淺談提高甘蔗破碎效果的措施

菓 青（廣西來賓東糖遷江有限公司，廣西來賓546131）

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淺談提高甘蔗破碎效果的措施

菓 青
（廣西來賓東糖遷江有限公司，廣西來賓546131）

摘 要：在生產中如何在有限的甘蔗資源中提高糖分的收回率是各糖廠挖潛技術改造設備的關鍵所在。壓榨提汁工段中提高壓榨抽出率是一種有效的手段，其中提高甘蔗的破碎效果是提高生產規模和壓榨抽出率的重要措施。現大多數糖廠使用的甘蔗預處理設備為轉鼓式蔗刀機（切撕機），通過2～3臺切撕機的組合，甘蔗破碎度普遍達到70%以上，如果對甘蔗預處理環節進行技術改造，甘蔗破碎度可達到85%～90%。本文從影響甘蔗破碎效果的主要環節討論提高甘蔗破碎效果的措施。

關鍵詞：甘蔗破碎效果；甘蔗預處理；轉鼓式蔗刀機；技術改造

0 前言

近十年來由于糖價走高，各糖廠紛紛進行技術挖潛改造設備，生產規模得到了大幅提高，許多甘蔗糖廠壓榨提汁工段出現2條生產線，部分甘蔗糖廠有3條甚至4條生產線，單條生產線生產規模達到7000～12000 t/d。各糖廠使用的甘蔗預處理設備普遍采用3臺轉鼓式蔗刀機（切撕機），采用不同的組合方式，如第1臺順轉，后2臺逆轉或者3臺全部是逆轉，其中后一種搭配方式是最普遍的。國外使用高效能撕裂機如西爾維式撕裂機、超重負荷式撕裂機、湯加式撕裂機等，通過組合使用其甘蔗破碎度可達到80%～95%，由于其安裝復雜、甘蔗處理量小、出故障后處理時間長等缺點，國內糖廠很少使用這些設備。

近年來國內各甘蔗糖廠注重對切撕機及甘蔗輸送設備的技術改造研究，如果各環節技術改造好的話，甘蔗破碎度可以達到85%～90%，而且切撕機的結構簡單、甘蔗處理量大、故障率低、維護方便簡單，所以被國內大多數糖廠使用。某糖廠采用3臺逆轉式切撕機預處理甘蔗在2013/14、2014/15年榨季測定甘蔗破碎度都超過88%。

本文以3臺切撕機配置對提高甘蔗破碎效果進行了以下幾個方面論述：①甘蔗輸送及切撕機安裝位置；②切撕機刀尖回轉直徑；③蔗刀及其安裝形式；④蔗刀機罩蓋裝置及罩蓋的安裝；⑤切撕機電機功率配置[1]。

1 甘蔗輸送及蔗刀機的安裝位置

1.1 輸送設備動力傳動及蔗刀機的安裝位置

輸蔗機的動力傳動裝置滑差電磁調速電機經過減速機減速后帶動輸蔗機運行。滑差電磁調速電機選用額定轉速為1440 r/min，減速機的選擇要使輸蔗機的線速能在0～18 m/min運行即可。3臺逆轉式切撕機要求配備2臺輸蔗機，即一級輸蔗機和二級輸蔗機，其中前2臺切撕機安裝在一級輸蔗機上，第3臺切撕機安裝在二級輸蔗機上。第1臺切撕機安裝位置很重要，如果安裝過于靠近輸蔗機尾部會造成甘蔗在進入第1臺切撕機時因推力（甘蔗與運蔗板之間的摩擦力）不足而出現打滑影響均衡生產，同時也會影響甘蔗破碎度，故第1臺切撕機的安裝位置應使輸蔗機上能有效放置甘蔗長度達到15 m以上。第2臺切撕機與第1臺切撕機的水平距離一般為6 m以上，如果兩者的距離過小，第1臺切撕機出來的蔗料特別是經過斬切次數少的短節甘蔗直接飛到第2臺切撕機口并落在輸蔗機蔗層的最上層，容易引起第2臺蔗刀機堵塞，影響甘蔗的破碎效果。第3臺蔗刀機的安裝位置在二級輸蔗機上，距離二級輸蔗機尾部蔗料有效堆積長度一般為5～6 m以上。從第一級輸蔗機落到第二級輸蔗機上的蔗料落差高度一般要求達到1.5 m以上，確保蔗料能夠翻轉1次，使從前面2臺切撕機底部通過而不被斬切的部分甘蔗經過第3臺切撕機時能夠被斬切。

