách biệt hàng tồn 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 phân loại hàng hóa. Chúng có thể tạo hàng tồn kho theo từng lớp, mỗi lớp được tạo thành từ nhiều vật liệu khác nhau. Để tạo hàng tồn kho theo cách này, băng tải phải hoạt động 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 hiện nay.
Băng tải tự động có thể được lập trình để tạo ra 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 vận hành tổng thể và mang lại sản phẩm chất lượng cao hơn.
Các nhà thầu chi hàng triệu đô la mỗi năm để sản xuất các sản phẩm cốt liệu 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 những ứng dụng này rất phức tạp và tốn kém. Thông số kỹ thuật và dung sai ngày càng khắt khe đồng nghĩa với việc chất lượng sản phẩm ngày càng được coi trọng.
Cuối cùng, vật liệu được lấy ra khỏi đống và vận chuyển đến nơi sẽ được trộn vào nền đất, nhựa đường hoặc bê tông.
Thiết bị cần thiết cho việc tách, nổ mìn, nghiền và sàng lọc rất tốn kém. Tuy nhiên, thiết bị tiên tiến có thể sản xuất cốt liệu theo đúng thông số kỹ thuật một cách nhất quán. Kiểm kê có vẻ như là một phần nhỏ trong quy trình sản xuất tích hợp, nhưng nếu thực hiện không đúng cách, nó có thể dẫn đến việc sản phẩm hoàn toàn tuân thủ thông số kỹ thuật nhưng lại không đạt yêu cầu. Điều này có nghĩa là việc sử dụng sai phương pháp lưu trữ có thể dẫn đến mất một phần chi phí tạo ra sản phẩm chất lượng.
Mặc dù việc lưu kho sản phẩm có thể ảnh hưởng đến chất lượng, nhưng tồn kho là một phần quan trọng của toàn bộ quy trình sản xuất. Đây là phương pháp lưu trữ đảm bảo tính sẵn có của vật liệu. Tốc độ sản xuất thường khác với tốc độ sản phẩm cần thiết cho một ứng dụng nhất định, và tồn kho giúp bù đắp sự chênh lệch này.
Hàng tồn kho cũng cung cấp cho các nhà thầu đủ không gian lưu trữ để đáp ứng hiệu quả nhu cầu thị trường biến động. Nhờ những lợi ích mà kho lưu trữ mang lại, nó luôn là một phần quan trọng của toàn bộ quy trình sản xuất. Do đó, các nhà sản xuất phải liên tục cải tiến công nghệ lưu trữ để giảm thiểu rủi ro liên quan đến việc lưu trữ.
Chủ đề chính của bài viết này là cô lập. Phân loại được định nghĩa là "phân tách vật liệu theo kích thước hạt". Các ứng dụng cốt liệu khác nhau đòi hỏi các cấp vật liệu rất cụ thể và đồng nhất. Phân loại dẫn đến sự khác biệt quá mức về chủng loại sản phẩm.
Sự phân tách có thể xảy ra ở hầu hết mọi nơi trong quá trình sản xuất tổng hợp sau khi sản phẩm đã được nghiền, sàng lọc và trộn theo đúng cấp độ.
Nơi đầu tiên có thể diễn ra quá trình phân loại là trong kho (xem Hình 1). Sau khi vật liệu được đưa vào kho, cuối cùng nó sẽ được tái chế và vận chuyển đến nơi sử dụng.
Nơi thứ hai có thể xảy ra sự phân tách 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, từ đó sản phẩm được lấy ra và sử dụng.
Sự phân tách cũng xảy ra khi đổ và xả silo. Sự phân tách cũng có thể xảy ra trong quá trình thi công 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 yếu tố thiết yếu để sản xuất nhựa đường hoặc bê tông chất lượng cao. Sự biến động về cấp phối của cốt liệu có thể tách rời khiến việc đạt được nhựa đường hoặc bê tông đạt tiêu chuẩn gần như không thể.
Các hạt nhỏ hơn cùng trọng lượng có tổng diện tích bề mặt lớn hơn các hạt lớn hơn cùng trọng lượng. Điều này gây ra vấn đề khi trộn cốt liệu vào hỗn hợp nhựa đường hoặc bê tông. Nếu tỷ lệ hạt mịn trong cốt liệu quá cao, sẽ thiếu vữa hoặc bitum và hỗn hợp sẽ quá đặc. Nếu tỷ lệ hạt thô trong cốt liệu quá cao, sẽ thừa vữa hoặc bitum, và độ đặc của hỗn hợp sẽ quá loãng. Đường được xây dựng từ cốt liệu đã tách rời có tính toàn vẹn kết cấu 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.
