材料の分離は、ほとんどの保管技術において本質的な問題です。より高品質な製品への需要が高まるにつれて、在庫の分離の問題はより深刻化します。
ご存知の通り、伸縮式ラジアルスタックコンベアは、スタック分離のための最も効率的なソリューションです。複数の材料を層状に積み重ねて在庫を作成できます。この方法で在庫を作成するには、コンベアをほぼ連続的に稼働させる必要があります。伸縮式コンベアの動きは手動で制御する必要がありますが、自動化は最も効率的な制御方法です。
自動伸縮式コンベアは、様々なサイズ、形状、構成のカスタム在庫を作成するようにプログラムできます。この事実上無限の柔軟性により、全体的な運用効率が向上し、より高品質な製品を提供できます。
建設業者は、様々な用途の骨材製品の製造に毎年数百万ドルを費やしています。最も一般的な用途としては、基礎材、アスファルト、コンクリートなどが挙げられます。
これらの用途向けの製品を製造するプロセスは複雑でコストがかかります。仕様と許容範囲が厳しくなるにつれ、製品品質の重要性はますます高まっています。
最終的に、材料は備蓄庫から取り出され、路盤、アスファルト、またはコンクリートに組み込まれる場所まで輸送されます。
剥離、ブラスト、破砕、選別に必要な設備は非常に高価です。しかし、高度な設備は仕様通りの骨材を安定的に生産することができます。在庫管理は一貫生産において些細なことのように思えるかもしれませんが、適切に管理しないと、仕様に完全に適合した製品が仕様を満たさない結果につながる可能性があります。つまり、保管方法を誤ると、高品質な製品を生産するためのコストの一部が無駄になる可能性があります。
製品を在庫に保管すると品質が低下する可能性がありますが、在庫は生産プロセス全体において重要な部分です。材料の供給を確保するための保管方法です。生産速度は、特定の用途に必要な製品の速度と異なる場合が多く、在庫はその差を補うのに役立ちます。
在庫は、請負業者に変動する市場需要に効果的に対応するための十分な保管スペースを提供します。保管がもたらすメリットにより、保管は製造プロセス全体において常に重要な部分であり続けるでしょう。そのため、製造業者は保管に伴うリスクを軽減するために、保管技術を継続的に改善する必要があります。
この記事の主題は分離です。分離とは、「粒子サイズに応じて材料を分離すること」と定義されます。骨材の用途は様々であり、非常に特殊かつ均一な材料グレードが求められます。分離は、製品の種類に過度の差異をもたらします。
分離は、製品が粉砕され、ふるいにかけられ、適切な粒度に混合された後、骨材製造プロセスのほぼどの段階でも発生する可能性があります。
分別が発生する最初の場所は在庫です（図1参照）。材料が在庫に置かれると、最終的にはリサイクルされ、使用される場所に配送されます。
分離が発生する可能性がある2つ目の場所は、加工と輸送の過程です。アスファルトまたはコンクリート工場に到着すると、骨材はホッパーや貯蔵容器に収納され、そこから製品が取り出されて使用されます。
分離はサイロへの充填時および排出時にも発生します。また、骨材をアスファルトまたはコンクリート混合物に混合した後、最終混合物を道路やその他の路面に塗布する際にも分離が発生することがあります。
高品質のアスファルトやコンクリートの製造には、均質な骨材が不可欠です。剥離可能な骨材の粒度分布にばらつきがあると、適切なアスファルトやコンクリートを得ることは事実上不可能です。
同じ重量の小さな粒子は、同じ重量の大きな粒子よりも総表面積が大きくなります。これは、骨材をアスファルトやコンクリート混合物に配合する際に問題を引き起こします。骨材中の細粒分の割合が高すぎると、モルタルやビチューメンが不足し、混合物が厚くなりすぎます。骨材中の粗粒分の割合が高すぎると、モルタルやビチューメンが過剰になり、混合物の粘稠度が過度に薄くなります。分離された骨材から建設された道路は構造的完全性が低く、適切に分離された製品から建設された道路よりも最終的には寿命が短くなります。
