新型甘蔗預(yù)處理系統(tǒng)研究

黃建程　吳彩榮

【摘 要】原料蔗的含雜率嚴(yán)重影響了糖廠的生產(chǎn)和利潤(rùn)。近年來(lái)，廣西農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院有限公司研發(fā)的新型甘蔗預(yù)處理系統(tǒng)，已經(jīng)推廣應(yīng)用到各大糖業(yè)集團(tuán)，改變了原有工藝流程，并取得了良好的效果。該系統(tǒng)具有安全性高、處理量大、生產(chǎn)成本低、除雜效果好等特點(diǎn)，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】新型;預(yù)處理系統(tǒng);信息化

【中圖分類號(hào)】TS243 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）04-0068-02

國(guó)外甘蔗種植區(qū)域主要分布在古巴、巴西、泰國(guó)、柬埔寨、埃塞爾比亞等國(guó)家，這些國(guó)家的甘蔗收獲以機(jī)械收割為主。我國(guó)甘蔗種植主要分布在廣西、廣東、海南、云南等地區(qū)。由于地理面貌和人口基數(shù)大等歷史原因，國(guó)內(nèi)甘蔗的收獲方式主要是以人工收獲為主。隨著我國(guó)勞動(dòng)力不斷減少，人工成本不斷上升，造成甘蔗收獲成本不斷提高，因此開始推廣機(jī)械化收割。機(jī)械收割與人工收割相比有較大的優(yōu)勢(shì)，但機(jī)械收獲的原料甘蔗質(zhì)量差和含雜率較高，而甘蔗過(guò)高的含雜率對(duì)糖廠的生產(chǎn)成本影響很大，雜物會(huì)帶走一定的糖分，加速機(jī)械設(shè)備的磨損，影響沉淀池的沉淀效果和鍋爐的燃燒效率，甚至造成安全事故。

1 現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)糖廠的甘蔗預(yù)處理主要依靠大量的人工輔助完成。這種處理工藝存在嚴(yán)重的弊端，主要有以下幾個(gè)方面：①需要糖廠配置大量的掛繩和卸繩的工人，人工成本高，勞動(dòng)力缺乏。②原料蔗中夾雜的雜物無(wú)法剔除。③撕解機(jī)刀頭磨損嚴(yán)重，后端設(shè)備的磨損嚴(yán)重。④鍋爐蔗渣焚燒后灰渣量大，處理成本高。

為了解決弊端，糖業(yè)機(jī)械設(shè)備制造商開始研發(fā)新型的預(yù)處理設(shè)備，全新改變甘蔗預(yù)處理工藝。廣西農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院有限公司作為國(guó)內(nèi)重要的甘蔗收獲機(jī)械和糖機(jī)設(shè)備的科研單位，研發(fā)了一套新型甘蔗預(yù)處理工藝和設(shè)備。

2 新型甘蔗預(yù)處理工藝原理和設(shè)備

2.1 工藝原理

新型甘蔗預(yù)處理系統(tǒng)主要由翻板機(jī)、一級(jí)鏈板輸蔗機(jī)、拋散機(jī)、除雜機(jī)、二級(jí)鏈板輸送機(jī)、雜物輸送裝車系統(tǒng)等組成（如圖1所示），其工作原理是運(yùn)蔗車固定在翻板平臺(tái)，通過(guò)液壓機(jī)構(gòu)將平臺(tái)翻轉(zhuǎn)到預(yù)定角度，原料蔗傾倒到輸蔗機(jī)槽內(nèi)，先通過(guò)一級(jí)鏈板輸蔗機(jī)輸送到除雜機(jī)，再通過(guò)除雜機(jī)輸送到二級(jí)鏈板輸蔗機(jī)，最后輸送到喂蔗槽內(nèi)。

原料蔗在輸送到除雜機(jī)前，先被拋散機(jī)打散，將泥巴、沙石、雜草等夾雜物振動(dòng)分離并散落到除雜機(jī)上，再通過(guò)除雜機(jī)輥齒分離到集料斗，最后將雜物輸送到運(yùn)雜車。

該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：①系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化，可與工廠DCS系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。②取消鋼絲繩吊蔗，翻板機(jī)或自卸口取代稱蔗臺(tái)。③縮減人員配置，降低人工成本。{4}有效分離泥沙石等雜物，提高甘蔗質(zhì)量。{5}加快卸車速度，縮短運(yùn)蔗車輛等待周期。