Có nhiều yếu tố dẫn đến sự phân loại hàng tồn kho. Vì hầu hết hàng tồn kho được tạo ra bằng băng tải, 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 mặt cắt ngang của vật liệu. Việc chồng chéo các hạt thô giúp giữ chúng ở phía trên.
Ngay khi vật liệu đến bánh xe xả của băng tải, nó đã được tách ra một phần khỏi vật liệu lớn ở phía trên và vật liệu nhỏ 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 chênh lệch tốc độ này khiến các hạt lớn di chuyển ra xa băng tải trước khi rơi vào đống vật liệu, trong khi các hạt nhỏ hơn rơi xuống gần băng tải.
Ngoài ra, các hạt nhỏ có nhiều khả năng sẽ bám vào băng tải và không được xả ra cho đến khi băng tải tiếp tục di chuyển trên bánh xe xả. Điều này dẫn đến nhiều hạt mịn hơn di chuyển về phía trước của ống xả.
Khi vật liệu rơi vào chồng chất, 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, dù lớn hay nhỏ, chảy xuống thành chồng chất đều được gọi là tràn.
Sự cố tràn là một trong những nguyên nhân chính gây ra hiện tượng tách lớp vật liệu và cần tránh bất cứ khi nào có thể. Khi vật liệu tràn bắt đầu lăn xuống dốc, các hạt lớn hơn có xu hướng lăn xuống toàn bộ chiều dài của dốc, trong khi các hạt mịn hơn có xu hướng lắng xuống hai bên của vật liệu tràn. Do đó, khi vật liệu tràn lan xuống hai bên đống vật liệu, các hạt mịn còn lại trong vật liệu phồng lên ngày càng ít.
Khi vật liệu chạm đến mép dưới hoặc chân đống, nó chủ yếu được cấu tạo từ các hạt lớn hơn. Sự tràn đổ gây ra sự phân tầng đáng kể, có thể thấy rõ ở phần nguyên liệu. Chân ngoài của đống bao gồm vật liệu thô hơn, trong khi phần bên trong và phía trên bao gồm vật liệu mịn hơn.
Hình dạng của các hạt cũng góp phần gây ra tác dụng phụ. Các hạt mịn hoặc tròn có nhiều khả năng lăn xuống dốc của chồng giấy 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 chồng giấy, 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 gây ra 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 trên khối lượng của các hạt nhỏ hơn lớn hơn so với các hạt lớn hơn.
Khả năng xảy ra hiện tượng phân mảnh trong kho có thể khác nhau tùy thuộc vào loại vật liệu trong kho. Yếu tố quan trọng nhất liên quan đến sự phân mảnh 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 mảnh cao hơn trong quá trình lưu trữ. Nguyên tắc chung là nếu tỷ lệ giữa kích thước hạt lớn nhất và kích thước hạt nhỏ nhất vượt quá 2:1, có thể sẽ có vấn đề với việc phân mảnh bao bì. Mặt khác, nếu tỷ lệ kích thước hạt nhỏ hơn 2:1, sự phân mảnh thể tích sẽ ở mức tối thiểu.
Ví dụ, vật liệu nền đất chứa các hạt có kích thước lên đến 200 mesh có thể bị tách lớp trong quá trình lưu trữ. Tuy nhiên, khi lưu trữ các vật liệu như đá đã rửa, việc cách nhiệt sẽ không đáng kể. Vì phần lớn 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 lưu trữ sản phẩm, đôi khi không thể tránh khỏi tình trạng cô lập. Phần rìa ngoài của đống thành phẩm chủ yếu là vật liệu thô, trong khi phần bên trong chứa hàm lượng vật liệu mịn cao hơn. Khi lấy vật liệu từ cuối các đống như vậy, cần phải dùng xẻng từ nhiều vị trí khác nhau để trộn vật liệu. Nếu chỉ lấy vật liệu từ phía trước hoặc phía sau chồng, bạn sẽ thu được toàn bộ vật liệu thô hoặc toàn bộ vật liệu mịn.