1.2 甘蔗的均衡輸送

甘蔗均衡輸送是提高甘蔗破碎效果的前提條件。為使甘蔗輸送均衡，現許多甘蔗糖廠采用均衡進榨系統，該系統集計量、控制、管理為一體，采用2臺r射線核子秤，同時檢測一級、二級輸蔗機上的甘蔗或蔗料的流量，綜合考慮3臺蔗刀機和第1座榨機的負荷能力，通過控制一級、二級輸蔗機的運行速度，來達到甘蔗均衡輸送效果。該系統設置有自動控制和手動控制2部分，可以根據生產的實際情況進行自由切換，通過調整其運行參數可以調整輸蔗機的運行速度，又能確保蔗料的均衡輸送。因卸、喂蔗臺沒有稱重計量系統，從喂蔗臺落蔗進入輸蔗機均是人工操作，如果輸蔗機的運行速度時快時慢就會影響到人工落蔗的均衡性，進而影響到甘蔗的破碎效果。那么選擇一、二級輸蔗機的運行速度尤為重要，一般一級輸蔗機的線速控制在0.12～0.14 m/s，二級輸蔗機的線速比一級輸蔗機稍低些控制在0.10～0.12 m/s，這是比較理想的速度。因為甘蔗堆場的場地原因，在輸蔗機運行方向上只能并排安裝2臺喂蔗臺，如果輸蔗機的線速過快特別是線速超過0.18 m/s以上，人工操作喂蔗臺就很難做到落蔗均衡，更不要說提高甘蔗破碎效果了。在舊設備基礎上通過技術改造、擴大生產規模的糖廠，會經常遇到這個問題。

2 切撕機刀尖回轉直徑

2.1 切撕機刀尖回轉直徑加大

切撕機刀尖回轉直徑增大有利于提高甘蔗處理量和甘蔗破碎度。近年來各甘蔗糖廠為提高生產規模和甘蔗破碎度，切撕機的回轉直徑不斷加大，如以前TND1370規格的切撕機其刀尖回轉直徑為1250 mm，現已通過技術改造擴大到刀尖回轉直徑為1500 mm，榨量達到3500 t/d以上；又如TND1700規格的切撕機其刀尖回轉直徑為1400 mm，現已大部分擴大到刀尖回轉直徑為1600 mm，榨量可以提高到5500 t/d以上。生產規模與以前相比已大幅提高而且甘蔗的破碎效果不但不下降反而提高了，根據切撕機的切蔗機理來解釋，因為切撕機切蔗幾乎全部由刀尖來完成（從每次洗機檢查看出刀尖磨損量比其它部位大得多可以證明），而切撕機電機的轉速單位時間內是不變的，當加大刀尖回轉直徑后，刀尖的線速相應就加大了，單位時間內甘蔗被斬切的次數就相應增加了，故處理的甘蔗破碎度就高，同時消耗的動力也要加大。

2.2 切撕機刀尖回轉直徑加大的制約因素

切撕機刀尖回轉直徑的加大受切撕機運行安全因素制約。現大多數甘蔗糖廠切撕機都是用8級高壓電機帶動，其額定轉速是固定的，約為735 r/min，切撕機刀尖回轉直徑越大生產中主軸承受的扭矩越大，在相同榨量的條件下，主軸設計要求承載能力加強，主軸較薄弱的軸承部分也相應加大，配備的滾動軸承也要加大。而滾動軸承隨著軸承的加大其極限轉速是下降的，如果切撕機軸承長期在其極限轉速上方運行，榨季生產中會經常出現軸承損壞事故，甚至出現主軸損壞的重大設備事故，嚴重影響生產運行安全，這是很多使用者容易忽略的因素，它制約了切撕機刀尖回轉直徑加大，是切撕機設計時必須重點考慮的因素。

3 蔗刀及其安裝形式

3.1 蔗刀的刀形及復斬率（安裝刀數）

為了使逆轉式切撕機的持蔗能力增強，一般采用密式直刀或是由密式直刀改進的各種直彎刀，圖1是其中的一種。使用這直彎刀時要特別注意圖中標注的刀尖角度，一般取60o為宜。如角度過大其持蔗能力減弱，角度過小會出現蔗料難以離開切撕機的情況，增加蔗料的斬切次數，影響蔗料的形態和切撕機的生產能力。轉鼓直徑為1000 mm以上的切撕機一般設置有12排安裝蔗刀的燕尾槽，每臺切撕機根據所需的預處理甘蔗破碎度安裝不同的刀數，也就是我們常說的每臺切撕機的復斬率。