2.2 系統(tǒng)設(shè)備及工作原理

2.2.1 液壓翻板機(jī)

液壓翻板機(jī)屬于預(yù)處理系統(tǒng)最重要的設(shè)備，主要起翻轉(zhuǎn)車輛并傾倒甘蔗的作用，其工作原理如下：運(yùn)蔗車駛上平臺(tái)并固定后，司機(jī)按擊現(xiàn)場(chǎng)“允許操作”按鈕，操作室人員接到信號(hào)后，操作液壓系統(tǒng)將平臺(tái)翻轉(zhuǎn)。當(dāng)平臺(tái)翻轉(zhuǎn)到一定角度，運(yùn)蔗車廂的甘蔗自由滑落到輸蔗機(jī)上，全過(guò)程只需5～6 min。

翻板平臺(tái)設(shè)計(jì)采用三維設(shè)計(jì)和ANSYS軟件設(shè)計(jì)，實(shí)行輕量化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)控制采用了液壓驅(qū)動(dòng)和PLC控制，雙油缸工作，推力大，設(shè)有互鎖和防爆裝置，關(guān)鍵液壓元件采用進(jìn)口大品牌，技術(shù)成熟可靠。

2.2.2 一級(jí)鏈板輸蔗機(jī)

一級(jí)鏈板輸蔗機(jī)是預(yù)處理系統(tǒng)的重要設(shè)備，其作用主要是收集和輸送提升原料蔗，結(jié)構(gòu)主要包括驅(qū)動(dòng)裝置、輸送裝置、頭尾裝配、非標(biāo)鋼結(jié)構(gòu)等。輸蔗機(jī)配置有物料檢測(cè)裝置，與工廠DCS系統(tǒng)融合實(shí)現(xiàn)信息化，其運(yùn)行速度可根據(jù)榨量的多少進(jìn)行自動(dòng)或人工調(diào)節(jié)。

2.2.3 拋散機(jī)和理平機(jī)

拋散機(jī)是除雜工藝的必備設(shè)備，其主要作用是將成堆的原料蔗打散，使其夾雜的泥沙和蔗葉等雜物分離。拋散機(jī)可采用電機(jī)鏈條傳動(dòng)，也可以采用聯(lián)軸器直聯(lián)傳動(dòng)。拋散機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度可根據(jù)實(shí)際使用狀況通過(guò)變頻調(diào)速電機(jī)調(diào)節(jié)。

拋散機(jī)可根據(jù)用戶場(chǎng)地布置：①利用原舊蔗場(chǎng)改造，若場(chǎng)地受限，結(jié)構(gòu)上可以設(shè)置單級(jí)拋散，能起到一定的雜物分離作用。②如場(chǎng)地允許的，可采用兩級(jí)拋散。目前，不少糖廠已經(jīng)使用雙拋散工藝，雜物分離效果更好。

理平機(jī)屬于系統(tǒng)可選設(shè)備。它的主要作用是將堆積高的原料甘蔗理平，確保甘蔗喂料均勻，一般設(shè)置在一級(jí)鏈板輸蔗機(jī)上方。理平機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理與拋散機(jī)類似。

2.2.4 除雜機(jī)

除雜機(jī)屬于預(yù)處理系統(tǒng)最關(guān)鍵的設(shè)備，其主要作用是除雜、輸送。雜物經(jīng)拋散分離散落在除雜機(jī)輥齒上，經(jīng)過(guò)輥齒間隙掉落進(jìn)集料斗中，而甘蔗則被輸送到下一工序。目前，廣西區(qū)內(nèi)有兩種形式的除雜機(jī)。

第一種為篩網(wǎng)形式，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)最早基本參照泰國(guó)糖廠設(shè)計(jì)應(yīng)用的形式，除雜機(jī)表面設(shè)置特制的過(guò)濾機(jī)構(gòu)分離泥沙，除雜機(jī)設(shè)計(jì)角度大，只能通過(guò)甘蔗重力自由滑落到喂蔗槽中，無(wú)法通過(guò)動(dòng)力輸送甘蔗。這種結(jié)構(gòu)比較適合沿?；蛘呱惩临|(zhì)的區(qū)域，黏土區(qū)的泥沙容易堵塞網(wǎng)孔，清理困難。目前，東亞糖業(yè)集團(tuán)廣泛使用這種除雜機(jī)形式。

