甘蔗糖廠雙臂式半自動掛鉤桅桿卸蔗機與喂蔗臺的應用技術

魏 濤

(中成進出口股份有限公司，北京100011)

0 引言

目前，我國甘蔗糖廠主要的卸蔗工藝以橋式雙梁吊車、液壓翻板機為主，而國外甘蔗制糖企業為了減少投資，降低運行成本，提高卸蔗效率，大多采用桅桿式卸蔗機[1]。在非洲東非地區的埃塞俄比亞，甘蔗糖廠陸地運輸的甘蔗卸至喂蔗臺的主要機械設備為雙臂式桅桿卸蔗機。

根據當地甘蔗產業情況，結合具體的生產運營經驗進行分析，埃塞俄比亞甘蔗砍、收、運、卸環節的主要特點包括：①砍蔗方式：砍蔗之前火燒甘蔗以提高砍收速度，人均甘蔗砍收量最多達到4～6 t/d；②從地里收集甘蔗方式：地頭收蔗采用了機械抓蔗機，推抓甘蔗時會連帶一些泥砂、蔗頭及蔗稍等一起裝進了車里；③甘蔗運輸方式：甘蔗運輸采用了投資相對節省的拖拉機頭拖掛方式，1個拖拉機頭可以拖掛2～5節車箱；④甘蔗拖車結構及卸蔗方式：車箱兩側和底面均為格柵結構，車廂卸蔗側頂部配置有掛鉤槽，該掛鉤槽上等距離平均分布連接著7組鐵鏈，鐵鏈另一端分別等距離固定于車廂另一側的頂部，7組等長的鐵鏈間隔等距離平均分布于車廂底面，裝入的散裝甘蔗將鐵鏈壓在車廂底面。卸蔗的時候并不需要提升傾側整個車廂，而是車廂不動，依靠卸蔗機提升車廂卸蔗側頂部的掛鉤槽及與其連接的7組鐵鏈將散裝甘蔗兜起卸入喂蔗臺；⑤甘蔗地土質：埃塞俄比亞東部地區多為砂質土，西南地區多為膨脹黑土，這些砂石泥土被夾帶裝入車箱中，其量約占8%～14%，運輸抖動過程中會通過車箱格柵間隙散落約 40%～60%，這種在運輸過程中除砂除泥的方法，砂質土的效果較泥質土的好。根據甘蔗砍收特點及運輸車輛形式的選用，使用固定雙臂式桅桿卸蔗機能更節約投資，卸蔗簡單，操作及維護容易，但缺點是卸蔗時散落甘蔗難以避免，需要專用鏟車或人工定期收集散落的甘蔗。

目前大多數非洲國家都選用雙臂式桅桿卸蔗機與喂蔗臺卸蔗方式，針對現有工藝和技術的缺點，下文將簡述目前雙臂式桅桿卸蔗機相關原理與結構，結合實際情況，對產自中國的液壓桿式雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機與喂蔗臺進行改良，并總結應用過程中的一些技術和經驗。

1 雙臂式半自動掛鉤桅桿卸蔗機的構造及工作原理

雙臂式半自動掛鉤桅桿卸蔗機按其提升方式，可分為鋼絲繩同步卷揚機方式和鋼絲繩液壓桿提升方式。鋼絲繩同步卷揚機方式，多為印度和南非技術。鋼絲繩液壓桿提升方式，主要以中國技術為主，其構造相對簡單，造價也相對較低。

1.1 產自印度和南非的同步卷揚機式雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機

產自于印度和南非的同步卷揚機式雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機，機械部分主要由桅桿機基礎框架、雙臂桅桿、滑輪小車導軌架、軸承座總成、掛鉤升降架、液壓推桿及液壓站、滑輪小車總成、同步卷揚機鋼絲繩滾筒、桅桿卸蔗機拉繩等構成(圖1)。

圖1 產自印度和南非同步卷揚機式雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機結構

1.2 產自中國的液壓桿式雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機結構

產自于中國的液壓桿式雙臂掛鉤桅桿卸蔗機，主要采用鋼絲繩液壓桿提升技術，其機械部分主要組成包括：平衡雙臂桅桿、吊錘鋼絲繩、吊鉤、升降卸蔗鋼絲繩、鋼絲繩滑輪、吊錘、桅桿后拉桿、升降卸蔗液壓桿、液壓油站等(圖2)。

1.3 雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機結構工作原理

圖2 產于中國的液壓桿式雙臂掛鉤桅桿卸蔗機(改良前)