在庫の偏在には多くの要因が関係します。在庫のほとんどはコンベアベルトを使用して作成されるため、コンベアベルトが材料の仕分けに及ぼす本質的な影響を理解することが重要です。
ベルトがコンベアベルト上を材料を搬送する際、ベルトはアイドラープーリー上を転がる際にわずかに跳ねます。これは、各アイドラープーリー間のベルトのわずかなたるみによるものです。この動きにより、小さな粒子は材料の断面の下部に沈み、粗い粒子は重なり合うことで上部に留まります。
材料がコンベアベルトの排出ホイールに到達すると、既に上部の大きな材料と下部の小さな材料から部分的に分離されています。材料が排出ホイールの曲線に沿って動き始めると、上部（外側）の粒子は下部（内側）の粒子よりも高速で移動します。この速度差により、大きな粒子はコンベアから離れてスタック上に落下し、小さな粒子はコンベアの横に落下します。
また、小さな粒子がコンベアベルトに付着し、コンベアベルトが排出ホイールに巻き付くまで排出されない可能性が高くなります。その結果、より多くの微細粒子がスタックの前方へと戻ってしまいます。
物質が堆積物に落ちると、大きな粒子は小さな粒子よりも前進する力が大きくなります。そのため、粗い物質は細かい物質よりも容易に落下し続けます。堆積物の側面を流れ落ちる物質は、大小を問わず、流出物と呼ばれます。
流出は、廃棄物の分離を引き起こす主な原因の一つであり、可能な限り回避する必要があります。流出物が土砂の斜面を転がり始めると、大きな粒子は斜面の全長に沿って転がり落ち、細かい粒子は土砂の側面に沈殿する傾向があります。その結果、流出物が山の側面を転がり落ちるにつれて、舞い上がる土砂の中に残る細かい粒子はますます少なくなります。
原料がパイルの底端または先端に達すると、主に粗い粒子で構成されます。流出により顕著な分離が生じ、ストックセクションでそれが確認できます。パイルの外側の先端は粗い粒子で構成され、内側と上部のパイルは細かい粒子で構成されています。
粒子の形状も副作用に影響を及ぼします。滑らかな形状や丸い形状の粒子は、通常四角い形状の微粒子よりも、堆積物の斜面を転がり落ちる可能性が高くなります。また、限界を超えると材料に損傷を与える可能性があります。粒子が堆積物の片側を転がり落ちる際、互いに擦れ合います。この摩耗により、一部の粒子はより小さなサイズに粉砕されます。
風も隔離の理由の一つです。材料がコンベアベルトを離れ、スタックに落下し始めると、風は様々なサイズの粒子の軌道に影響を与えます。風は繊細な材料に大きな影響を与えます。これは、小さな粒子の表面積と質量の比率が、大きな粒子よりも大きいためです。
在庫の偏析の可能性は、倉庫内の材料の種類によって異なります。偏析に関して最も重要な要因は、材料の粒子サイズの変化の程度です。粒子サイズのばらつきが大きい材料は、保管中に偏析の程度が高くなります。一般的な目安として、最大粒子サイズと最小粒子サイズの比が2:1を超える場合、梱包時の偏析に問題が生じる可能性があります。一方、粒子サイズ比が2:1未満の場合、体積偏析は最小限に抑えられます。
例えば、200メッシュまでの粒子を含む路盤材は、保管中に層間剥離を起こす可能性があります。しかし、洗浄された石材などを保管する場合、断熱はそれほど必要ありません。砂の大部分は湿っているため、分離の問題を起こさずに保管できる場合が多いです。水分は粒子同士をくっつけ、分離を妨げます。
製品を保管する際、分離を防ぐことが不可能な場合があります。完成した堆積物の外側は主に粗い材料で構成され、堆積物の内側はより高密度に細かい材料を含んでいます。このような堆積物の端から材料を取り出す際には、材料を混ぜ合わせるために複数の場所からスコップで材料を取り出す必要があります。堆積物の前方または後方からのみ材料を取り出すと、粗い材料だけ、または細かい材料だけしか取り出せなくなります。
トラックに荷物を積む際に、断熱材を追加する方法もあります。積み込み方法によっては、荷物が溢れないようにすることが重要です。まずトラックの前部、次に後部、最後に中央部に荷物を積み込みます。こうすることで、トラック内部への過積載の影響を最小限に抑えることができます。