第二種為輥齒式，這種結(jié)構(gòu)被廣泛使用于廣西各糖業(yè)集團(tuán)，更適合黃泥土等黏性土質(zhì)。

2.2.5 雜物輸送裝車系統(tǒng)

雜物輸送裝車系統(tǒng)主要由集料斗、皮帶機(jī)輸送機(jī)、雜物分離振動(dòng)篩、雜物卸料裝車裝置等部分組成。該系統(tǒng)是除雜工藝必要的配套設(shè)施。集料斗和皮帶輸送機(jī)能自動(dòng)收集泥沙、蔗葉、蔗頭等甘蔗夾雜物，并把夾雜物輸送到雜物卸料斗。雜物分離振動(dòng)篩是近兩年各糖廠根據(jù)需要新增的設(shè)備。近年來(lái)，各糖廠將雜物堆積在某一場(chǎng)地，蔗葉、蔗頭和泥沙等容易發(fā)酵，產(chǎn)生異味并容易造成燃燒的危險(xiǎn)，為避免污染環(huán)境和控制易燃物外運(yùn)，陸續(xù)加裝雜物二級(jí)分選機(jī)構(gòu)，將蔗頭、蔗葉等回收利用。

2.2.6 二級(jí)鏈板輸蔗機(jī)

二級(jí)鏈板輸蔗機(jī)跟一級(jí)輸蔗機(jī)結(jié)構(gòu)一致，其主要作用是將經(jīng)除雜后的甘蔗輸送到喂蔗槽中，起到儲(chǔ)存和輸送原料蔗的作用。

2.2.7 預(yù)砍機(jī)

原料蔗經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，物料的狀態(tài)發(fā)生了根本性的改變。為滿足榨量需求，預(yù)砍機(jī)是新型甘蔗預(yù)處理后端的必要設(shè)備。目前，各糖廠為了適應(yīng)甘蔗預(yù)處理系統(tǒng)，后期陸續(xù)增加預(yù)砍機(jī)。預(yù)砍機(jī)參照撕解機(jī)結(jié)構(gòu)，刀的密度較原1#撕解機(jī)低，刀頭與喂蔗槽蔗帶面距離設(shè)置為1 200～1 600 mm，出料口間距較原1#撕解機(jī)大，設(shè)置為250 mm左右。預(yù)砍機(jī)的主要作用是先把喂蔗槽表層甘蔗砍斷，加大蔗渣密度和輸送量。

2.3 輔助設(shè)備

2.3.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是甘蔗預(yù)處理系統(tǒng)的必要設(shè)備。整套甘蔗預(yù)處理系統(tǒng)布置占地大，操作員無(wú)法通過(guò)肉眼觀察各個(gè)部位的物料運(yùn)行狀況，因此必須依靠一套全新的監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)顯示屏觀察。

2.3.2 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)是甘蔗預(yù)處理系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。作為全新的系統(tǒng)工程，如何降低操作人員的操作難度和復(fù)雜性，電氣控制系統(tǒng)尤為關(guān)鍵。各糖廠操作工的素質(zhì)偏低，要求將控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成“傻瓜”式，無(wú)論新老員工，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的培訓(xùn)即可上崗操作。其他輔助設(shè)備還有潤(rùn)滑系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等，均屬于系統(tǒng)工程中必不可少的配套設(shè)備。

2.3.3 系統(tǒng)信息化

為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)無(wú)人化，不少糖廠已經(jīng)開始嘗試整合全廠各系統(tǒng)設(shè)備的控制系統(tǒng)，將各工序的信息進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)可視化、自動(dòng)化調(diào)節(jié)。在研發(fā)新型甘蔗預(yù)處理工藝和設(shè)備時(shí)，廣西農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院已經(jīng)同步開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)信息化系統(tǒng)，可將預(yù)處理系統(tǒng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)跟生產(chǎn)調(diào)度中心實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)，與工廠DCS系統(tǒng)融合，能根據(jù)工廠榨量、甘蔗收貨量等信息，自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)全程協(xié)調(diào)控制。

3 總結(jié)

隨著廣西“雙高”基地的建設(shè)，機(jī)械化收獲甘蔗是我國(guó)糖業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，新型甘蔗預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)提高甘蔗質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、增加企業(yè)效益有重大的意義，有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參 考 文 獻(xiàn)

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[3]劉恩辰，葛動(dòng)元，羅信武.小型整桿式甘蔗收割機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)與分析[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2018（4）.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]