產自于中國的液壓桿式雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機與產自于印度和南非的同步卷揚機式半自動掛鉤雙臂桅桿卸蔗機工作原理基本一樣。以圖1所示為例，其主要工作流程為：甘蔗拖車進入桅桿吊機與鏈齒式喂蔗臺之間的卸蔗平臺通道上，確定甘蔗拖車就位完畢后，手動啟動桅桿吊機執行半自動程序，下導軌架連同掛鉤升降架被液壓推桿推向甘蔗車箱縱向靠近，直至觸動掛鉤升降架上的提升開關，掛鉤升降架開關開啟后，掛鉤升降架開始沿著滑輪小車導軌緩慢提升，提升至約250～350 mm高度的時候，升降架吊鉤自動鉤住甘蔗拖車側面的掛鉤槽，隨著升降架吊鉤被桅桿吊機繼續牽引提升，甘蔗拖車側面的掛鉤槽及其相連接的 7組鐵鏈也跟隨拉起，甘蔗也被預埋在甘蔗拖車內底部鐵鏈均勻兜起上升，當升降架吊鉤沿軌從初始位置(如圖1示⑦位置)提升至一定高度時(如圖1示⑦/1位置)，觸動同步卷揚機(或升降卸蔗液壓桿)限位開關停止掛鉤升降架上升，此時掛鉤槽及其相連接的7組鐵鏈已經被拉緊拉直，且7組鐵鏈形成足夠的卸蔗傾角(如圖1示鐵鏈組卸蔗狀態，傾角達到84°)，車廂內甘蔗即側翻至喂蔗臺內，然后掛鉤升降架執行下降程序，直到至掛鉤升降架下降將掛鉤槽歸位至車廂頂部，掛鉤升降架繼續下降脫鉤至下導軌架底部觸動開關停止同步卷揚機(或升降卸蔗液壓桿)工作，同時，下導軌架連同掛鉤升降架被液壓推桿機收桿復位，即為一個卸蔗周期。整個掛鉤、提升、卸蔗及下降、脫鉤、歸位的半自動作業周期過程一般為2 min，以雙卡車箱為例，甘蔗車輛進出卸蔗區的時間約為 3 min。如改為手動控制卸蔗，兩個熟練工一起操作，則甘蔗車輛進出卸蔗區的時間約為3.5～4.0 min。

2 液壓桿式雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機改良

2.1 改良中半自動掛鉤裝置的技術關鍵點

產于中國的原液壓桿式雙臂掛鉤桅桿卸蔗機由于各種原因無法滿足當地使用場景的需求，目前在用產自中國的固定雙臂式桅桿卸蔗機，是經現場增設部件與系統改良而成，主要增設了半自動掛鉤裝置，包括：導軌、電液推桿、導軌活動架及半自動控制系統等。應用半自動控制替代原有的人工手動掛鉤卸蔗，減輕了工人的勞動強度，提高了設備的工作效率。增設后其機械部分主要由平行雙臂桅桿、滑輪小車活動導軌架、滑輪小車、升降掛鉤架、升降掛鉤導軌、一體式電動液壓推桿、桅桿后拉桿、升降卸蔗液壓桿、液壓油站構成(圖3)。

主要改造內容包括增設圖 3中“2-滑輪小車導軌架”、“3-滑輪小車”、“4-升降掛鉤架”、“5-升降掛鉤導軌”、“6-一體式電動液壓推桿”以及“半自動程序控制系統”等部件和系統，主要技術參數如下：

(1)升降掛鉤架導軌：一般選用16～20 #工字鋼；

(2)滑輪小車：選用5噸拉力的滑輪小車；

(3)滑輪小車導軌架電動液壓推桿參數：

圖3 產于中國的液壓桿式雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機(改良后)

①行程為0～1200 mm；

②推速110 mm/s，拉速140 mm/s；

③額定推力1000 kg，拉力700 kg。

其中，推拉滑輪小車導軌架的電動液壓推桿推力和拉力不宜選用過大或過小，滿足滑輪小車導軌架的推拉復位即可。在改為手動時，若控制不善，推力過大會容易將甘蔗車箱推翻。經改造的固定雙臂式半自動掛鉤桅桿卸蔗機與印度和南非的半自動掛鉤雙臂桅桿卸蔗機的不同點之一，就是推拉滑輪小車導軌架的電動液壓推桿為一體式(圖4)，推拉力也相對小很多，且投資費用低。印度和南非的半自動掛鉤雙臂桅桿卸蔗機系統中，滑輪小車導軌架左右各1個液壓推桿，其液壓推桿和液壓站為分體式，液壓站液壓壓力為1.6～2.5 MPa，當操作改用手動時，或行程開關有故障時，較大的推力會將車箱推翻或變形。

圖4 一體式電動液壓推桿

2.2 改良后液壓桿式與同步卷揚機式雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機的對比

改良后的產自中國的液壓桿式雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機與產自于印度和南非的同步卷揚機式雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機結構功能基本相同，主要差異為結構形式有所不同：第一，產自中國的雙臂桅桿機為固定式，拉桿為固定桿，傾角不可調，而產自印度和南非的是拉繩，傾角可調；第二，產自中國的牽引掛鉤升降架提升卸蔗的為1個液壓桿和1根鋼絲繩，桅桿頂部也只有 1個鋼絲繩滑輪，并配有專用液壓站，而產自印度和南非的為同步卷揚機，提升卸蔗有2根鋼絲繩和2個鋼絲繩滑輪；第三，產自中國的改良型半自動掛鉤裝置，推動滑輪小車導軌架的推桿為一體式電動液壓推桿，而產自印度及南非的則為分體式液壓推桿及液壓站。

