甘蔗糖廠雙臂式半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)與喂蔗臺(tái)的應(yīng)用技術(shù)

魏 濤

(中成進(jìn)出口股份有限公司，北京100011)

0 引言

目前，我國(guó)甘蔗糖廠主要的卸蔗工藝以橋式雙梁吊車、液壓翻板機(jī)為主，而國(guó)外甘蔗制糖企業(yè)為了減少投資，降低運(yùn)行成本，提高卸蔗效率，大多采用桅桿式卸蔗機(jī)[1]。在非洲東非地區(qū)的埃塞俄比亞，甘蔗糖廠陸地運(yùn)輸?shù)母收嵝吨廖拐崤_(tái)的主要機(jī)械設(shè)備為雙臂式桅桿卸蔗機(jī)。

根據(jù)當(dāng)?shù)馗收岙a(chǎn)業(yè)情況，結(jié)合具體的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，埃塞俄比亞甘蔗砍、收、運(yùn)、卸環(huán)節(jié)的主要特點(diǎn)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(dá)到4～6 t/d；②從地里收集甘蔗方式：地頭收蔗采用了機(jī)械抓蔗機(jī)，推抓甘蔗時(shí)會(huì)連帶一些泥砂、蔗頭及蔗稍等一起裝進(jìn)了車?yán)?；③甘蔗運(yùn)輸方式：甘蔗運(yùn)輸采用了投資相對(duì)節(jié)省的拖拉機(jī)頭拖掛方式，1個(gè)拖拉機(jī)頭可以拖掛2～5節(jié)車箱；④甘蔗拖車結(jié)構(gòu)及卸蔗方式：車箱兩側(cè)和底面均為格柵結(jié)構(gòu)，車廂卸蔗側(cè)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(cè)的頂部，7組等長(zhǎng)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(shí)候并不需要提升傾側(cè)整個(gè)車廂，而是車廂不動(dòng)，依靠卸蔗機(jī)提升車廂卸蔗側(cè)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(tái)；⑤甘蔗地土質(zhì)：埃塞俄比亞東部地區(qū)多為砂質(zhì)土，西南地區(qū)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(yùn)輸抖動(dòng)過程中會(huì)通過車箱格柵間隙散落約 40%～60%，這種在運(yùn)輸過程中除砂除泥的方法，砂質(zhì)土的效果較泥質(zhì)土的好。根據(jù)甘蔗砍收特點(diǎn)及運(yùn)輸車輛形式的選用，使用固定雙臂式桅桿卸蔗機(jī)能更節(jié)約投資，卸蔗簡(jiǎn)單，操作及維護(hù)容易，但缺點(diǎn)是卸蔗時(shí)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(shù)非洲國(guó)家都選用雙臂式桅桿卸蔗機(jī)與喂蔗臺(tái)卸蔗方式，針對(duì)現(xiàn)有工藝和技術(shù)的缺點(diǎn)，下文將簡(jiǎn)述目前雙臂式桅桿卸蔗機(jī)相關(guān)原理與結(jié)構(gòu)，結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)產(chǎn)自中國(guó)的液壓桿式雙臂半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)與喂蔗臺(tái)進(jìn)行改良，并總結(jié)應(yīng)用過程中的一些技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

1 雙臂式半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)的構(gòu)造及工作原理

雙臂式半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)按其提升方式，可分為鋼絲繩同步卷?yè)P(yáng)機(jī)方式和鋼絲繩液壓桿提升方式。鋼絲繩同步卷?yè)P(yáng)機(jī)方式，多為印度和南非技術(shù)。鋼絲繩液壓桿提升方式，主要以中國(guó)技術(shù)為主，其構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，造價(jià)也相對(duì)較低。

1.1 產(chǎn)自印度和南非的同步卷?yè)P(yáng)機(jī)式雙臂半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)

產(chǎn)自于印度和南非的同步卷?yè)P(yáng)機(jī)式雙臂半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)，機(jī)械部分主要由桅桿機(jī)基礎(chǔ)框架、雙臂桅桿、滑輪小車導(dǎo)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?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩滾筒、桅桿卸蔗機(jī)拉繩等構(gòu)成(圖1)。

