新型甘蔗预处理系统研究

黄建程　吴彩荣

【摘 要】原料蔗的含杂率严重影响了糖厂的生产和利润。近年来，广西农业机械研究院有限公司研发的新型甘蔗预处理系统，已经推广应用到各大糖业集团，改变了原有工艺流程，并取得了良好的效果。该系统具有安全性高、处理量大、生产成本低、除杂效果好等特点，具有显著的社会效益和经济效益。

【关键词】新型;预处理系统;信息化

【中图分类号】TS243 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）04-0068-02

国外甘蔗种植区域主要分布在古巴、巴西、泰国、柬埔寨、埃塞尔比亚等国家，这些国家的甘蔗收获以机械收割为主。我国甘蔗种植主要分布在广西、广东、海南、云南等地区。由于地理面貌和人口基数大等历史原因，国内甘蔗的收获方式主要是以人工收获为主。随着我国劳动力不断减少，人工成本不断上升，造成甘蔗收获成本不断提高，因此开始推广机械化收割。机械收割与人工收割相比有较大的优势，但机械收获的原料甘蔗质量差和含杂率较高，而甘蔗过高的含杂率对糖厂的生产成本影响很大，杂物会带走一定的糖分，加速机械设备的磨损，影响沉淀池的沉淀效果和锅炉的燃烧效率，甚至造成安全事故。

1 现状

目前，国内糖厂的甘蔗预处理主要依靠大量的人工辅助完成。这种处理工艺存在严重的弊端，主要有以下几个方面：①需要糖厂配置大量的挂绳和卸绳的工人，人工成本高，劳动力缺乏。②原料蔗中夹杂的杂物无法剔除。③撕解机刀头磨损严重，后端设备的磨损严重。④锅炉蔗渣焚烧后灰渣量大，处理成本高。

为了解决弊端，糖业机械设备制造商开始研发新型的预处理设备，全新改变甘蔗预处理工艺。广西农业机械研究院有限公司作为国内重要的甘蔗收获机械和糖机设备的科研单位，研发了一套新型甘蔗预处理工艺和设备。

2 新型甘蔗预处理工艺原理和设备

2.1 工艺原理

新型甘蔗预处理系统主要由翻板机、一级链板输蔗机、抛散机、除杂机、二级链板输送机、杂物输送装车系统等组成（如图1所示），其工作原理是运蔗车固定在翻板平台，通过液压机构将平台翻转到预定角度，原料蔗倾倒到输蔗机槽内，先通过一级链板输蔗机输送到除杂机，再通过除杂机输送到二级链板输蔗机，最后输送到喂蔗槽内。

原料蔗在输送到除杂机前，先被抛散机打散，将泥巴、沙石、杂草等夹杂物振动分离并散落到除杂机上，再通过除杂机辊齿分离到集料斗，最后将杂物输送到运杂车。

该系统具有以下特点：①系统实现自动化、信息化，可与工厂DCS系统联网。②取消钢丝绳吊蔗，翻板机或自卸口取代称蔗台。③缩减人员配置，降低人工成本。{4}有效分离泥沙石等杂物，提高甘蔗质量。{5}加快卸车速度，缩短运蔗车辆等待周期。

2.2 系统设备及工作原理

2.2.1 液压翻板机

液压翻板机属于预处理系统最重要的设备，主要起翻转车辆并倾倒甘蔗的作用，其工作原理如下：运蔗车驶上平台并固定后，司机按击现场“允许操作”按钮，操作室人员接到信号后，操作液压系统将平台翻转。当平台翻转到一定角度，运蔗车厢的甘蔗自由滑落到输蔗机上，全过程只需5～6 min。

翻板平台设计采用三维设计和ANSYS软件设计，实行轻量化设计。系统控制采用了液压驱动和PLC控制，双油缸工作，推力大，设有互锁和防爆装置，关键液压元件采用进口大品牌，技术成熟可靠。

2.2.2 一级链板输蔗机

一级链板输蔗机是预处理系统的重要设备，其作用主要是收集和输送提升原料蔗，结构主要包括驱动装置、输送装置、头尾装配、非标钢结构等。输蔗机配置有物料检测装置，与工厂DCS系统融合实现信息化，其运行速度可根据榨量的多少进行自动或人工调节。