復斬率是指轉鼓上所有蔗刀緊密排列在一起的長度與轉鼓有效長度的比值。如轉鼓安裝12排刀，每排安裝12把刀，每把刀的厚度是22 mm，轉鼓的有效長度是2000 mm，則該臺蔗刀機的復斬率為：12×12×22/2000=1.58。各糖廠可以根據甘蔗的纖維分及甘蔗破碎度要求的不同，選用不同的蔗刀機復斬率，這要結合各廠的生產實際情況而定。相同條件下，復斬率越大則甘蔗的破碎度越高，消耗的動力也越大。一般每臺切撕機的復斬率可以在1.45～2.50之間選取，復斬率選擇過小，甘蔗破碎度達不到我們想要的結果；復斬率選擇過高則甘蔗絲狀形態較少，影響榨機的入轆性能，進而影響壓榨抽出率的提高。在同一條生產線上的蔗刀機組，一般按蔗刀機的前后順序由小到大選擇復斬率。

圖1 直彎刀示意圖

3.2 蔗刀的厚度及堆焊耐磨材料

蔗刀的厚度常用的有18、20、22、25、30 mm這幾種，薄刀和厚刀對甘蔗的破碎度和破碎形態有較大的影響，一般來說相同條件下使用薄刀甘蔗破碎度相對高些，破碎形態為絲狀的成分多些，絲狀蔗料有利于甘蔗入轆，有利于提高壓榨抽出率。但薄刀容易因磨損而折斷，故各甘蔗糖廠要根據本糖廠生產實際情況如甘蔗的纖維分和本榨季該條生產線需要的榨蔗總量來選擇蔗刀的厚度。因現在蔗刀可以堆焊耐磨合金材料，蔗刀的耐磨性能大大提高。根據實際生產經驗，甘蔗纖維分為12%左右，榨季總榨量在50萬t以下的可以使用18 mm的蔗刀而很少出現斷刀，榨季甘蔗總榨量在100萬t左右的可以使用厚度為22 mm的蔗刀。部分糖廠為了確保生產安全選用厚度為25 mm或30 mm的蔗刀顯得略有些盲目。蔗刀可以選擇普通的A3鋼板，也可以選擇45#鋼板割制而成。由于蔗刀本體耐磨性能較差，可以在刀尖及刀刃上堆焊一層合金耐磨層，堆焊部位見圖2。

合金耐磨層的厚度一般為3～4 mm，如果焊層太薄起不到保護蔗刀的作用，如果焊層過厚則焊層容易出現脆裂造成刀尖崩缺。合金耐磨層不但能保護蔗刀不被磨損，同時還能對甘蔗有拉撕作用。如果采用甘蔗機械化收割，甘蔗中的夾雜物沙石較多，有時還會帶入一些鐵器，這些夾雜物很容易造成蔗刀刀尖崩缺磨損，所以每次小期洗機都要對崩缺磨損部位進行補焊，如果刀尖的補焊質量不高（焊回新刀的刀尖難度比較大），就會使甘蔗的破碎度有所下降。為確保甘蔗破碎度，部分糖廠選擇每個小期更換一次新的蔗刀。

圖2 蔗刀堆焊部位示意圖

4 切撕機罩蓋裝置及罩蓋的安裝

4.1 切撕機罩蓋包角的選取

逆轉式切撕機的罩蓋與順轉切撕機的罩蓋作用不同，順轉切撕機的罩蓋只起到防止蔗料、蔗屑飛散作用，而逆轉式切撕機的罩蓋延長了甘蔗與蔗刀的接觸時間，同時它還起到甘蔗破碎作用。切撕機罩蓋用鋼板彎成一個圓弧形的裝置，一般圓弧半徑的選取為刀尖回轉直徑的75%左右為宜。

如果罩蓋圓弧半徑偏小會造成切撕機排料困難，影響均衡生產，如果罩蓋圓弧半徑偏大會造成蔗料在切撕機里停留時間短影響甘蔗破碎度。切撕機罩蓋的包角（圓弧中心角）越大，蔗料在切撕機內停留的時間越長，被斬切的次數就多，甘蔗破碎度就高，反之亦然。