圖1 產(chǎn)自印度和南非同步卷?yè)P(yáng)機(jī)式雙臂半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)結(jié)構(gòu)

1.2 產(chǎn)自中國(guó)的液壓桿式雙臂半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)結(jié)構(gòu)

產(chǎn)自于中國(guó)的液壓桿式雙臂掛鉤桅桿卸蔗機(jī)，主要采用鋼絲繩液壓桿提升技術(shù)，其機(jī)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(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)結(jié)構(gòu)工作原理

圖2 產(chǎn)于中國(guó)的液壓桿式雙臂掛鉤桅桿卸蔗機(jī)(改良前)

產(chǎn)自于中國(guó)的液壓桿式雙臂半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)與產(chǎn)自于印度和南非的同步卷?yè)P(yáng)機(jī)式半自動(dòng)掛鉤雙臂桅桿卸蔗機(jī)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(jìn)入桅桿吊機(jī)與鏈齒式喂蔗臺(tái)之間的卸蔗平臺(tái)通道上，確定甘蔗拖車就位完畢后，手動(dòng)啟動(dòng)桅桿吊機(jī)執(zhí)行半自動(dòng)程序，下導(dǎo)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(dòng)掛鉤升降架上的提升開關(guān)，掛鉤升降架開關(guān)開啟后，掛鉤升降架開始沿著滑輪小車導(dǎo)軌緩慢提升，提升至約250～350 mm高度的時(shí)候，升降架吊鉤自動(dòng)鉤住甘蔗拖車側(cè)面的掛鉤槽，隨著升降架吊鉤被桅桿吊機(jī)繼續(xù)牽引提升，甘蔗拖車側(cè)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(yù)埋在甘蔗拖車內(nèi)底部鐵鏈均勻兜起上升，當(dāng)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(shí)(如圖1示⑦/1位置)，觸動(dòng)同步卷?yè)P(yáng)機(jī)(或升降卸蔗液壓桿)限位開關(guān)停止掛鉤升降架上升，此時(shí)掛鉤槽及其相連接的7組鐵鏈已經(jīng)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(tài)，傾角達(dá)到84°)，車廂內(nèi)甘蔗即側(cè)翻至喂蔗臺(tái)內(nèi)，然后掛鉤升降架執(zhí)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(xù)下降脫鉤至下導(dǎo)軌架底部觸動(dòng)開關(guān)停止同步卷?yè)P(yáng)機(jī)(或升降卸蔗液壓桿)工作，同時(shí)，下導(dǎo)軌架連同掛鉤升降架被液壓推桿機(jī)收桿復(fù)位，即為一個(gè)卸蔗周期。整個(gè)掛鉤、提升、卸蔗及下降、脫鉤、歸位的半自動(dòng)作業(yè)周期過程一般為2 min，以雙卡車箱為例，甘蔗車輛進(jìn)出卸蔗區(qū)的時(shí)間約為 3 min。如改為手動(dòng)控制卸蔗，兩個(gè)熟練工一起操作，則甘蔗車輛進(jìn)出卸蔗區(qū)的時(shí)間約為3.5～4.0 min。

2 液壓桿式雙臂半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)改良

2.1 改良中半自動(dòng)掛鉤裝置的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

產(chǎn)于中國(guó)的原液壓桿式雙臂掛鉤桅桿卸蔗機(jī)由于各種原因無法滿足當(dāng)?shù)厥褂脠?chǎng)景的需求，目前在用產(chǎn)自中國(guó)的固定雙臂式桅桿卸蔗機(jī)，是經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)增設(shè)部件與系統(tǒng)改良而成，主要增設(shè)了半自動(dòng)掛鉤裝置，包括：導(dǎo)軌、電液推桿、導(dǎo)軌活動(dòng)架及半自動(dòng)控制系統(tǒng)等。應(yīng)用半自動(dòng)控制替代原有的人工手動(dòng)掛鉤卸蔗，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了設(shè)備的工作效率。增設(shè)后其機(jī)械部分主要由平行雙臂桅桿、滑輪小車活動(dòng)導(dǎo)軌架、滑輪小車、升降掛鉤架、升降掛鉤導(dǎo)軌、一體式電動(dòng)液壓推桿、桅桿后拉桿、升降卸蔗液壓桿、液壓油站構(gòu)成(圖3)。

