הפרדת חומרים היא בעיה אינהרנטית ברוב טכנולוגיות האחסון. ככל שהביקוש למוצרים באיכות גבוהה יותר עולה, בעיית בידוד המלאי מחמירה.
כידוע לכולנו, מסועי ערימה רדיאליים טלסקופיים הם הפתרון היעיל ביותר להפרדת ערימות. הם יכולים ליצור מלאי בשכבות, כאשר כל שכבה מורכבת ממספר חומרים. כדי ליצור מלאי בדרך זו, המסוע חייב לפעול כמעט ברציפות. בעוד שתנועת המסועים הטלסקופיים חייבת להיות בשליטה ידנית, אוטומציה היא ללא ספק שיטת הבקרה היעילה ביותר.
ניתן לתכנת מסועים אוטומטיים נשלפים ליצירת מלאי בהתאמה אישית במגוון גדלים, צורות ותצורות. גמישות כמעט בלתי מוגבלת זו יכולה לשפר את היעילות התפעולית הכוללת ולספק מוצרים באיכות גבוהה יותר.
קבלנים מוציאים מיליוני דולרים מדי שנה על ייצור מוצרים מצרפיים עבור מגוון רחב של יישומים. היישומים הפופולריים ביותר כוללים חומרי בסיס, אספלט ובטון.
תהליך יצירת מוצרים עבור יישומים אלה הוא מורכב ויקר. מפרטים וסבולות מחמירים יותר גורמים לכך שחשיבות איכות המוצר הופכת חשובה יותר ויותר.
בסופו של דבר, החומר מוסר מערימת האחסון ומועבר למיקום בו הוא ישולב בתשתית, אספלט או בטון.
הציוד הנדרש לפירוק, פיצוץ, ריסוק וסינון יקר מאוד. עם זאת, ציוד מתקדם יכול לייצר באופן עקבי אגרגטים בהתאם למפרט. מלאי אולי נראה כחלק של מה בכך בייצור משולב, אך אם הוא נעשה בצורה שגויה, הוא עלול לגרום לכך שמוצר התואם לחלוטין את המפרט לא יעמוד במפרט. משמעות הדבר היא ששימוש בשיטות אחסון שגויות עלול לגרום לאובדן חלק מהעלות של יצירת מוצר איכותי.
למרות שהכנסת מוצר למלאי עלולה לפגוע באיכותו, מלאי הוא חלק חשוב מתהליך הייצור הכולל. זוהי שיטת אחסון המבטיחה את זמינות החומר. קצב הייצור שונה לעתים קרובות מקצב המוצר הדרוש ליישום נתון, והמלאי מסייע לפצות על ההפרש.
מלאי גם מספק לקבלנים מספיק שטח אחסון כדי להגיב ביעילות לביקוש המשתנה בשוק. בשל היתרונות שמספק אחסון, הוא תמיד יהיה חלק חשוב מתהליך הייצור הכולל. לכן, יצרנים חייבים לשפר ללא הרף את טכנולוגיות האחסון שלהם כדי להפחית את הסיכונים הכרוכים באחסון.
הנושא העיקרי של מאמר זה הוא בידוד. הפרדה מוגדרת כ"הפרדת חומר לפי גודל החלקיקים". יישומים שונים של אגרגטים דורשים דרגות חומר ספציפיות ואחידות מאוד. הפרדה מובילה להבדלים מוגזמים במגוון המוצרים.
הפרדה יכולה להתרחש כמעט בכל מקום בתהליך ייצור המצרפים לאחר שהמוצר נמעך, נונה וערבב לדרגה המתאימה.
המקום הראשון בו יכולה להתרחש הפרדה הוא במלאי (ראה איור 1). לאחר שהחומר מוכנס למלאי, הוא ימוחזר בסופו של דבר ויסופק למיקום בו הוא ישמש.
המקום השני בו יכולה להתרחש הפרדה הוא במהלך העיבוד וההובלה. לאחר הגעתו לאתר של מפעל אספלט או בטון, החומר מושם במיכלים ו/או בפחי אחסון שמהם המוצר נלקח ומשמש.
הפרדה מתרחשת גם בעת מילוי וריקון ממגורות וממגורות. הפרדה יכולה להתרחש גם במהלך יישום התערובת הסופית על כביש או משטח אחר לאחר שהאגרגטים עורבבו בתערובת האספלט או הבטון.
