يُعد فصل المواد مشكلةً جوهريةً في معظم تقنيات التخزين. ومع تزايد الطلب على منتجات عالية الجودة، تزداد مشكلة عزل المخزون حدةً.
كما نعلم جميعًا، تُعدّ ناقلات المكدس الشعاعية التلسكوبية الحل الأمثل لفصل المكدسات. فهي تُمكّن من إنشاء مخزون على شكل طبقات، حيث تتكون كل طبقة من عدد من المواد. لإنشاء المخزون بهذه الطريقة، يجب أن يعمل الناقل بشكل شبه مستمر. في حين أن حركة الناقلات التلسكوبية يجب أن تُدار يدويًا، فإن الأتمتة هي بلا شك أكثر طرق التحكم فعالية.
يمكن برمجة الناقلات الأوتوماتيكية القابلة للسحب لإنشاء مخزون مخصص بأحجام وأشكال وتكوينات متنوعة. هذه المرونة اللامحدودة تُحسّن الكفاءة التشغيلية الإجمالية وتُقدم منتجات عالية الجودة.
ينفق المقاولون ملايين الدولارات سنويًا لإنتاج منتجات مجمعة لمجموعة واسعة من التطبيقات. وتشمل التطبيقات الأكثر شيوعًا المواد الأساسية والأسفلت والخرسانة.
عملية تصنيع المنتجات لهذه التطبيقات معقدة ومكلفة. وتزداد أهمية جودة المنتج مع تشديد المواصفات والتفاوتات.
وفي النهاية، تتم إزالة المواد من المخزون ونقلها إلى موقع حيث سيتم دمجها في الطبقة الأساسية أو الأسفلت أو الخرسانة.
المعدات اللازمة للتكسير والتفجير والسحق والغربلة باهظة الثمن. ومع ذلك، يمكن للمعدات المتطورة إنتاج مواد خام باستمرار وفقًا للمواصفات. قد يبدو المخزون جزءًا بسيطًا من التصنيع المتكامل، ولكن إذا تم تنفيذه بشكل غير صحيح، فقد يؤدي إلى منتج مطابق تمامًا للمواصفات ولكنه لا يفي بها. هذا يعني أن استخدام طرق تخزين خاطئة قد يؤدي إلى خسارة جزء من تكلفة إنتاج منتج عالي الجودة.
مع أن تخزين المنتج قد يؤثر سلبًا على جودته، إلا أن المخزون جزءٌ مهمٌ من عملية الإنتاج الشاملة. فهو طريقة تخزين تضمن توافر المواد. غالبًا ما يختلف معدل الإنتاج عن معدل المنتج المطلوب لتطبيق معين، ويساعد المخزون في تعويض هذا الفارق.
كما يوفر المخزون للمقاولين مساحة تخزين كافية للاستجابة بفعالية لتقلبات طلب السوق. ونظرًا لفوائد التخزين، سيظل جزءًا أساسيًا من عملية التصنيع الشاملة. لذلك، يجب على المصنّعين تحسين تقنيات التخزين باستمرار للحد من المخاطر المرتبطة به.
الموضوع الرئيسي لهذه المقالة هو العزل. يُعرّف الفصل بأنه "فصل المواد حسب حجم الجسيمات". تتطلب التطبيقات المختلفة للركام درجات محددة وموحدة من المواد. يؤدي الفصل إلى اختلافات كبيرة في أنواع المنتجات.
يمكن أن يحدث الفصل في أي مكان تقريبًا في عملية تصنيع المواد المجمعة بعد سحق المنتج وفحصه وخلطه إلى الدرجة المناسبة.
أول مكان يمكن أن يحدث فيه الفصل هو المخزون (انظر الشكل 1). بمجرد وضع المواد في المخزون، سيتم إعادة تدويرها في النهاية وتسليمها إلى الموقع الذي ستُستخدم فيه.
المكان الثاني الذي قد يحدث فيه الانفصال هو أثناء المعالجة والنقل. بمجرد وصول الركام إلى موقع مصنع الأسفلت أو الخرسانة، يُوضع في قواديس و/أو صناديق تخزين، حيث يُؤخذ المنتج ويُستعمل.
يحدث الفصل أيضًا عند ملء وتفريغ الصوامع والخزانات. كما يمكن أن يحدث الفصل أيضًا أثناء وضع الخليط النهائي على طريق أو أي سطح آخر بعد خلط الركام مع خليط الأسفلت أو الخرسانة.