主要改造內(nèi)容包括增設(shè)圖 3中“2-滑輪小車導(dǎo)軌架”、“3-滑輪小車”、“4-升降掛鉤架”、“5-升降掛鉤導(dǎo)軌”、“6-一體式電動(dòng)液壓推桿”以及“半自動(dòng)程序控制系統(tǒng)”等部件和系統(tǒng)，主要技術(shù)參數(shù)如下：

(1)升降掛鉤架導(dǎo)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(dǎo)軌架電動(dòng)液壓推桿參數(shù)：

圖3 產(chǎn)于中國(guó)的液壓桿式雙臂半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)(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(dǎo)軌架的電動(dòng)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(dǎo)軌架的推拉復(fù)位即可。在改為手動(dòng)時(shí)，若控制不善，推力過大會(huì)容易將甘蔗車箱推翻。經(jīng)改造的固定雙臂式半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)與印度和南非的半自動(dòng)掛鉤雙臂桅桿卸蔗機(jī)的不同點(diǎn)之一，就是推拉滑輪小車導(dǎo)軌架的電動(dòng)液壓推桿為一體式(圖4)，推拉力也相對(duì)小很多，且投資費(fèi)用低。印度和南非的半自動(dòng)掛鉤雙臂桅桿卸蔗機(jī)系統(tǒng)中，滑輪小車導(dǎo)軌架左右各1個(gè)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(dāng)操作改用手動(dòng)時(shí)，或行程開關(guān)有故障時(shí)，較大的推力會(huì)將車箱推翻或變形。

圖4 一體式電動(dòng)液壓推桿

2.2 改良后液壓桿式與同步卷?yè)P(yáng)機(jī)式雙臂半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)的對(duì)比

改良后的產(chǎn)自中國(guó)的液壓桿式雙臂半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)與產(chǎn)自于印度和南非的同步卷?yè)P(yáng)機(jī)式雙臂半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)結(jié)構(gòu)功能基本相同，主要差異為結(jié)構(gòu)形式有所不同：第一，產(chǎn)自中國(guó)的雙臂桅桿機(jī)為固定式，拉桿為固定桿，傾角不可調(diào)，而產(chǎn)自印度和南非的是拉繩，傾角可調(diào)；第二，產(chǎn)自中國(guó)的牽引掛鉤升降架提升卸蔗的為1個(gè)液壓桿和1根鋼絲繩，桅桿頂部也只有 1個(gè)鋼絲繩滑輪，并配有專用液壓站，而產(chǎn)自印度和南非的為同步卷?yè)P(yáng)機(jī)，提升卸蔗有2根鋼絲繩和2個(gè)鋼絲繩滑輪；第三，產(chǎn)自中國(guó)的改良型半自動(dòng)掛鉤裝置，推動(dòng)滑輪小車導(dǎo)軌架的推桿為一體式電動(dòng)液壓推桿，而產(chǎn)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(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)，均比較適用于機(jī)械抓蔗機(jī)裝蔗、含泥砂量比較大的地區(qū)使用。而改良后產(chǎn)自中國(guó)的雙臂半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)，采用一體式電動(dòng)液壓推桿從中間推拉滑輪小車活動(dòng)導(dǎo)軌架工作，對(duì)未平行于滑輪小車活動(dòng)導(dǎo)軌架的車輛，能夠自動(dòng)調(diào)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(xiàn)象。改良后液壓桿式雙臂半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，操作、維護(hù)及保養(yǎng)都比較方便。

3 改良后液壓桿式雙臂半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)與喂蔗臺(tái)的應(yīng)用技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)甘蔗糖廠，普遍采用橋吊將甘蔗從車上吊起卸到卸蔗臺(tái)，然后，由普通喂蔗臺(tái)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(guó)對(duì)非洲總承包建設(shè)的甘蔗制糖工程項(xiàng)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(jī)配套鏈齒式喂蔗臺(tái)的方式，這種方式投資少、占地省、管理方便，適合當(dāng)?shù)厝说氖褂昧?xí)慣[1]。如圖 5為改良后液壓桿式雙臂半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)與喂蔗臺(tái)應(yīng)用布置圖。圖6為改良后液壓桿式固定雙臂半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)與喂蔗臺(tái)工作時(shí)的狀態(tài)圖。甘蔗運(yùn)輸車輛行至桅桿卸蔗機(jī)與喂蔗臺(tái)之間，設(shè)置車輛限位導(dǎo)流墻，防止車輛左右偏移，進(jìn)出卸蔗區(qū)前后均設(shè)置紅綠指示燈，以警示和指揮車輛的進(jìn)出。

