Разделение материалов — неотъемлемая проблема большинства технологий хранения. По мере роста спроса на более качественную продукцию проблема изоляции запасов становится всё более острой.
Как всем известно, телескопические радиальные конвейеры являются наиболее эффективным решением для разделения штабелей. Они позволяют формировать запасы слоями, каждый из которых состоит из нескольких материалов. Для создания такого запаса конвейер должен работать практически непрерывно. Хотя движение телескопических конвейеров требует ручного управления, автоматизация, безусловно, является наиболее эффективным способом управления.
Автоматические выдвижные конвейеры можно запрограммировать на создание индивидуальных запасов различных размеров, форм и конфигураций. Эта практически безграничная гибкость позволяет повысить общую эффективность работы и качество продукции.
Подрядчики ежегодно тратят миллионы долларов на производство щебня для самых разных целей. Наиболее распространённые сферы применения включают в себя производство базовых материалов, асфальта и бетона.
Процесс создания продукции для этих целей сложен и дорог. Ужесточение требований и допусков означает, что качество продукции становится всё важнее.
В конечном итоге материал извлекается из штабеля и транспортируется к месту, где он будет включен в состав земляного полотна, асфальта или бетона.
Оборудование, необходимое для вскрышных работ, взрывных работ, дробления и просеивания, стоит очень дорого. Однако современное оборудование позволяет стабильно производить щебень в соответствии со спецификацией. Учёт запасов может показаться незначительной частью комплексного производства, но при неправильном подходе он может привести к тому, что продукт, идеально соответствующий спецификации, не будет соответствовать ей. Это означает, что использование неправильных методов хранения может привести к потере части затрат на производство качественной продукции.
Хотя размещение продукции на складе может снизить её качество, инвентаризация является важной частью общего производственного процесса. Это метод хранения, обеспечивающий доступность материала. Темпы производства часто отличаются от темпов выпуска продукции, необходимых для конкретного применения, и инвентаризация помогает компенсировать эту разницу.
Наличие запасов также обеспечивает подрядчикам достаточно места для хранения, чтобы эффективно реагировать на колебания рыночного спроса. Благодаря своим преимуществам, хранение всегда будет важной частью общего производственного процесса. Поэтому производители должны постоянно совершенствовать свои технологии хранения, чтобы снизить риски, связанные с хранением.
Основная тема этой статьи — изоляция. Сегрегация определяется как «разделение материала по размеру частиц». Различные области применения заполнителей требуют очень специфичных и однородных фракций материала. Сегрегация приводит к чрезмерному различию в ассортименте продукции.
Разделение может происходить практически на любом этапе процесса производства заполнителя после того, как продукт был измельчен, просеян и смешан до нужной градации.
Первое место, где может происходить сегрегация, — это инвентарь (см. рисунок 1). После того, как материал помещен на склад, он в конечном итоге будет переработан и доставлен к месту использования.
Второе место, где может происходить разделение, — это процессы переработки и транспортировки. По прибытии на асфальтобетонный завод заполнитель помещается в бункеры и/или складские помещения, откуда продукт извлекается и используется.
Расслоение также происходит при заполнении и опорожнении силосов и хранилищ. Расслоение может также происходить при нанесении готовой смеси на дорогу или другое покрытие после смешивания заполнителя с асфальтобетонной смесью.
Однородность заполнителя необходима для производства высококачественного асфальта или бетона. Неравномерность гранулометрического состава отделяемого заполнителя делает получение асфальта или бетона приемлемого качества практически невозможным.
Более мелкие частицы заданного веса имеют большую общую площадь поверхности, чем более крупные частицы того же веса. Это создает проблемы при смешивании заполнителей в асфальтобетонных или бетонных смесях. Если доля мелких частиц в заполнителе слишком высока, раствора или битума будет недостаточно, и смесь будет слишком густой. Если доля крупных частиц в заполнителе слишком высока, раствора или битума будет слишком много, и консистенция смеси будет слишком жидкой. Дороги, построенные из разделенных заполнителей, имеют низкую структурную целостность и в конечном итоге будут иметь меньший срок службы, чем дороги, построенные из правильно разделенных материалов.