Ngoài ra, còn có thể sử dụng thêm lớp cách nhiệt khi chất hàng lên xe tải. Điều quan trọng là phương pháp này không gây tràn hàng. Hãy xếp hàng ở phía trước xe tải trước, sau đó đến phía sau và cuối cùng là ở giữa. Điều này sẽ giảm thiểu tác động của việc chất hàng quá tải bên trong xe tải.
Các phương pháp xử lý sau kiểm kê rất hữu ích, nhưng mục tiêu là ngăn ngừa hoặc giảm thiểu việc cách ly trong quá trình tạo kho. Các cách hữu ích để ngăn ngừa việc cách ly bao gồm:
Khi xếp chồng lên xe tải, vật liệu nên được xếp gọn gàng thành từng chồng riêng biệt để giảm thiểu tình trạng đổ tràn. Vật liệu nên được xếp chồng lên nhau bằng máy xúc, nâng lên đến độ cao gầu đầy và đổ xuống, điều này sẽ giúp trộn đều vật liệu. Nếu máy xúc phải di chuyển và đập vỡ vật liệu, không nên cố gắng xếp thành những đống lớn.
Xếp chồng hàng tồn kho theo lớp có thể giảm thiểu sự phân tầng. Loại kho này có thể được xây dựng bằng máy ủi. Nếu vật liệu được vận chuyển đến bãi, máy ủi phải đẩy vật liệu vào lớp dốc. Nếu chồng hàng 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 ra khỏi mép chồng. Điều này có thể dẫn đến tràn vật liệu, một trong những nguyên nhân chính gây ra sự phân tầng.
Việc 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 hạng nặng hoạt động liên tục trên sản phẩm sẽ nén chặt và nghiền nát vật liệu. Khi sử dụng phương pháp này, nhà sản xuất phải cẩn thận không làm sản phẩm bị phân hủy quá mức để giảm thiểu các vấn đề về phân tách. Việc bổ sung nhân công và thiết bị thường khiến phương pháp này trở nên quá tốn kém, và nhà sản xuất phải dùng đến phương pháp phân tách trong quá trình chế biến.
Băng tải xếp chồng hướng tâm giúp giảm thiểu tác động của việc tách rời. Khi hàng tồn kho được tích lũy, 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 hàng, thường là vật liệu thô, sẽ được phủ bằng vật liệu mịn. Các đầu ngón tay phía trước và phía sau vẫn sẽ thô ráp, nhưng đống hàng sẽ được trộn lẫn hơn so với đống hình nón.
Có một mối quan hệ trực tiếp giữa độ cao và độ rơi tự do của vật liệu với mức độ phân tầng xảy ra. Khi độ cao tăng lên và quỹ đạo rơi của vật liệu mở rộng, sự phân tầng giữa vật liệu mịn và thô sẽ tăng lên. Vì vậy, băng tải có chiều cao thay đổi là một cách khác để giảm sự phân tầng. Ở giai đoạn đầu, băng tải nên ở vị trí thấp nhất. Khoảng cách đến puli đầu phải luôn càng ngắn càng tốt.
Rơi tự do từ băng tải xuống đống vật liệu cũng là một lý do khác gây ra sự phân tách. Cầu thang đá giảm thiểu sự phân tách 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 đống vật liệu. Nó hiệu quả nhưng có ứng dụng hạn chế.
Có thể giảm thiểu sự phân tách do gió bằng cách sử dụng máng trượt dạng ống lồng. Máng trượt dạng ống lồng trên puli xả của băng tải, kéo dài từ puli đến ống xả, giúp chống gió và hạn chế tác động của gió. Nếu được thiết kế hợp lý, máng trượt này cũng có thể hạn chế vật liệu rơi tự do.
Như đã đề cập trước đó, băng tải đã có lớp cách nhiệt trước khi đến điểm xả. Ngoài ra, khi vật liệu rời khỏi băng tải, quá trình phân tách tiếp tục diễn ra. Có thể lắp đặt bánh xe guồng tại điểm xả để trộn lại vật liệu này. Bánh xe quay có cánh hoặc cánh quạt di chuyển và trộn đều 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.