يُعدّ الركام المتجانس ضروريًا لإنتاج أسفلت أو خرسانة عالية الجودة. فالتقلبات في تدرج الركام القابل للفصل تجعل الحصول على أسفلت أو خرسانة بجودة مقبولة أمرًا شبه مستحيل.
الجسيمات الأصغر ذات وزن معين لها مساحة سطح إجمالية أكبر من الجسيمات الأكبر ذات الوزن نفسه. هذا يُسبب مشاكل عند دمج الركام في خلطات الأسفلت أو الخرسانة. إذا كانت نسبة الجسيمات الدقيقة في الركام مرتفعة جدًا، فسيؤدي ذلك إلى نقص الملاط أو البيتومين، وسيصبح الخليط سميكًا جدًا. أما إذا كانت نسبة الجسيمات الخشنة في الركام مرتفعة جدًا، فسيؤدي ذلك إلى زيادة الملاط أو البيتومين، وسيصبح قوام الخليط رقيقًا جدًا. الطرق المبنية من ركام منفصل ضعيفة السلامة الإنشائية، وسيكون عمرها الافتراضي أقل في النهاية من الطرق المبنية من مواد منفصلة بشكل صحيح.
هناك عوامل عديدة تؤدي إلى فصل المخزونات. ونظرًا لأن معظم المخزون يُنتج باستخدام أحزمة ناقلة، فمن المهم فهم تأثيرها الجوهري على فرز المواد.
أثناء تحريك السير للمواد على سير النقل، يرتد السير قليلاً أثناء دورانه فوق بكرة التباطؤ. ويعود ذلك إلى الارتخاء الطفيف في السير بين كل بكرة تباطؤ. تؤدي هذه الحركة إلى ترسب الجسيمات الصغيرة في قاع المقطع العرضي للمادة. ويؤدي تداخل الحبيبات الخشنة إلى بقائها في الأعلى.
بمجرد وصول المادة إلى عجلة التفريغ في الحزام الناقل، تكون قد انفصلت جزئيًا عن المادة الأكبر في الأعلى والمادة الأصغر في الأسفل. عندما تبدأ المادة بالتحرك على طول منحنى عجلة التفريغ، تتحرك الجسيمات العلوية (الخارجية) بسرعة أعلى من الجسيمات السفلية (الداخلية). يؤدي هذا الاختلاف في السرعة إلى ابتعاد الجسيمات الأكبر عن الناقل قبل سقوطها على المدخنة، بينما تسقط الجسيمات الأصغر بجواره.
كذلك، من المرجح أن تلتصق الجسيمات الصغيرة بالحزام الناقل ولا تُفرّغ إلا بعد أن يستمر الحزام الناقل في الدوران على عجلة التفريغ. يؤدي هذا إلى عودة المزيد من الجسيمات الدقيقة نحو مقدمة المدخنة.
عندما تسقط مادة على كومة، تتمتع الجسيمات الأكبر بزخم أمامي أكبر من الجسيمات الأصغر. هذا يُسبب استمرار المواد الخشنة في التحرك للأسفل بسهولة أكبر من المواد الدقيقة. أي مادة، كبيرة كانت أم صغيرة، تتساقط على جوانب الكومة تُسمى انسكابًا.
الانسكابات من الأسباب الرئيسية لانفصال المخزون، ويجب تجنبها قدر الإمكان. فعندما يبدأ الانسكاب بالتدحرج على منحدر الروث، تميل الجسيمات الأكبر إلى التدحرج على طول المنحدر، بينما تستقر الجسيمات الدقيقة على جوانب الروث. ونتيجةً لذلك، مع تقدم الانسكاب على جوانب الكومة، تقلّ الجسيمات الدقيقة المتبقية في المادة المنفوخة.
عندما تصل المادة إلى الحافة السفلية أو مقدمة الكومة، فإنها تتكون أساسًا من جزيئات أكبر. تسبب الانسكابات انفصالًا كبيرًا، وهو ما يظهر في قسم المخزون. تتكون مقدمة الكومة الخارجية من مادة أكثر خشونة، بينما تتكون الكومة الداخلية والعلوية من مادة أدق.