К сегрегации запасов приводит множество факторов. Поскольку большая часть запасов формируется с помощью конвейерных лент, важно понимать их влияние на сортировку материалов.
При перемещении материала по конвейерной ленте лента слегка подпрыгивает, перекатываясь по натяжному ролику. Это происходит из-за небольшого провисания ленты между каждым натяжным роликом. Это движение приводит к тому, что более мелкие частицы оседают в нижней части поперечного сечения материала. Крупные частицы, перекрываясь, удерживаются наверху.
Как только материал достигает разгрузочного колеса конвейерной ленты, он уже частично отделен от более крупного материала, находящегося вверху, и более мелкого материала, находящегося внизу. Когда материал начинает двигаться по изгибу разгрузочного колеса, верхние (внешние) частицы движутся с большей скоростью, чем нижние (внутренние). Эта разница в скорости приводит к тому, что более крупные частицы отдаляются от конвейера и падают в штабель, в то время как более мелкие частицы падают рядом с конвейером.
Кроме того, повышается вероятность того, что мелкие частицы будут прилипать к конвейерной ленте и не будут выгружаться до тех пор, пока конвейерная лента не продолжит наматываться на разгрузочное колесо. Это приводит к перемещению большего количества мелких частиц обратно к передней части штабеля.
При падении материала на штабель крупные частицы имеют больший импульс, чем мелкие. Это приводит к тому, что крупнозернистый материал продолжает движение вниз с большей лёгкостью, чем мелкозернистый. Любой материал, крупный или мелкий, стекающий по стенкам штабеля, называется просыпью.
Разливы являются одной из основных причин расслоения материала, и их следует по возможности избегать. По мере того, как разлив начинает скатываться по склону отвала, более крупные частицы, как правило, скатываются по всей длине склона, в то время как более мелкие частицы, как правило, оседают на склонах отвала. Следовательно, по мере того, как разлив продвигается вниз по склонам отвала, в движущемся материале остаётся всё меньше мелких частиц.
Когда материал достигает нижнего края или подошвы штабеля, он состоит преимущественно из более крупных частиц. Просыпи приводят к значительной сегрегации, которая видна в секции склада. Внешняя подошва штабеля состоит из более крупного материала, в то время как внутренняя и верхняя его части — из более мелкого.
Форма частиц также способствует возникновению побочных эффектов. Гладкие или круглые частицы с большей вероятностью скатываются по склону штабеля, чем мелкие частицы, которые обычно имеют квадратную форму. Превышение пределов также может привести к повреждению материала. Скатываясь по одной стороне штабеля, частицы трутся друг о друга. Из-за этого износа некоторые частицы распадаются на более мелкие.
Ветер — ещё одна причина изоляции. После того, как материал сходит с конвейерной ленты и начинает падать в штабель, ветер влияет на траекторию движения частиц разных размеров. Ветер оказывает большое влияние на хрупкие материалы. Это объясняется тем, что отношение площади поверхности к массе у мелких частиц больше, чем у крупных.
Вероятность разделения запасов может варьироваться в зависимости от типа материала на складе. Наиболее важным фактором, влияющим на сегрегацию, является степень изменения размера частиц материала. Материалы с более выраженным разбросом размеров частиц будут иметь более высокую степень сегрегации при хранении. Общее правило заключается в том, что если соотношение размеров наибольшего и наименьшего размера частиц превышает 2:1, могут возникнуть проблемы с сегрегацией упаковки. С другой стороны, если соотношение размеров частиц меньше 2:1, сегрегация по объёму минимальна.
Например, материалы земляного полотна, содержащие частицы размером до 200 меш, могут расслаиваться при хранении. Однако при хранении таких материалов, как мытый щебень, изоляция будет незначительной. Поскольку большая часть песка влажная, его часто можно хранить без проблем с расслоением. Влага склеивает частицы, препятствуя расслоению.
При хранении продукта иногда невозможно предотвратить изоляцию. Внешний край готовой кучи состоит преимущественно из крупного материала, в то время как внутри кучи содержится более высокая концентрация мелкого материала. При отборе материала с торца такой кучи необходимо брать черпаки из разных мест для перемешивания материала. Если брать материал только с передней или задней части кучи, то будет собран либо весь крупный, либо весь мелкий материал.
