甘蔗糖厂双臂式半自动挂钩桅杆卸蔗机与喂蔗台的应用技术

魏 涛

(中成进出口股份有限公司，北京100011)

0 引言

目前，我国甘蔗糖厂主要的卸蔗工艺以桥式双梁吊车、液压翻板机为主，而国外甘蔗制糖企业为了减少投资，降低运行成本，提高卸蔗效率，大多采用桅杆式卸蔗机[1]。在非洲东非地区的埃塞俄比亚，甘蔗糖厂陆地运输的甘蔗卸至喂蔗台的主要机械设备为双臂式桅杆卸蔗机。

根据当地甘蔗产业情况，结合具体的生产运营经验进行分析，埃塞俄比亚甘蔗砍、收、运、卸环节的主要特点包括：①砍蔗方式：砍蔗之前火烧甘蔗以提高砍收速度，人均甘蔗砍收量最多达到4～6 t/d；②从地里收集甘蔗方式：地头收蔗采用了机械抓蔗机，推抓甘蔗时会连带一些泥砂、蔗头及蔗稍等一起装进了车里；③甘蔗运输方式：甘蔗运输采用了投资相对节省的拖拉机头拖挂方式，1个拖拉机头可以拖挂2～5节车箱；④甘蔗拖车结构及卸蔗方式：车箱两侧和底面均为格栅结构，车厢卸蔗侧顶部配置有挂钩槽，该挂钩槽上等距离平均分布连接着7组铁链，铁链另一端分别等距离固定于车厢另一侧的顶部，7组等长的铁链间隔等距离平均分布于车厢底面，装入的散装甘蔗将铁链压在车厢底面。卸蔗的时候并不需要提升倾侧整个车厢，而是车厢不动，依靠卸蔗机提升车厢卸蔗侧顶部的挂钩槽及与其连接的7组铁链将散装甘蔗兜起卸入喂蔗台；⑤甘蔗地土质：埃塞俄比亚东部地区多为砂质土，西南地区多为膨胀黑土，这些砂石泥土被夹带装入车箱中，其量约占8%～14%，运输抖动过程中会通过车箱格栅间隙散落约 40%～60%，这种在运输过程中除砂除泥的方法，砂质土的效果较泥质土的好。根据甘蔗砍收特点及运输车辆形式的选用，使用固定双臂式桅杆卸蔗机能更节约投资，卸蔗简单，操作及维护容易，但缺点是卸蔗时散落甘蔗难以避免，需要专用铲车或人工定期收集散落的甘蔗。

目前大多数非洲国家都选用双臂式桅杆卸蔗机与喂蔗台卸蔗方式，针对现有工艺和技术的缺点，下文将简述目前双臂式桅杆卸蔗机相关原理与结构，结合实际情况，对产自中国的液压杆式双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机与喂蔗台进行改良，并总结应用过程中的一些技术和经验。

1 双臂式半自动挂钩桅杆卸蔗机的构造及工作原理

双臂式半自动挂钩桅杆卸蔗机按其提升方式，可分为钢丝绳同步卷扬机方式和钢丝绳液压杆提升方式。钢丝绳同步卷扬机方式，多为印度和南非技术。钢丝绳液压杆提升方式，主要以中国技术为主，其构造相对简单，造价也相对较低。

1.1 产自印度和南非的同步卷扬机式双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机

产自于印度和南非的同步卷扬机式双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机，机械部分主要由桅杆机基础框架、双臂桅杆、滑轮小车导轨架、轴承座总成、挂钩升降架、液压推杆及液压站、滑轮小车总成、同步卷扬机钢丝绳滚筒、桅杆卸蔗机拉绳等构成(图1)。

图1 产自印度和南非同步卷扬机式双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机结构

1.2 产自中国的液压杆式双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机结构

产自于中国的液压杆式双臂挂钩桅杆卸蔗机，主要采用钢丝绳液压杆提升技术，其机械部分主要组成包括：平衡双臂桅杆、吊锤钢丝绳、吊钩、升降卸蔗钢丝绳、钢丝绳滑轮、吊锤、桅杆后拉杆、升降卸蔗液压杆、液压油站等(图2)。

1.3 双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机结构工作原理

图2 产于中国的液压杆式双臂挂钩桅杆卸蔗机(改良前)