يُسهم شكل الجسيمات أيضًا في حدوث آثار جانبية. فالجسيمات الملساء أو المستديرة أكثر عرضة للتدحرج على منحدر الكومة من الجسيمات الدقيقة، والتي عادةً ما تكون مربعة الشكل. كما أن تجاوز الحدود المسموح بها قد يؤدي إلى تلف المادة. فعندما تتدحرج الجسيمات على أحد جانبي الكومة، تحتك ببعضها البعض. ويؤدي هذا التآكل إلى تفتت بعض الجسيمات إلى أحجام أصغر.
الرياح سببٌ آخر للعزل. فبعد أن تغادر المادة السير الناقل وتبدأ بالسقوط في المدخنة، تؤثر الرياح على مسار حركة الجسيمات بمختلف أحجامها. وللرياح تأثيرٌ كبير على المواد الحساسة، وذلك لأن نسبة مساحة السطح إلى كتلة الجسيمات الصغيرة أكبر منها في الجسيمات الكبيرة.
يختلف احتمال حدوث انقسامات في المخزون باختلاف نوع المادة في المستودع. وأهم عامل في عملية الفصل هو درجة تغير حجم الجسيمات في المادة. فالمواد ذات التباين الأكبر في حجم الجسيمات تكون درجة فصلها أعلى أثناء التخزين. وكقاعدة عامة، إذا تجاوزت نسبة أكبر حجم جسيمات إلى أصغر حجم جسيمات 2:1، فقد تحدث مشاكل في فصل العبوات. أما إذا كانت نسبة حجم الجسيمات أقل من 2:1، فإن فصل الحجم يكون ضئيلاً.
على سبيل المثال، قد تتقشر مواد الأساس التي تحتوي على جزيئات تصل إلى 200 شبكة أثناء التخزين. ومع ذلك، عند تخزين مواد مثل الحجر المغسول، يكون العزل سهلاً. ولأن معظم الرمل رطب، غالبًا ما يكون من الممكن تخزينه دون مشاكل انفصال. تتسبب الرطوبة في التصاق الجزيئات ببعضها، مما يمنع انفصالها.
عند تخزين المنتج، يصعب أحيانًا منع العزل. تتكون الحافة الخارجية للكومة النهائية بشكل رئيسي من مواد خشنة، بينما يحتوي الجزء الداخلي منها على تركيز أعلى من المواد الناعمة. عند أخذ المواد من طرف هذه الأكوام، يلزم أخذ مغارف من أماكن مختلفة لخلطها. إذا أخذت المواد من مقدمة الكومة أو مؤخرتها فقط، فستحصل إما على جميع المواد الخشنة أو جميع المواد الناعمة.
تتوفر أيضًا فرص لعزل إضافي عند تحميل الشاحنات. من المهم ألا تُسبب الطريقة المُستخدمة فيضانًا. حمّل مقدمة الشاحنة أولًا، ثم مؤخرتها، وأخيرًا منتصفها. هذا سيقلل من آثار التحميل الزائد داخلها.
تُعدّ أساليب التعامل مع المخزون بعد الجرد مفيدة، ولكن ينبغي أن يكون الهدف منع أو تقليل عمليات الحجر الصحي أثناء إنشاء المخزون. ومن الطرق المفيدة لمنع العزل ما يلي:
عند تكديسها على شاحنة، يجب تكديسها بدقة في أكوام منفصلة لتقليل الانسكاب. يجب تكديس المواد معًا باستخدام رافعة، مع رفعها إلى أقصى ارتفاع لها وإفراغها، مما يؤدي إلى خلط المواد. إذا اضطرت الرافعة إلى تحريك المواد وتكسيرها، فلا تحاول بناء أكوام كبيرة.
يمكن أن يُقلل بناء المخزون على طبقات من الفصل. يُمكن بناء هذا النوع من المستودعات باستخدام جرافة. إذا تم تسليم المواد إلى الساحة، يجب على الجرافة دفعها إلى الطبقة المائلة. أما إذا تم بناء المكدس باستخدام حزام ناقل، فيجب على الجرافة دفع المواد إلى طبقة أفقية. في جميع الأحوال، يجب الحرص على عدم دفع المواد فوق حافة الكومة، فقد يؤدي ذلك إلى فيضانها، وهو أحد الأسباب الرئيسية للفصل.