אגרגט הומוגני חיוני לייצור אספלט או בטון באיכות גבוהה. תנודות בדרגות הגרגיר הניתן לפירוק הופכות את קבלת אספלט או בטון מקובלים כמעט בלתי אפשרית.
לחלקיקים קטנים יותר בעלי משקל נתון יש שטח פנים כולל גדול יותר מאשר לחלקיקים גדולים יותר בעלי משקל זהה. מצב זה יוצר בעיות בעת שילוב אגרגטים לתערובות אספלט או בטון. אם אחוז החלקיקים הדקים באגרגט גבוה מדי, יהיה חוסר בטיט או ביטומן והתערובת תהיה סמיכה מדי. אם אחוז החלקיקים הגסים באגרגט גבוה מדי, יהיה עודף טיט או ביטומן, ועקביות התערובת תהיה דלילה מדי. לכבישים שנבנו מאגרגטים מופרדים יש שלמות מבנית ירודה ובסופו של דבר תוחלת החיים שלהם נמוכה יותר מכבישים שנבנו ממוצרים מופרדים כראוי.
גורמים רבים מובילים להפרדה במלאי. מכיוון שרוב המלאי נוצר באמצעות מסועים, חשוב להבין את ההשפעה הטבועה של מסועים על מיון החומרים.
כאשר הרצועה מזיזה חומר על פני המסוע, הרצועה קופצת מעט כשהיא מתגלגלת מעל גלגלת הסרק. זאת בשל רפיון קל ברצועה בין כל גלגלת סרק. תנועה זו גורמת לחלקיקים הקטנים יותר לשקוע בתחתית חתך הרוחב של החומר. חפיפה של הגרגירים הגסים שומרת אותם בחלק העליון.
ברגע שהחומר מגיע לגלגל הפריקה של המסוע, הוא כבר מופרד חלקית מהחומר הגדול יותר בחלק העליון ומהחומר הקטן יותר בחלק התחתון. כאשר החומר מתחיל לנוע לאורך עיקול גלגל הפריקה, החלקיקים העליונים (החיצוניים) נעים במהירות גבוהה יותר מהחלקיקים התחתונים (הפנימיים). הבדל זה במהירות גורם לחלקיקים הגדולים יותר להתרחק מהמסוע לפני שהם נופלים על הערימה, בעוד שהחלקיקים הקטנים יותר נופלים ליד המסוע.
כמו כן, סביר יותר שחלקיקים קטנים יידבקו למסוע ולא ייפלטו עד שהמסוע ימשיך להתפתל על גלגל הפריקה. כתוצאה מכך, חלקיקים עדינים נוספים נעים חזרה לקדמת הערימה.
כאשר חומר נופל על ערימה, לחלקיקים גדולים יותר יש תנע קדימה גדול יותר מאשר לחלקיקים קטנים יותר. זה גורם לחומר גס להמשיך לנוע למטה בקלות רבה יותר מאשר לחומר דק. כל חומר, גדול כקטן, שזורם במורד דפנות הערימה נקרא שפיכה.
דליפות הן אחת הסיבות העיקריות להפרדת חומרי גלם ויש להימנע מהן ככל האפשר. כאשר החומר הדליף מתחיל להתגלגל במורד המדרון, החלקיקים הגדולים יותר נוטים להתגלגל לכל אורך המדרון, בעוד שהחומר העדין יותר נוטה לשקוע על דפנות החומר הדליף. כתוצאה מכך, ככל שהדליף מתקדם במורד דפנות הערימה, פחות ופחות חלקיקים עדינים נשארים בחומר המתגלגל.
כאשר החומר מגיע לקצה התחתון או לקצה הערימה, הוא מורכב בעיקר מחלקיקים גדולים יותר. דליפות גורמות להפרדה משמעותית, הנראית לעין בחלק הבסיסי. הקצה החיצוני של הערימה מורכב מחומר גס יותר, בעוד שהערימה הפנימית והעליונה מורכבת מחומר עדין יותר.