在庫後の取り扱い方法は有用ですが、目標は在庫作成中の隔離を防止または最小限に抑えることです。隔離を防ぐための有効な方法には、以下のものがあります。
トラックに積み込む際は、こぼれを最小限に抑えるため、きちんと間隔をあけて積み上げてください。ローダーを使用して材料を積み上げ、バケットを最大の高さまで持ち上げてから投入することで、材料が混ざり合うようにしてください。ローダーが材料を移動させて砕く必要がある場合は、大きな山を作らないでください。
在庫を層状に積み上げることで、分離を最小限に抑えることができます。このタイプの倉庫はブルドーザーで構築できます。資材がヤードに搬入された場合、ブルドーザーは資材を傾斜層に押し込む必要があります。ベルトコンベアで積み上げられた場合、ブルドーザーは資材を水平層に押し込む必要があります。いずれの場合も、資材が山の端から押し出されないように注意する必要があります。これは、分離の主な原因の一つであるオーバーフローにつながる可能性があります。
ブルドーザーによる積み上げには、いくつかの欠点があります。特に、製品の劣化と汚染という2つの大きなリスクがあります。重機が製品に継続的に作用することで、材料が圧縮され、押しつぶされてしまいます。この方法を使用する場合、製造業者は分離の問題を軽減しようとして製品を過度に劣化させないように注意する必要があります。追加の労力と設備が必要となるため、この方法は法外な費用がかかることが多く、生産者は加工中に分離せざるを得なくなります。
放射状スタッキングコンベアは、分離の影響を最小限に抑えます。在庫が積み上がると、コンベアは放射状に左右に移動します。コンベアが放射状に移動すると、通常は粗い材料で構成されたスタックの端が細かい材料で覆われます。前後のフィンガーは粗いままですが、積み上げられた材料はコーンの山よりも混合されます。
材料の高さと自由落下速度は、分離の程度に直接的な関係があります。高さが高くなり、落下する材料の軌道が広がるにつれて、細かい材料と粗い材料の分離が進みます。そのため、高さ可変コンベアは分離を低減するもう一つの方法です。初期段階では、コンベアは最低位置にある必要があります。ヘッドプーリーまでの距離は常に可能な限り短くする必要があります。
コンベアベルトから堆積物への自由落下も分離の原因となります。石の階段は、自由落下する物質を排除することで分離を最小限に抑えます。石の階段は、物質が階段を下りて堆積物に流れ落ちる構造です。効果的ですが、適用範囲は限られています。
伸縮式シュートを使用することで、風による分離を最小限に抑えることができます。コンベアの排出シーブに取り付けられた伸縮式シュートは、シーブからスタックまで伸びており、風から保護し、その影響を軽減します。適切に設計されていれば、材料の自由落下も抑制できます。
前述の通り、コンベアベルトは排出地点に到達する前に既に断熱材が敷設されています。さらに、材料がコンベアベルトから排出されると、さらに分離が進行します。排出地点にパドルホイールを設置することで、この材料を再混合することができます。回転するホイールには、材料の経路を横断して混合する羽根またはパドルが付いています。これにより分離は最小限に抑えられますが、材料の劣化は許容できない場合があります。
選別作業には多大なコストがかかる場合があります。仕様を満たさない在庫は、罰金が科せられたり、在庫全体が廃棄されたりする可能性があります。不適合な資材が現場に搬入された場合、1トンあたり0.75ドルを超える罰金が科せられる可能性があります。品質の低い山を修復するための人件費と設備費は、しばしば法外な額になります。ブルドーザーとオペレーターを備えた倉庫を建設する時間当たりのコストは、自動伸縮式コンベアのコストよりも高く、適切な選別を維持するために資材が分解したり汚染されたりする可能性もあります。これは製品価値の低下につながります。さらに、ブルドーザーなどの資材を非生産作業に使用する場合、生産作業のために資本化された際にその資材を使用することで発生する機会費用が発生します。