罩蓋的包角選取與刀尖的回轉直徑、榨量、甘蔗的纖維分有關，可以按公式⑴粗略計算。

C＝D/20················································(1)

式中：C—包角(o)；D—刀尖回轉直徑(mm)。

在實際生產中要結合榨量、甘蔗的纖維分來微調罩蓋的包角，一般來說榨量小、甘蔗纖維分低，包角可以選擇稍大些，反之亦然。如果生產中出現切撕機堵塞則說明包角選擇大了，要適當減小罩蓋包角。

4.2 柵欄的設置

設置柵欄的目的是改變蔗料與切撕機刀尖旋轉的相對速度，增加刀尖重復斬切次數，并對蔗料起到磨搓作用，使蔗料成絲狀，破碎效果好。現大多數甘蔗糖廠采用5～6根方鐵（或角鐵）作柵欄焊接在罩蓋圓弧出口端。由于各柵條之間的距離較小，很容易被蔗料塞滿壓緊而失去柵欄的作用，如果能把柵欄分成2組或者3組，每組柵欄用3根方鐵，2組之間罩蓋圓弧相距10o，每組柵欄的柵條之間相隔80～100 mm弧長，這樣甘蔗的破碎效果會明顯提高。現有少部分糖廠用齒型梳板（圖3）代替方鐵作柵欄，1個罩蓋上安裝3塊梳板就可以了，梳板之間也要間隔一定的距離，這樣能較大幅度提高甘蔗破碎度，同時絲狀蔗料明顯增多，值得推廣使用。

圖3 齒形梳板式罩蓋示意圖

4.3 罩蓋安裝

4.3.1 罩蓋安裝生產的影響

在逆轉式切撕機中，罩蓋的安裝必須與甘蔗處理量、甘蔗破碎度等相適應。入口尺寸太大或太小會使蔗料在切撕機入口堆砌得過松或太緊，造成甘蔗在切撕機口堵塞，影響均衡生產。出口尺寸的大小會影響重復斬切的次數。

4.3.2 罩蓋安裝位置的確定

罩蓋的安裝位置指罩蓋的圓弧中心與切撕機轉鼓中心位置的關系。在實際生產中各糖廠會有些不同，有的罩蓋中心往入口方向偏移（俗稱前飄），有的與轉鼓中心重合，有的往出口方向偏移。就甘蔗破碎而言，如果切撕機360o均可以破碎甘蔗，那么就不用考慮罩蓋安裝位置的影響，而實際生產中要根據甘蔗破碎與蔗料輸送之間相互兼顧來確定罩蓋的安裝位置。根據實際生產經驗，切撕機罩蓋前飄安裝罩蓋對提高甘蔗破碎度和消除甘蔗在切撕機入口堵塞方面作用明顯，這也是許多糖廠的共識。

4.3.3 罩蓋出入口尺寸的安裝及生產中的調整

蔗刀機入口的安裝尺寸是指運蔗板到罩蓋入口圓弧最低點的垂直距離，其理論高度可以按公式⑵計算。

60HBuρ＝1000Q······································(2)

式中：H—蔗刀機入口高度(m)；B—輸蔗機寬度(m)；u—蔗料的進入速度，可以簡單看成輸蔗機運行速度(m/min)；ρ—蔗料的密度(kg/m3)；Q—甘蔗處理量(t/h)。

以上公式計算的切撕機入口安裝高度只是較粗略的計算結果。因為蔗料的密度跟甘蔗的破碎度有關，沒有一個準確的數字，而且每臺切撕機前的蔗料密度是不一樣的，可以根據上一年的實際生產情況如蔗層的厚度、輸蔗機的運行線速、輸蔗機寬度、每分鐘甘蔗處理量等來計算得出。檢驗入口的安裝尺寸是否選取得合理要看蔗料進入切撕機是否順暢。如果蔗料與入口導板之間出現浮層停留在切撕機口而下層蔗料能通過的情況，則入口尺寸選擇大了；如果出現切撕機入口蔗料容易堵塞的情況則入口尺寸選擇小了。出現以上2種情況時應對入口的安裝尺寸進行微調。罩蓋出口的安裝應做成活動式的，在生產中隨時可以調節其開口的大小。一般來說，1列切撕機組由前往后的出口尺寸是由大到小選取。出口的安裝尺寸選擇使用所配置電機80%的額定功率為宜。出口尺寸的大小選擇由切撕機電機輸出功率、所需甘蔗破碎度、甘蔗纖維分決定。出口尺寸選擇過小，雖然相對應的甘蔗破碎度高，但是切撕機電機頻繁的超負荷工作會影響生產安全；出口尺寸選擇過大相對應的甘蔗破碎度低，電機無功功率消耗大，所配置的電機不能充分利用。一般榨季前期甘蔗纖維分較少時，出口調整大些，否則蔗料的絲狀形態少而糠狀形態多，影響榨機蔗料的入轆；榨季中后期甘蔗纖維老化后，罩蓋的出口調整小些，以確保所需的甘蔗破碎度[1]。