צורת החלקיקים תורמת גם היא לתופעות לוואי. חלקיקים חלקים או עגולים נוטים יותר להתגלגל במורד הערימה מאשר חלקיקים עדינים, שבדרך כלל צורתם מרובעת. חריגה מהמגבלות עלולה גם לגרום נזק לחומר. כאשר החלקיקים מתגלגלים במורד צד אחד של הערימה, הם מתחככים זה בזה. בלאי זה יגרום לחלק מהחלקיקים להתפרק לגדלים קטנים יותר.
רוח היא סיבה נוספת לבידוד. לאחר שהחומר עוזב את המסוע ומתחיל ליפול לתוך הערימה, הרוח משפיעה על מסלול התנועה של חלקיקים בגדלים שונים. לרוח יש השפעה רבה על חומרים עדינים. הסיבה לכך היא שהיחס בין שטח הפנים למסה של חלקיקים קטנים יותר גדול יותר מזה של חלקיקים גדולים יותר.
הסבירות לפיצולים במלאי יכולה להשתנות בהתאם לסוג החומר במחסן. הגורם החשוב ביותר ביחס להפרדה הוא מידת השינוי בגודל החלקיקים בחומר. חומרים עם שינוי גדול יותר בגודל החלקיקים יחוו דרגת הפרדה גבוהה יותר במהלך האחסון. כלל אצבע כללי הוא שאם היחס בין גודל החלקיקים הגדול ביותר לגודל החלקיקים הקטן ביותר עולה על 2:1, ייתכנו בעיות בהפרדת האריזה. מצד שני, אם יחס גודל החלקיקים קטן מ-2:1, ההפרדה הנפחית היא מינימלית.
לדוגמה, חומרי תשתית המכילים חלקיקים בעובי של עד 200 רשת עלולים להתפרק במהלך האחסון. עם זאת, בעת אחסון פריטים כמו אבן שטופה, הבידוד יהיה פשוט. מכיוון שרוב החול רטוב, לעתים קרובות ניתן לאחסן את החול ללא בעיות הפרדה. לחות גורמת לחלקיקים להידבק זה לזה, ומונעת הפרדה.
כאשר המוצר מאוחסן, לעיתים בלתי אפשרי למנוע בידוד. הקצה החיצוני של הערימה המוגמרת מורכב בעיקר מחומר גס, בעוד שפנים הערימה מכיל ריכוז גבוה יותר של חומר דק. כאשר לוקחים חומר מקצה ערימות כאלה, יש צורך לקחת כפות מדידה ממקומות שונים כדי לערבב את החומר. אם לוקחים חומר רק מחזית או מחלקה האחורי של הערימה, תקבלו או את כל החומר הגס או את כל החומר הדק.
ישנן גם הזדמנויות לבידוד נוסף בעת העמסת משאיות. חשוב שהשיטה בה נעשה שימוש לא תגרום להצפה. יש להעמיס תחילה את החלק הקדמי של המשאית, אחר כך את החלק האחורי, ולבסוף את האמצע. פעולה זו תמזער את השפעות העומס בתוך המשאית.
גישות לטיפול לאחר יצירת מלאי הן שימושיות, אך המטרה צריכה להיות למנוע או למזער הסגרים במהלך יצירת המלאי. דרכים מועילות למניעת בידוד כוללות:
כאשר מעמיסים על משאית, יש לערום אותו בצורה מסודרת בערימות נפרדות כדי למזער דליפות. יש לערום את החומר יחד באמצעות מעמיס, להרים אותו לגובה מלא של הדלי ולזרוק אותו, מה שיערבב את החומר. אם מעמיס חייב להזיז ולשבור את החומר, אין לנסות לבנות ערימות גדולות.
בניית מלאי בשכבות יכולה למזער הפרדה. ניתן לבנות מחסן מסוג זה באמצעות דחפור. אם החומר מועבר לחצר, הדחפור חייב לדחוף את החומר לשכבה המשופעת. אם הערימה נבנית באמצעות מסוע, הדחפור חייב לדחוף את החומר לשכבה אופקית. בכל מקרה, יש להיזהר שלא לדחוף את החומר מעבר לקצה הערימה. זה יכול להוביל לגלישה, שהיא אחת הסיבות העיקריות להפרדה.
לערום באמצעות דחפורים יש מספר חסרונות. שני סיכונים משמעותיים הם פגיעה במוצר וזיהום. ציוד כבד העובד ברציפות על המוצר ידחס וימעך את החומר. בעת שימוש בשיטה זו, על היצרנים להיזהר לא לפרק יתר על המידה את המוצר בניסיון להקל על בעיות ההפרדה. העבודה והציוד הנוספים הנדרשים הופכים לעתים קרובות שיטה זו ליקרה מדי, ויצרנים נאלצים לנקוט בהפרדה במהלך העיבוד.