Việc phân loại có thể gây ra chi phí đáng kể. Hàng tồn kho không đáp ứng thông số kỹ thuật có thể bị phạt hoặc bị từ chối toàn bộ hàng tồn kho. Nếu vật liệu không đạt tiêu chuẩn được giao đến công trường, mức phạt có thể vượt quá 0,75 đô la mỗi 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 với 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 các thiết bị như máy ủi được sử dụng cho các nhiệm vụ không liên quan đến sản xuất, sẽ phát sinh 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 áp dụng để giảm thiểu tác động của việc cô lập khi tạo kho lưu trữ trong các ứng dụng mà việc cô lập có thể gây ra vấn đề. Điều này bao gồm việc xếp chồng theo lớp, trong đó mỗi lớp được tạo thành từ một loạt các chồng xếp chồng.
Trong phần chồng, mỗi chồng được hiển thị dưới dạng một chồng thu nhỏ. Sự phân tách vẫn xảy ra trên từng đống riêng lẻ do cùng các hiệu ứng đã thảo luận trước đó. Tuy nhiên, mô hình cô lập thường được lặp lại trên toàn bộ mặt cắt ngang của chồng. Các chồng như vậy được cho là có "độ phân giải phân tách" cao hơn vì mô hình gradient rời rạc lặp lại thường xuyên hơn ở các khoảng thời gian ngắn hơn.
Khi xử lý chồng giấy bằng máy xúc lật, không cần trộn vật liệu vì một xẻng chứa được nhiều chồng giấy. Khi chồng giấy được phục hồi, các lớp riêng lẻ sẽ được nhìn thấy rõ ràng (xem Hình 2).
Có thể tạo các chồng chất bằng nhiều phương pháp lưu trữ khác nhau. Một cách là sử dụng hệ thống cầu và băng tải xả, mặc dù phương án này chỉ phù hợp cho 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 hiện tượng tách gió như đã mô tả ở trên.
Một phương pháp khác là sử dụng băng tải dạng ống lồng. Băng tải dạng ống lồng là 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 băng tải thực sự được thiết kế để vận chuyển 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 mút có thể di chuyển tuyến tính dọc 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 kính của băng tải có thể thay đổi.
Việc thay đổi ba trục của bánh xe dỡ tải là điều cần thiết để tạo ra các cọc xếp lớp khắc phục hiện tượng phân tầng. Hệ thống tời dây thường được sử dụng để kéo dài và thu gọn băng tải cấp 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 khung gầm 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. Việc giảm thiểu độ sâu của mỗi lớp sẽ giúp hạn chế sự tách lớp. Điều này đòi hỏi băng tải phải liên tục di chuyển khi lượng 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 mang lại sự linh hoạt hơn trong việc tạo hàng tồn kho.
Khi băng tải bắt đầu tích tụ vật liệu, nó sẽ di chuyển theo hướng xuyên tâm trong quá trình vận chuyển vật liệu. Băng tải di chuyển cho đến khi công tắc hành trình gắn trên trục băng tải được kích hoạt dọc theo đường đi xuyên tâm của nó. Công tắc được đặt tùy thuộc vào độ dài cung mà người vận hành muốn băng tải di chuyển. Lúc này, băng tải sẽ kéo dài đến một khoảng cách định trước và bắt đầu di chuyển theo hướng ngược lại. Quá trình này tiếp tục cho đến khi băng tải thanh ngang được kéo dài đến mức tối đa và lớp đầu tiên được hoàn thành.
Khi tầng thứ hai được xây dựng, đầu mũi bắt đầu rút lại từ độ mở rộng tối đa, di chuyển theo hướng xuyên tâm và rút lại ở giới hạn cong. Xây dựng các lớp cho đến khi công tắc nghiêng gắn trên bánh xe hỗ trợ được kích hoạt bởi cọc.
Băng tải sẽ di chuyển lên khoảng cách đã thiết lập và bắt đầu lần nâng thứ hai. Mỗi lần nâng có thể bao gồm nhiều lớp, tùy thuộc vào tốc độ của vật liệu. Lần nâng thứ hai tương tự như lần đầu, và cứ tiếp tục như vậy cho đến khi toàn bộ đống được xếp xong. Một phần lớn đống vật liệu được tạo thành sẽ được tách riêng, nhưng vẫn có hiện tượng tràn ở rìa 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 hồi phải được điều chỉnh sao cho phần tràn không chôn vùi trục băng tải.