分離が問題となる可能性のあるアプリケーションで在庫を作成する際に、分離の影響を最小限に抑えるための別のアプローチがあります。これには、各層が一連のスタックで構成されるレイヤースタッキングが含まれます。
スタックセクションでは、各スタックがミニチュアスタックとして示されています。前述の効果により、個々のスタックでも分割が起こります。ただし、分離パターンは、スタックの断面全体にわたってより頻繁に繰り返されます。このようなスタックは、離散的な勾配パターンがより狭い間隔でより頻繁に繰り返されるため、「分割解像度」が高いと言われています。
フロントローダーでスタックを処理する場合、1スクープで複数のスタックを処理するため、材料を混ぜる必要はありません。スタックを復元すると、個々の層がはっきりと見えます（図2参照）。
スタックは様々な保管方法で作成できます。一つの方法はブリッジと排出コンベアシステムを使用することですが、このオプションは固定式アプリケーションにのみ適しています。固定式コンベアシステムの大きな欠点は、通常高さが固定されているため、前述のように風による分離が発生する可能性があることです。
もう一つの方法は、伸縮式コンベアを使用することです。伸縮式コンベアは、最も効率的に積み上げを行うことができ、必要に応じて移動できるため、固定式のシステムよりも好まれることが多く、多くのコンベアは実際に道路輸送用に設計されています。
テレスコピックコンベアは、同じ長さの外側コンベアの内側に設置されたコンベア（ガードコンベア）で構成されています。先端コンベアは外側コンベアの長さに沿って直線的に移動することで、アンロードプーリーの位置を変更できます。排出ホイールの高さとコンベアの半径位置は可変です。
荷降ろしホイールの3軸変位は、分離を克服した層状堆積を形成するために不可欠です。供給コンベアの伸縮には、通常、ロープウインチシステムが用いられます。コンベアの半径方向の移動は、チェーンとスプロケットのシステム、または油圧駆動の遊星歯車機構によって行われます。コンベアの高さの変更は、通常、伸縮式キャリッジシリンダを伸長させることによって行われます。これらの動作はすべて、層状堆積を自動的に形成するために制御される必要があります。
伸縮式コンベアは、多層構造の積み重ね機構を備えています。各層の深さを最小限に抑えることで、分離を抑制できます。そのため、在庫が積み重なるにつれてコンベアは動き続ける必要があります。常に動き続ける必要があるため、伸縮式コンベアの自動化は不可欠です。自動化にはいくつかの方法があり、安価ではあるものの大きな制限があるものもあれば、完全にプログラム可能で、より柔軟な在庫作成を可能にするものもあります。
コンベアが材料を集積し始めると、材料を搬送しながら放射状に移動します。コンベアは、コンベアシャフトに取り付けられたリミットスイッチが放射状経路に沿って作動するまで移動します。このトリガーは、オペレータがコンベアベルトを移動させたい円弧の長さに応じて設定されます。この瞬間、コンベアは所定の距離まで伸長し、反対方向への移動を開始します。このプロセスは、ストリンガーコンベアが最大伸長し、最初の層が完了するまで続きます。
2層目が積み上がると、先端は最大伸長から収縮し始め、放射状に移動し、円弧の限界で収縮します。支持ホイールに取り付けられた傾斜スイッチがパイルによって作動するまで、層を積み上げます。
コンベアは設定距離まで上昇し、2回目のリフトを開始します。各リフトは、材料の速度に応じて複数の層で構成できます。2回目のリフトは1回目のリフトと同様に行われ、山全体が積み上がるまでこの動作が続きます。結果として得られる山の大部分は分離されていませんが、各山の端にはオーバーフローが生じています。これは、コンベアベルトがリミットスイッチやそれを作動させる物体の位置を自動調整できないためです。オーバーランによってコンベアシャフトが埋もれないように、リトラクトリミットスイッチを調整する必要があります。