מסועי ערימה רדיאליים מסייעים למזער את השפעת ההפרדה. ככל שהמלאי מצטבר, המסוע נע רדיאלית שמאלה וימינה. כאשר המסוע נע רדיאלית, קצוות הערימות, שבדרך כלל עשויות מחומר גס, יכוסו בחומר דק. האצבעות הקדמיות והאחוריות עדיין יהיו מחוספסות, אך הערימה תהיה מעורבת יותר מערימת הקונוסים.
קיים קשר ישיר בין הגובה והנפילה החופשית של החומר לבין מידת ההפרדה המתרחשת. ככל שהגובה עולה ומסלול החומר הנופל מתרחב, ישנה הפרדה גוברת של חומר עדין וגס. לכן, מסועי גובה משתנה הם דרך נוספת להפחית את ההפרדה. בשלב הראשוני, המסוע צריך להיות במצב הנמוך ביותר. המרחק לגלגלת הראש חייב להיות תמיד קצר ככל האפשר.
נפילה חופשית ממסוע אל ערימה היא סיבה נוספת להפרדה. מדרגות אבן ממזערות את ההפרדה על ידי ביטול חומר נופל חופשית. גרם מדרגות אבן הוא מבנה המאפשר לחומר לזרום במורד המדרגות אל הערימות. הוא יעיל אך יש לו יישום מוגבל.
ניתן למזער הפרדה הנגרמת על ידי רוח באמצעות שימוש במגלשות טלסקופיות. מגלשות טלסקופיות על גלגלות הפריקה של המסוע, המשתרעות מהגלימה ועד לערימה, מגנים מפני רוח ומגבילים את פגיעתה. אם מתוכננים כראוי, הם יכולים גם להגביל את הנפילה החופשית של החומר.
כפי שצוין קודם לכן, כבר יש בידוד על המסוע לפני שהוא מגיע לנקודת הפריקה. בנוסף, כאשר החומר עוזב את המסוע, מתרחשת הפרדה נוספת. ניתן להתקין גלגל משוטים בנקודת הפריקה כדי לערבב את החומר הזה מחדש. לגלגלים מסתובבים יש כנפיים או משוטים שחוצים ומערבבים את נתיב החומר. זה ימזער את ההפרדה, אך ייתכן שהידרדרות החומר לא תהיה מקובלת.
הפרדה יכולה להיות כרוכה בעלויות משמעותיות. מלאי שאינו עומד במפרטים עלול לגרום לקנסות או לדחיית המלאי כולו. אם חומר שאינו תואם את הדרישות מועבר לאתר העבודה, הקנסות יכולים לעלות על 0.75 דולר לטון. עלויות העבודה והציוד לשיקום ערימות באיכות ירודה הן לעתים קרובות גבוהות מדי. העלות השעתית של בניית מחסן עם דחפור ומפעיל גבוהה יותר מעלות של מסוע טלסקופי אוטומטי, וחומר עלול להתפרק או להזדהם כדי לשמור על מיון תקין. זה מפחית את ערך המוצר. בנוסף, כאשר ציוד כגון דחפור משמש למשימות שאינן ייצור, קיימת עלות אלטרנטיבית הקשורה לשימוש בציוד כאשר הוא הוון למשימות ייצור.
ניתן לנקוט בגישה נוספת כדי למזער את השפעת הבידוד בעת יצירת מלאי ביישומים שבהם בידוד יכול להוות בעיה. זה כולל ערימה בשכבות, כאשר כל שכבה מורכבת מסדרה של ערימות.
בקטע הערימה, כל ערימה מוצגת כערימה מיניאטורית. הפיצול עדיין מתרחש בכל ערימה בנפרד עקב אותם השפעות שנדונו קודם לכן. עם זאת, דפוס הבידוד חוזר על עצמו לעתים קרובות יותר על פני כל חתך הרוחב של הערימה. לערימות כאלה נאמר שיש "רזולוציית פיצול" גדולה יותר מכיוון שדפוס הגרדיאנט הבדיד חוזר על עצמו לעתים קרובות יותר במרווחים קטנים יותר.