兩種雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機，均比較適用于機械抓蔗機裝蔗、含泥砂量比較大的地區使用。而改良后產自中國的雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機，采用一體式電動液壓推桿從中間推拉滑輪小車活動導軌架工作，對未平行于滑輪小車活動導軌架的車輛，能夠自動調平行于蔗車的掛鉤槽，使掛鉤順利入槽，避免提升掛鉤過程中脫鉤現象。改良后液壓桿式雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機，設備結構簡單，性價比高，操作、維護及保養都比較方便。

3 改良后液壓桿式雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機與喂蔗臺的應用技術

目前，國內大多數甘蔗糖廠，普遍采用橋吊將甘蔗從車上吊起卸到卸蔗臺，然后，由普通喂蔗臺把原料甘蔗送入蔗槽，這是人工或半人工收割甘蔗的糖廠所通用的做法之一[2]。近幾年，中國對非洲總承包建設的甘蔗制糖工程項目中，很少使用這種橋吊卸蔗方式，而是較多地使用桅桿式卸蔗機配套鏈齒式喂蔗臺的方式，這種方式投資少、占地省、管理方便，適合當地人的使用習慣[1]。如圖 5為改良后液壓桿式雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機與喂蔗臺應用布置圖。圖6為改良后液壓桿式固定雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機與喂蔗臺工作時的狀態圖。甘蔗運輸車輛行至桅桿卸蔗機與喂蔗臺之間，設置車輛限位導流墻，防止車輛左右偏移，進出卸蔗區前后均設置紅綠指示燈，以警示和指揮車輛的進出。

喂蔗臺擬選用鏈齒式喂蔗臺，采用的持蔗方式為鏈齒，每條鏈條有獨立的導鏈槽，喂蔗臺頭部臺板與蔗槽之間，以及喂蔗臺尾部臺板與卸蔗平臺之間設置有密封板，鏈條鏈齒通過板的間隙較小，整體封閉性較好，甘蔗被鏈齒帶到喂蔗臺底部的蔗料極少，從而大大地減輕了喂蔗臺底部散蔗的清理工作，節約了人工費用和保證了環境的整潔衛生。

鏈齒式喂蔗臺頭部段臺板不設排泥、排砂孔，用于除砂除泥的排水長方形孔柵全部設在中段和尾段——即卸蔗段，方便把水收集于集水槽并進行循環利用，方便管理和雜物清理。

鏈齒式喂蔗臺尾部鏈輪面設計安裝在與卸蔗區同一水平面上，甘蔗拖車卸蔗時散落的甘蔗可以人工從尾部進入喂蔗臺，降低鏟車的使用率。

在應用時應注意如下幾點：

(1)桅桿卸蔗機與喂蔗臺卸蔗通道應保持一定寬度，并在桅桿機一側通道上設置車輛行走限位導向墻，甘蔗車車箱與升降掛鉤架掛鉤的間隔不小于300mm，否則，甘蔗車容易碰壞升降掛鉤架；

(2)桅桿卸蔗機與喂蔗臺應布置于較高地勢的地面上，以利于水洗除泥除砂及排水，或干法除泥除砂，同時，方便卸蔗區域散落的甘蔗運至喂蔗臺尾部回收；

(3)甘蔗主輸機宜布置于地面以下，或半地坑式，以降低喂蔗臺傾角，縮短喂蔗臺的長度；

(4)從農場收集甘蔗采用機械抓蔗機方式，含泥量大于3%時，可采用水洗甘蔗方式除泥除砂。

液壓桿式雙臂式半自動掛鉤桅桿卸蔗機與喂蔗臺的配合應用，大大地減輕了工人的勞動強度，原來2臺桅桿卸蔗機卸蔗需要2個工人操作，現在1個人可以輕松操作2臺桅桿卸蔗機卸蔗。原有喂蔗臺1級洗水，改用2級洗水后，大部分泥砂被除去，減輕了破碎、脫水壓榨機設備的磨損，同時，也減輕了滲出器蔗料面的積水現象的發生。

4 結語和建議

雙臂式半自動掛鉤桅桿卸蔗機與喂蔗臺的應用技術，是眾多卸蔗與喂蔗的方法之一，是非洲地區特定條件下的一種選擇，比較適合機械抓蔗機從甘蔗農場抓集甘蔗，甘蔗裝車含泥砂量較多的地區應用。其最大的缺點是卸蔗時，會發生部分甘蔗散落在卸蔗區域，增加了二次收集散落甘蔗的工作量；其次就是甘蔗運輸車司機不下車卸蔗時，存在桅桿機未脫鉤就開車的誤操作風險，容易造成桅桿卸蔗機被損壞。所以，設計前應深入考察清楚當地的人文地理及習慣條件，合宜地應用雙臂式半自動掛鉤桅桿卸蔗機與喂蔗臺技術。

圖5 液壓桿式固定雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機與喂蔗臺

圖6 液壓桿式固定雙臂半自動掛鉤桅桿卸蔗機與喂蔗臺工作