5 切撕機電機功率配置

5.1 影響切撕機功率因素

切撕機的功率消耗主要是破碎甘蔗所消耗的功率，即克服蔗刀斬切甘蔗的阻力、維持蔗刀機旋轉克服摩擦力所需的功率。在實際生產中蔗刀機的功率與下列因素有關：

（1）甘蔗的處理量；

（2）甘蔗的纖維分和纖維特性；

（3）蔗刀機罩蓋的出入口安裝尺寸；

（4）蔗刀的數量和刀的厚度（復斬率）、刀形、刀的長度及刀的鋒利程度；

（5）蔗層厚度；

（6）斬切甘蔗時拋散蔗料所需的功率；

（7）蔗刀機運轉克服機械摩擦所消耗的功率等[1]。

5.2 切撕機功率的配置

由于近年來各糖廠對甘蔗糖分的收回要求越來越高，就壓榨提汁工段而言，提高甘蔗糖分收回的方法就是提高壓榨抽出率。提高甘蔗破碎度是提高壓榨抽出率最有效的一種措施，這已是一種共識，故各甘蔗糖廠切撕機功率的配置越來越大。因切撕機的功率消耗影響的因素繁多，雖然有一些計算公式可以計算切撕機消耗功率，但其準確率較差不具備參考價值。故切撕機消耗功率目前還難以用計算公式來準確計算出來。通常是根據各地區的甘蔗纖維特性不同而取不同的經驗數值，結合多個甘蔗糖廠的生產實績及生產的實際經驗，一般按每小時處理甘蔗量的3.3～3.5倍來選擇切撕機消耗功率，此數值可供參考[1]。

6 結語

本文是從影響甘蔗破碎效果的一些主要環節且可以通過技術改造來提高甘蔗破碎效果的措施進行論述的。由于甘蔗破碎方面的定量研究可供參考的文獻較少，所以本文的許多觀點都是結合多個甘蔗糖廠在生產實踐中技術改造遇到的問題并加以改進后思考得到的一些總結，在此提出來供大家交流、參考。

參考文獻

[1] 陳維鈞，許斯欣. 甘蔗制糖原理與技術：甘蔗提汁[M].北京：中國輕工業出版社，2000.

(本篇責任編校：朱滌荃)

Discussion of Measures for Improving Sugarcane Crushing Effect

GUO Qing
(Guangxi Laibin Dongtang Qianjiang Co. Ltd., Guangxi 546131)

Abstract:In the production process, increasing sucrose recovery in sugar mill was the key to tapping technical transformation equipment in the limited sugarcane resources. The improvement of milling extraction was an effective way in pressing sugar juice section, and the important measures for improving production capacity and milling extraction was increasing the crushing effect of sugarcane. Now sugarcane pretreatment equipment used by most of the sugar mill was rotating drum cane knives (cut-tearing machine), through the combination of 2~3 rotating drum cane knives, sugarcane fragmentation was generally more than 70%, and if we paid more attention

to technology reform of sugarcane pretreatment, the sugarcane fragmentation could reach 85%~90%. This article discussed the measures to improve sugarcane crushing effect according to its major influential factors.

Keywords:Sugarcane crushing effect; Sugarcane pretreatment; Rotating drum cane knives; Technical improvement

作者簡介：菓青(1974-)，工程師，研究方向：甘蔗糖廠生產工藝技術；E-mail: a4902805@126.com

收稿日期：2015-11-09；修回日期：2015-12-16

中圖分類號：TS243+.1

文獻標識碼：B

文章編號：1005-9695(2016)01-0031-06

引文格式：菓青. 淺談提高甘蔗破碎效果的措施[J]. 甘蔗糖業，2016(1)：31-36.