للتكديس بالجرافات عيوبٌ عديدة. من أهمّها تدهور المنتج وتلوثه. فالمعدات الثقيلة التي تعمل باستمرار على المنتج ستضغطه وتسحقه. عند استخدام هذه الطريقة، يجب على المصنّعين توخي الحذر لتجنب الإفراط في تدهور المنتج، وذلك للحدّ من مشاكل الفصل. فالعمالة والمعدات الإضافية المطلوبة غالبًا ما تجعل هذه الطريقة باهظة التكلفة، ويضطرّ المنتجون إلى اللجوء إلى الفصل أثناء المعالجة.
تساعد ناقلات التكديس الشعاعية على تقليل تأثير الفصل. مع تراكم المخزون، يتحرك الناقل شعاعيًا يمينًا ويسارًا. مع تحركه شعاعيًا، تُغطى أطراف الأكوام، المصنوعة عادةً من مواد خشنة، بمواد ناعمة. ستظل الأصابع الأمامية والخلفية خشنة، لكن الكومة ستكون أكثر تنوعًا من كومة المخاريط.
هناك علاقة مباشرة بين ارتفاع المادة وسقوطها الحر ودرجة الانفصال. مع زيادة الارتفاع واتساع مسار المادة المتساقطة، يزداد الانفصال بين المواد الدقيقة والخشنة. لذا، تُعدّ الناقلات متغيرة الارتفاع وسيلة أخرى لتقليل الانفصال. في المرحلة الأولية، يجب أن يكون الناقل في أدنى وضع، وأن تكون المسافة إلى بكرة الرأس أقصر ما يمكن.
السقوط الحر من الحزام الناقل إلى المدخنة سبب آخر للانفصال. تُقلل السلالم الحجرية من الانفصال عن طريق منع سقوط المواد الحر. الدرج الحجري هو هيكل يسمح بتدفق المواد عبر الدرجات إلى الأكوام. وهو فعال، لكن تطبيقه محدود.
يمكن تقليل الانفصال الناتج عن الرياح باستخدام المزالق التلسكوبية. تحمي المزالق التلسكوبية على بكرات تفريغ الناقل، الممتدة من البكرة إلى المدخنة، من الرياح وتحد من تأثيرها. وإذا صُممت بشكل صحيح، فإنها تحد أيضًا من السقوط الحر للمواد.
كما ذُكر سابقًا، يوجد عازل على الحزام الناقل قبل الوصول إلى نقطة التفريغ. إضافةً إلى ذلك، عند خروج المادة من الحزام الناقل، يحدث فصلٌ إضافي. يمكن تركيب عجلة مجداف عند نقطة التفريغ لإعادة خلط هذه المادة. تحتوي العجلات الدوارة على أجنحة أو مجاديف تعبر مسار المادة وتخلطها. هذا سيقلل من الفصل، ولكن قد لا يكون تدهور المواد مقبولًا.
قد يترتب على الفصل تكاليف باهظة. قد يؤدي المخزون غير المطابق للمواصفات إلى فرض غرامات أو رفض كامل المخزون. في حال تسليم مواد غير مطابقة للمواصفات إلى موقع العمل، قد تتجاوز الغرامات 0.75 دولار أمريكي للطن. غالبًا ما تكون تكاليف العمالة والمعدات اللازمة لإعادة تأهيل الأكوام رديئة الجودة باهظة. تكلفة بناء مستودع بالساعة باستخدام جرافة وعامل أعلى من تكلفة ناقل تلسكوبي أوتوماتيكي، وقد تتحلل المواد أو تتلوث لضمان الفرز السليم، مما يقلل من قيمة المنتج. بالإضافة إلى ذلك، عند استخدام معدات مثل الجرافة في مهام غير إنتاجية، توجد تكلفة فرصة بديلة مرتبطة باستخدامها عندما تم رأسمالها لمهام الإنتاج.
يمكن اتباع نهج آخر لتقليل تأثير العزل عند إنشاء المخزون في التطبيقات التي قد يُشكل فيها العزل مشكلة. يشمل ذلك التكديس على طبقات، حيث تتكون كل طبقة من سلسلة من الأكوام.
في قسم المكدس، يُعرض كل مكدس كمكدس مصغر. ويحدث الانقسام في كل كومة على حدة نتيجةً لنفس التأثيرات التي نوقشت سابقًا. ومع ذلك، يتكرر نمط العزل بشكل أكبر على كامل المقطع العرضي للكومة. ويُقال إن هذه المكدسات تتميز بدقة انقسام أعلى لأن نمط التدرج المنفصل يتكرر بشكل أكثر تكرارًا على فترات زمنية أصغر.