При загрузке грузовиков также есть возможность дополнительной изоляции. Важно, чтобы используемый метод не приводил к переливу. Сначала загружайте переднюю часть грузовика, затем заднюю и, наконец, среднюю. Это позволит минимизировать последствия перегрузки внутри грузовика.
Методы обработки после инвентаризации полезны, но их цель должна заключаться в предотвращении или минимизации карантинов в период формирования инвентаризации. Полезные способы предотвращения изоляции включают:
При загрузке в грузовик материалы следует аккуратно укладывать отдельными штабелями, чтобы минимизировать просыпание. Материал следует укладывать в штабеля погрузчиком, поднимая ковш на полную высоту и опрокидывая его, что способствует перемешиванию материала. Если погрузчику необходимо перемещать и дробить материал, не пытайтесь формировать большие штабеля.
Размещение инвентаря слоями позволяет минимизировать сегрегацию. Такой склад можно построить с помощью бульдозера. Если материал доставляется на склад, бульдозер должен смещать его в наклонный слой. Если штабель формируется с помощью конвейерной ленты, бульдозер должен смещать материал в горизонтальный слой. В любом случае необходимо соблюдать осторожность, чтобы не перевалить материал через край штабеля. Это может привести к переливу, который является одной из основных причин расслоения.
Штабелирование бульдозерами имеет ряд недостатков. Два существенных риска — это деградация продукта и загрязнение. Тяжёлая техника, постоянно работающая с продуктом, уплотняет и измельчает материал. При использовании этого метода производители должны соблюдать осторожность, чтобы не допустить чрезмерного деградации продукта, пытаясь снизить проблемы с разделением. Дополнительные трудозатраты и оборудование часто делают этот метод чрезмерно дорогим, и производителям приходится прибегать к разделению в процессе переработки.
Радиальные штабелирующие конвейеры помогают минимизировать влияние расслоения. По мере накопления материала конвейер перемещается радиально влево и вправо. При радиальном движении конвейера торцы штабелей, обычно состоящие из крупного материала, покрываются мелким материалом. Передние и задние пальцы по-прежнему остаются грубыми, но штабель будет более смешанным, чем штабель конусов.
Существует прямая зависимость между высотой падения материала и степенью его сегрегации. С увеличением высоты и расширением траектории падающего материала происходит более интенсивное разделение мелкого и крупного материала. Поэтому конвейеры с переменной высотой — ещё один способ уменьшить сегрегацию. На начальном этапе конвейер должен находиться в самом нижнем положении. Расстояние до приводного барабана всегда должно быть максимально коротким.
Свободное падение с конвейерной ленты на штабель — ещё одна причина сегрегации. Каменные лестницы минимизируют сегрегацию, исключая свободное падение материала. Каменная лестница — это конструкция, позволяющая материалу стекать по ступеням на штабели. Она эффективна, но имеет ограниченное применение.
Расслоение материала, вызванное ветром, можно минимизировать, используя телескопические желоба. Телескопические желоба на разгрузочных роликах конвейера, простирающиеся от ролика до штабеля, защищают от ветра и ограничивают его воздействие. При правильной конструкции они также могут ограничить свободное падение материала.
Как упоминалось ранее, лента конвейера уже имеет изоляцию до точки разгрузки. Кроме того, когда материал сходит с ленты конвейера, происходит его дальнейшее разделение. Для повторного перемешивания материала в точке разгрузки можно установить лопастное колесо. Вращающиеся колеса оснащены лопастями, которые перемещаются по пути материала и перемешивают его. Это минимизирует разделение, но деградация материала может быть неприемлемой.
Разделение может повлечь за собой значительные затраты. Инвентарь, не соответствующий спецификациям, может привести к штрафам или отбраковке всего запаса. Если на строительную площадку доставляются несоответствующие материалы, штрафы могут превышать 0,75 доллара США за тонну. Стоимость труда и оборудования для восстановления некачественных отвалов часто оказывается непомерно высокой. Почасовая стоимость строительства склада с использованием бульдозера и оператора выше, чем стоимость автоматического телескопического конвейера, и материал может разлагаться или загрязняться при поддержании надлежащей сортировки. Это снижает стоимость продукта. Кроме того, когда оборудование, такое как бульдозер, используется для непроизводственных задач, возникают альтернативные издержки, связанные с использованием оборудования, когда оно было капитализировано для производственных задач.