产自于中国的液压杆式双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机与产自于印度和南非的同步卷扬机式半自动挂钩双臂桅杆卸蔗机工作原理基本一样。以图1所示为例，其主要工作流程为：甘蔗拖车进入桅杆吊机与链齿式喂蔗台之间的卸蔗平台通道上，确定甘蔗拖车就位完毕后，手动启动桅杆吊机执行半自动程序，下导轨架连同挂钩升降架被液压推杆推向甘蔗车箱纵向靠近，直至触动挂钩升降架上的提升开关，挂钩升降架开关开启后，挂钩升降架开始沿着滑轮小车导轨缓慢提升，提升至约250～350 mm高度的时候，升降架吊钩自动钩住甘蔗拖车侧面的挂钩槽，随着升降架吊钩被桅杆吊机继续牵引提升，甘蔗拖车侧面的挂钩槽及其相连接的 7组铁链也跟随拉起，甘蔗也被预埋在甘蔗拖车内底部铁链均匀兜起上升，当升降架吊钩沿轨从初始位置(如图1示⑦位置)提升至一定高度时(如图1示⑦/1位置)，触动同步卷扬机(或升降卸蔗液压杆)限位开关停止挂钩升降架上升，此时挂钩槽及其相连接的7组铁链已经被拉紧拉直，且7组铁链形成足够的卸蔗倾角(如图1示铁链组卸蔗状态，倾角达到84°)，车厢内甘蔗即侧翻至喂蔗台内，然后挂钩升降架执行下降程序，直到至挂钩升降架下降将挂钩槽归位至车厢顶部，挂钩升降架继续下降脱钩至下导轨架底部触动开关停止同步卷扬机(或升降卸蔗液压杆)工作，同时，下导轨架连同挂钩升降架被液压推杆机收杆复位，即为一个卸蔗周期。整个挂钩、提升、卸蔗及下降、脱钩、归位的半自动作业周期过程一般为2 min，以双卡车箱为例，甘蔗车辆进出卸蔗区的时间约为 3 min。如改为手动控制卸蔗，两个熟练工一起操作，则甘蔗车辆进出卸蔗区的时间约为3.5～4.0 min。

2 液压杆式双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机改良

2.1 改良中半自动挂钩装置的技术关键点

产于中国的原液压杆式双臂挂钩桅杆卸蔗机由于各种原因无法满足当地使用场景的需求，目前在用产自中国的固定双臂式桅杆卸蔗机，是经现场增设部件与系统改良而成，主要增设了半自动挂钩装置，包括：导轨、电液推杆、导轨活动架及半自动控制系统等。应用半自动控制替代原有的人工手动挂钩卸蔗，减轻了工人的劳动强度，提高了设备的工作效率。增设后其机械部分主要由平行双臂桅杆、滑轮小车活动导轨架、滑轮小车、升降挂钩架、升降挂钩导轨、一体式电动液压推杆、桅杆后拉杆、升降卸蔗液压杆、液压油站构成(图3)。

主要改造内容包括增设图 3中“2-滑轮小车导轨架”、“3-滑轮小车”、“4-升降挂钩架”、“5-升降挂钩导轨”、“6-一体式电动液压推杆”以及“半自动程序控制系统”等部件和系统，主要技术参数如下：

(1)升降挂钩架导轨：一般选用16～20 #工字钢；

(2)滑轮小车：选用5吨拉力的滑轮小车；

(3)滑轮小车导轨架电动液压推杆参数：

图3 产于中国的液压杆式双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机(改良后)

①行程为0～1200 mm；

②推速110 mm/s，拉速140 mm/s；

③额定推力1000 kg，拉力700 kg。

其中，推拉滑轮小车导轨架的电动液压推杆推力和拉力不宜选用过大或过小，满足滑轮小车导轨架的推拉复位即可。在改为手动时，若控制不善，推力过大会容易将甘蔗车箱推翻。经改造的固定双臂式半自动挂钩桅杆卸蔗机与印度和南非的半自动挂钩双臂桅杆卸蔗机的不同点之一，就是推拉滑轮小车导轨架的电动液压推杆为一体式(图4)，推拉力也相对小很多，且投资费用低。印度和南非的半自动挂钩双臂桅杆卸蔗机系统中，滑轮小车导轨架左右各1个液压推杆，其液压推杆和液压站为分体式，液压站液压压力为1.6～2.5 MPa，当操作改用手动时，或行程开关有故障时，较大的推力会将车箱推翻或变形。

图4 一体式电动液压推杆

2.2 改良后液压杆式与同步卷扬机式双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机的对比

改良后的产自中国的液压杆式双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机与产自于印度和南非的同步卷扬机式双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机结构功能基本相同，主要差异为结构形式有所不同：第一，产自中国的双臂桅杆机为固定式，拉杆为固定杆，倾角不可调，而产自印度和南非的是拉绳，倾角可调；第二，产自中国的牵引挂钩升降架提升卸蔗的为1个液压杆和1根钢丝绳，桅杆顶部也只有 1个钢丝绳滑轮，并配有专用液压站，而产自印度和南非的为同步卷扬机，提升卸蔗有2根钢丝绳和2个钢丝绳滑轮；第三，产自中国的改良型半自动挂钩装置，推动滑轮小车导轨架的推杆为一体式电动液压推杆，而产自印度及南非的则为分体式液压推杆及液压站。