عند معالجة الأكوام باستخدام آلة تحميل أمامية، لا حاجة لخلط المواد، إذ تحتوي كل مغرفة على عدة أكوام. عند إعادة تجميع الأكوام، تصبح الطبقات الفردية مرئية بوضوح (انظر الشكل 2).
يمكن إنشاء الأكوام باستخدام طرق تخزين متنوعة. إحدى هذه الطرق هي استخدام نظام جسر ناقل للتفريغ، مع أن هذا الخيار مناسب فقط للتطبيقات الثابتة. من أهم عيوب أنظمة النقل الثابتة أن ارتفاعها عادةً ما يكون ثابتًا، مما قد يؤدي إلى فصلها بفعل الرياح كما هو موضح سابقًا.
هناك طريقة أخرى وهي استخدام ناقل تلسكوبي. تُعدّ الناقلات التلسكوبية الطريقة الأكثر فعالية لتشكيل الأكوام، وغالبًا ما تُفضّل على الأنظمة الثابتة، إذ يُمكن تحريكها عند الحاجة، والعديد منها مُصمّم للحمل على الطرق.
تتكون الناقلات التلسكوبية من ناقلات (ناقلات حماية) مثبتة داخل ناقلات خارجية بنفس الطول. يتحرك الناقل الطرفي خطيًا على طول الناقل الخارجي لتغيير موضع بكرة التفريغ. يمكن تغيير ارتفاع عجلة التفريغ والموضع الشعاعي للناقل.
يُعدّ التغيير الثلاثي المحاور لعجلة التفريغ أساسيًا لإنشاء أكوام متعددة الطبقات تتغلب على مشكلة الفصل. تُستخدم أنظمة الرافعات الحبلية عادةً لتمديد وسحب ناقلات التغذية. يمكن تنفيذ الحركة الشعاعية للناقل بواسطة نظام سلسلة وعجلة مسننة أو بواسطة محرك كوكبي هيدروليكي. عادةً ما يتم تغيير ارتفاع الناقل عن طريق تمديد أسطوانات الهيكل السفلي التلسكوبية. يجب التحكم في جميع هذه الحركات لإنشاء أكوام متعددة الطبقات تلقائيًا.
تتميز الناقلات التلسكوبية بآلية لإنشاء أكوام متعددة الطبقات. يُساعد تقليل عمق كل طبقة على الحد من الانفصال. يتطلب هذا استمرار الناقل في الحركة مع تراكم المخزون. تُحتم الحاجة إلى الحركة المستمرة أتمتة الناقلات التلسكوبية. هناك العديد من طرق الأتمتة المختلفة، بعضها أقل تكلفة ولكنه ذو قيود كبيرة، بينما يُمكن برمجة بعضها الآخر بالكامل ويوفر مرونة أكبر في إنشاء المخزون.
عندما يبدأ الناقل بتجميع المواد، فإنه يتحرك شعاعيًا أثناء نقلها. يستمر الناقل في الحركة حتى يُفعّل مفتاح حدّي مُثبّت على عمود الناقل على طول مساره الشعاعي. يُضبط الزناد بناءً على طول القوس الذي يريد المُشغّل تحريكه. عند هذه النقطة، يمتد الناقل لمسافة مُحددة مُسبقًا ويبدأ بالتحرك في الاتجاه الآخر. تستمر هذه العملية حتى يصل ناقل الوتر إلى أقصى امتداد له وتكتمل الطبقة الأولى.
عند بناء المستوى الثاني، يبدأ الطرف بالانكماش من أقصى امتداد له، ويتحرك شعاعيًا وينكمش عند الحد المقوس. استمر في بناء الطبقات حتى يتم تفعيل مفتاح الإمالة المثبت على عجلة الدعم بواسطة الكومة.
سيصعد الناقل إلى المسافة المحددة ويبدأ عملية الرفع الثانية. يمكن أن تتكون كل رافعة من عدة طبقات، حسب سرعة المادة. تشبه عملية الرفع الثانية عملية الرفع الأولى، وهكذا حتى اكتمال بناء الكومة. يُفصل جزء كبير من الكومة الناتجة، ولكن توجد فيضانات على حواف كل كومة. ويرجع ذلك إلى عدم قدرة أحزمة النقل على ضبط موضع مفاتيح الحد أو الأدوات المستخدمة لتشغيلها تلقائيًا. يجب ضبط مفتاح الحد القابل للسحب حتى لا يدفن الفائض عمود الناقل.