喂蔗臺(tái)擬選用鏈齒式喂蔗臺(tái)，采用的持蔗方式為鏈齒，每條鏈條有獨(dú)立的導(dǎo)鏈槽，喂蔗臺(tái)頭部臺(tái)板與蔗槽之間，以及喂蔗臺(tái)尾部臺(tái)板與卸蔗平臺(tái)之間設(shè)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(tái)底部的蔗料極少，從而大大地減輕了喂蔗臺(tái)底部散蔗的清理工作，節(jié)約了人工費(fèi)用和保證了環(huán)境的整潔衛(wèi)生。

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

鏈齒式喂蔗臺(tái)尾部鏈輪面設(shè)計(jì)安裝在與卸蔗區(qū)同一水平面上，甘蔗拖車卸蔗時(shí)散落的甘蔗可以人工從尾部進(jìn)入喂蔗臺(tái)，降低鏟車的使用率。

在應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

(1)桅桿卸蔗機(jī)與喂蔗臺(tái)卸蔗通道應(yīng)保持一定寬度，并在桅桿機(jī)一側(cè)通道上設(shè)置車輛行走限位導(dǎo)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(jī)與喂蔗臺(tái)應(yīng)布置于較高地勢(shì)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(shí)，方便卸蔗區(qū)域散落的甘蔗運(yùn)至喂蔗臺(tái)尾部回收；

(3)甘蔗主輸機(jī)宜布置于地面以下，或半地坑式，以降低喂蔗臺(tái)傾角，縮短喂蔗臺(tái)的長(zhǎng)度；

(4)從農(nóng)場(chǎng)收集甘蔗采用機(jī)械抓蔗機(jī)方式，含泥量大于3%時(shí)，可采用水洗甘蔗方式除泥除砂。

液壓桿式雙臂式半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)與喂蔗臺(tái)的配合應(yīng)用，大大地減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，原來2臺(tái)桅桿卸蔗機(jī)卸蔗需要2個(gè)工人操作，現(xiàn)在1個(gè)人可以輕松操作2臺(tái)桅桿卸蔗機(jī)卸蔗。原有喂蔗臺(tái)1級(jí)洗水，改用2級(jí)洗水后，大部分泥砂被除去，減輕了破碎、脫水壓榨機(jī)設(shè)備的磨損，同時(shí)，也減輕了滲出器蔗料面的積水現(xiàn)象的發(fā)生。

4 結(jié)語和建議

雙臂式半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)與喂蔗臺(tái)的應(yīng)用技術(shù)，是眾多卸蔗與喂蔗的方法之一，是非洲地區(qū)特定條件下的一種選擇，比較適合機(jī)械抓蔗機(jī)從甘蔗農(nóng)場(chǎng)抓集甘蔗，甘蔗裝車含泥砂量較多的地區(qū)應(yīng)用。其最大的缺點(diǎn)是卸蔗時(shí)，會(huì)發(fā)生部分甘蔗散落在卸蔗區(qū)域，增加了二次收集散落甘蔗的工作量；其次就是甘蔗運(yùn)輸車司機(jī)不下車卸蔗時(shí)，存在桅桿機(jī)未脫鉤就開車的誤操作風(fēng)險(xiǎn)，容易造成桅桿卸蔗機(jī)被損壞。所以，設(shè)計(jì)前應(yīng)深入考察清楚當(dāng)?shù)氐娜宋牡乩砑傲?xí)慣條件，合宜地應(yīng)用雙臂式半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)與喂蔗臺(tái)技術(shù)。

圖5 液壓桿式固定雙臂半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)與喂蔗臺(tái)

圖6 液壓桿式固定雙臂半自動(dòng)掛鉤桅桿卸蔗機(jī)與喂蔗臺(tái)工作