Другой подход позволяет минимизировать влияние изоляции при создании инвентаря в приложениях, где изоляция может быть проблематичной. Это включает в себя многослойное размещение, где каждый слой состоит из ряда стопок.
В разделе, посвящённом стеку, каждый стек показан в виде миниатюрного стека. Разделение по-прежнему происходит в каждой отдельной куче из-за тех же эффектов, что обсуждались ранее. Однако паттерн изоляции чаще повторяется по всему поперечному сечению кучи. Такие стеки считаются обладающими более высоким «разрешением разделения», поскольку дискретный градиентный паттерн повторяется чаще с меньшими интервалами.
При обработке штабелей фронтальным погрузчиком нет необходимости перемешивать материалы, так как один ковш охватывает несколько штабелей. При восстановлении штабеля отдельные слои хорошо видны (см. рисунок 2).
Штабеля могут формироваться различными способами хранения. Один из способов — использование мостовой системы и разгрузочного конвейера, хотя этот вариант подходит только для стационарных применений. Существенным недостатком стационарных конвейерных систем является то, что их высота обычно фиксирована, что может привести к срыву потока воздуха, как описано выше.
Другой метод — использование телескопического конвейера. Телескопические конвейеры обеспечивают наиболее эффективное формирование штабелей и часто предпочтительнее стационарных систем, поскольку их можно перемещать при необходимости, а многие из них даже предназначены для перевозки по дорогам.
Телескопические конвейеры состоят из конвейеров (заградительных конвейеров), установленных внутри наружных конвейеров той же длины. Концевой конвейер может линейно перемещаться по длине наружного конвейера, изменяя положение разгрузочного барабана. Высота разгрузочного колеса и радиальное положение конвейера изменяются.
Трехосное изменение положения разгрузочного колеса необходимо для создания многослойных штабелей, предотвращающих сегрегацию. Для выдвижения и втягивания подающих конвейеров обычно используются системы канатных лебёдок. Радиальное перемещение конвейера может осуществляться цепной системой и звёздочкой или планетарным приводом с гидравлическим приводом. Высота конвейера обычно изменяется путём выдвижения телескопических цилиндров ходовой части. Для автоматического создания многослойных штабелей все эти движения должны контролироваться.
Телескопические конвейеры оснащены механизмом для создания многослойных штабелей. Минимизация глубины каждого слоя поможет снизить расслоение. Это требует непрерывного движения конвейера по мере накопления запасов. Необходимость постоянного движения обуславливает необходимость автоматизации телескопических конвейеров. Существует несколько различных методов автоматизации, некоторые из которых дешевле, но имеют существенные ограничения, в то время как другие полностью программируются и обеспечивают большую гибкость в создании запасов.
Когда конвейер начинает накапливать материал, он движется радиально, одновременно перемещая его. Конвейер движется до тех пор, пока не сработает концевой выключатель, установленный на валу конвейера вдоль его радиальной траектории. Положение концевого выключателя зависит от длины дуги, на которую оператор хочет переместить конвейерную ленту. В этот момент конвейер выдвигается на заданное расстояние и начинает движение в обратном направлении. Этот процесс продолжается до тех пор, пока стрингерный конвейер не выдвинется на максимальную длину и не будет завершен первый слой.
При формировании второго уровня наконечник начинает отводиться от своего максимального положения, двигаясь радиально и втягиваясь в дугообразное положение. Продолжайте формировать слои до тех пор, пока свая не активирует датчик наклона, установленный на опорном колесе.
Конвейер поднимется на заданное расстояние и запустит второй подъёмник. Каждый подъёмник может состоять из нескольких слоёв, в зависимости от скорости материала. Второй подъёмник аналогичен первому, и так далее, пока не будет сформирован весь штабель. Значительная часть образовавшегося штабеля деизолирована, но по краям каждого штабеля наблюдается переполнение. Это связано с тем, что конвейерные ленты не могут автоматически регулировать положение концевых выключателей или объектов, приводящих их в действие. Концевой выключатель отвода должен быть отрегулирован таким образом, чтобы переполнение не приводило к заглублению вала конвейера.