בעת עיבוד ערימות עם טוען קדמי, אין צורך לערבב חומרים, מכיוון שכף אחת כוללת מספר ערימות. כאשר הערימה משוחזרת, השכבות הבודדות נראות בבירור (ראה איור 2).
ניתן ליצור ערימות באמצעות שיטות אחסון שונות. דרך אחת היא להשתמש במערכת גשר ומסוע פריקה, אם כי אפשרות זו מתאימה רק ליישומים נייחים. חיסרון משמעותי של מערכות מסוע נייחות הוא שגובהן קבוע בדרך כלל, מה שיכול להוביל להפרדת רוח כפי שתואר לעיל.
שיטה נוספת היא שימוש במסוע טלסקופי. מסועים טלסקופיים מספקים את הדרך היעילה ביותר ליצירת ערימות ולעתים קרובות עדיפים על פני מערכות נייחות מכיוון שניתן להזיז אותם בעת הצורך, ורבים מהם מתוכננים למעשה להובלה על הכביש.
מסועים טלסקופיים מורכבים ממסועים (מסועים מגנים) המותקנים בתוך מסועים חיצוניים באותו אורך. מסוע הקצה יכול לנוע באופן ליניארי לאורך המסוע החיצוני כדי לשנות את מיקום גלגלת הפריקה. גובה גלגל הפריקה והמיקום הרדיאלי של המסוע משתנים.
שינוי תלת-צירי של גלגל הפריקה חיוני ליצירת ערימות שכבתיות המתגברות על הפרדה. מערכות כננת חבלים משמשות בדרך כלל להארכה ולמשיכה של מסועי הזנה. התנועה הרדיאלית של המסוע יכולה להתבצע על ידי מערכת שרשרת וגלגל שיניים או על ידי הנעה פלנטרית המונעת הידראולית. גובה המסוע משתנה בדרך כלל על ידי הארכת צילינדרים טלסקופיים של המרכב התחתון. כל התנועות הללו חייבות להיות מבוקרות כדי ליצור באופן אוטומטי ערימות רב-שכבתיות.
למסועים טלסקופיים יש מנגנון ליצירת ערימות רב-שכבתיות. מזעור עומק כל שכבה יסייע בהגבלת ההפרדה. זה דורש מהמסוע להמשיך לנוע ככל שהמלאי מצטבר. הצורך בתנועה מתמדת הופך את הצורך באוטומציה של מסועים טלסקופיים. ישנן מספר שיטות אוטומציה שונות, חלקן זולות יותר אך בעלות מגבלות משמעותיות, בעוד שאחרות ניתנות לתכנות מלא ומציעות גמישות רבה יותר ביצירת מלאי.
כאשר המסוע מתחיל לצבור חומר, הוא נע בצורה רדיאלית תוך כדי הובלת החומר. המסוע נע עד שמתג גבול המותקן על ציר המסוע מופעל לאורך מסלולו הרדיאלי. ההדק ממוקם בהתאם לאורך הקשת שהמפעיל רוצה שהמסוע ינוע. ברגע זה, המסוע יימתח למרחק קבוע מראש ויתחיל לנוע בכיוון השני. תהליך זה נמשך עד שמסוע הסטרינג'ר יימתח עד לאורכו המרבי והשכבה הראשונה הושלמה.
כאשר נבנית הרמה השנייה, הקצה מתחיל לסגת מהישררה המקסימלית שלו, נע בצורה רדיאלית ונסוג בקצה הקשת. בנו שכבות עד שמתג ההטיה המותקן על גלגל התמיכה מופעל על ידי הכלונס.
המסוע יעלה את המרחק שנקבע ויתחיל את ההרמה השנייה. כל מרים יכול להיות מורכב מכמה שכבות, בהתאם למהירות החומר. ההרמה השנייה דומה לראשונה, וכן הלאה עד שכל הערימה נבנית. חלק גדול מהערימה המתקבלת מבודד, אך ישנם גלישות בקצוות כל ערימה. הסיבה לכך היא שסרטים מסועים אינם יכולים להתאים אוטומטית את מיקום מתגי הגבול או את החפצים המשמשים להפעלתם. יש לכוונן את מתג גבול הנסיגה כך שהגלישה לא תטמון בפיר המסוע.