两种双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机，均比较适用于机械抓蔗机装蔗、含泥砂量比较大的地区使用。而改良后产自中国的双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机，采用一体式电动液压推杆从中间推拉滑轮小车活动导轨架工作，对未平行于滑轮小车活动导轨架的车辆，能够自动调平行于蔗车的挂钩槽，使挂钩顺利入槽，避免提升挂钩过程中脱钩现象。改良后液压杆式双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机，设备结构简单，性价比高，操作、维护及保养都比较方便。

3 改良后液压杆式双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机与喂蔗台的应用技术

目前，国内大多数甘蔗糖厂，普遍采用桥吊将甘蔗从车上吊起卸到卸蔗台，然后，由普通喂蔗台把原料甘蔗送入蔗槽，这是人工或半人工收割甘蔗的糖厂所通用的做法之一[2]。近几年，中国对非洲总承包建设的甘蔗制糖工程项目中，很少使用这种桥吊卸蔗方式，而是较多地使用桅杆式卸蔗机配套链齿式喂蔗台的方式，这种方式投资少、占地省、管理方便，适合当地人的使用习惯[1]。如图 5为改良后液压杆式双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机与喂蔗台应用布置图。图6为改良后液压杆式固定双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机与喂蔗台工作时的状态图。甘蔗运输车辆行至桅杆卸蔗机与喂蔗台之间，设置车辆限位导流墙，防止车辆左右偏移，进出卸蔗区前后均设置红绿指示灯，以警示和指挥车辆的进出。

喂蔗台拟选用链齿式喂蔗台，采用的持蔗方式为链齿，每条链条有独立的导链槽，喂蔗台头部台板与蔗槽之间，以及喂蔗台尾部台板与卸蔗平台之间设置有密封板，链条链齿通过板的间隙较小，整体封闭性较好，甘蔗被链齿带到喂蔗台底部的蔗料极少，从而大大地减轻了喂蔗台底部散蔗的清理工作，节约了人工费用和保证了环境的整洁卫生。

链齿式喂蔗台头部段台板不设排泥、排砂孔，用于除砂除泥的排水长方形孔栅全部设在中段和尾段——即卸蔗段，方便把水收集于集水槽并进行循环利用，方便管理和杂物清理。

链齿式喂蔗台尾部链轮面设计安装在与卸蔗区同一水平面上，甘蔗拖车卸蔗时散落的甘蔗可以人工从尾部进入喂蔗台，降低铲车的使用率。

在应用时应注意如下几点：

(1)桅杆卸蔗机与喂蔗台卸蔗通道应保持一定宽度，并在桅杆机一侧通道上设置车辆行走限位导向墙，甘蔗车车箱与升降挂钩架挂钩的间隔不小于300mm，否则，甘蔗车容易碰坏升降挂钩架；

(2)桅杆卸蔗机与喂蔗台应布置于较高地势的地面上，以利于水洗除泥除砂及排水，或干法除泥除砂，同时，方便卸蔗区域散落的甘蔗运至喂蔗台尾部回收；

(3)甘蔗主输机宜布置于地面以下，或半地坑式，以降低喂蔗台倾角，缩短喂蔗台的长度；

(4)从农场收集甘蔗采用机械抓蔗机方式，含泥量大于3%时，可采用水洗甘蔗方式除泥除砂。

液压杆式双臂式半自动挂钩桅杆卸蔗机与喂蔗台的配合应用，大大地减轻了工人的劳动强度，原来2台桅杆卸蔗机卸蔗需要2个工人操作，现在1个人可以轻松操作2台桅杆卸蔗机卸蔗。原有喂蔗台1级洗水，改用2级洗水后，大部分泥砂被除去，减轻了破碎、脱水压榨机设备的磨损，同时，也减轻了渗出器蔗料面的积水现象的发生。

4 结语和建议

双臂式半自动挂钩桅杆卸蔗机与喂蔗台的应用技术，是众多卸蔗与喂蔗的方法之一，是非洲地区特定条件下的一种选择，比较适合机械抓蔗机从甘蔗农场抓集甘蔗，甘蔗装车含泥砂量较多的地区应用。其最大的缺点是卸蔗时，会发生部分甘蔗散落在卸蔗区域，增加了二次收集散落甘蔗的工作量；其次就是甘蔗运输车司机不下车卸蔗时，存在桅杆机未脱钩就开车的误操作风险，容易造成桅杆卸蔗机被损坏。所以，设计前应深入考察清楚当地的人文地理及习惯条件，合宜地应用双臂式半自动挂钩桅杆卸蔗机与喂蔗台技术。

图5 液压杆式固定双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机与喂蔗台

图6 液压杆式固定双臂半自动挂钩桅杆卸蔗机与喂蔗台工作