2.2.3 抛散机和理平机

抛散机是除杂工艺的必备设备，其主要作用是将成堆的原料蔗打散，使其夹杂的泥沙和蔗叶等杂物分离。抛散机可采用电机链条传动，也可以采用联轴器直联传动。抛散机的旋转速度可根据实际使用状况通过变频调速电机调节。

抛散机可根据用户场地布置：①利用原旧蔗场改造，若场地受限，结构上可以设置单级抛散，能起到一定的杂物分离作用。②如场地允许的，可采用两级抛散。目前，不少糖厂已经使用双抛散工艺，杂物分离效果更好。

理平机属于系统可选设备。它的主要作用是将堆积高的原料甘蔗理平，确保甘蔗喂料均匀，一般设置在一级链板输蔗机上方。理平机的结构设计原理与抛散机类似。

2.2.4 除杂机

除杂机属于预处理系统最关键的设备，其主要作用是除杂、输送。杂物经抛散分离散落在除杂机辊齿上，经过辊齿间隙掉落进集料斗中，而甘蔗则被输送到下一工序。目前，广西区内有两种形式的除杂机。

第一种为筛网形式，国内市场最早基本参照泰国糖厂设计应用的形式，除杂机表面设置特制的过滤机构分离泥沙，除杂机设计角度大，只能通过甘蔗重力自由滑落到喂蔗槽中，无法通过动力输送甘蔗。这种结构比较适合沿海或者沙土质的区域，黏土区的泥沙容易堵塞网孔，清理困难。目前，东亚糖业集团广泛使用这种除杂机形式。

第二种为辊齿式，这种结构被广泛使用于广西各糖业集团，更适合黄泥土等黏性土质。

2.2.5 杂物输送装车系統

杂物输送装车系统主要由集料斗、皮带机输送机、杂物分离振动筛、杂物卸料装车装置等部分组成。该系统是除杂工艺必要的配套设施。集料斗和皮带输送机能自动收集泥沙、蔗叶、蔗头等甘蔗夹杂物，并把夹杂物输送到杂物卸料斗。杂物分离振动筛是近两年各糖厂根据需要新增的设备。近年来，各糖厂将杂物堆积在某一场地，蔗叶、蔗头和泥沙等容易发酵，产生异味并容易造成燃烧的危险，为避免污染环境和控制易燃物外运，陆续加装杂物二级分选机构，将蔗头、蔗叶等回收利用。

2.2.6 二级链板输蔗机

二级链板输蔗机跟一级输蔗机结构一致，其主要作用是将经除杂后的甘蔗输送到喂蔗槽中，起到储存和输送原料蔗的作用。

2.2.7 预砍机

原料蔗经过预处理后，物料的状态发生了根本性的改变。为满足榨量需求，预砍机是新型甘蔗预处理后端的必要设备。目前，各糖厂为了适应甘蔗预处理系统，后期陆续增加预砍机。预砍机参照撕解机结构，刀的密度较原1#撕解机低，刀头与喂蔗槽蔗带面距离设置为1 200～1 600 mm，出料口间距较原1#撕解机大，设置为250 mm左右。预砍机的主要作用是先把喂蔗槽表层甘蔗砍断，加大蔗渣密度和输送量。

2.3 辅助设备

2.3.1 视频监控系统

视频监控系统是甘蔗预处理系统的必要设备。整套甘蔗预处理系统布置占地大，操作员无法通过肉眼观察各个部位的物料运行状况，因此必须依靠一套全新的监控系统，通过显示屏观察。

2.3.2 电气控制系统

电气控制系统是甘蔗预处理系统的关键设备。作为全新的系统工程，如何降低操作人员的操作难度和复杂性，电气控制系统尤为关键。各糖厂操作工的素质偏低，要求将控制系统设计成“傻瓜”式，无论新老员工，经过简单的培训即可上岗操作。其他辅助设备还有润滑系统、照明系统、排水系统等，均属于系统工程中必不可少的配套设备。

2.3.3 系统信息化

为了进一步实现无人化，不少糖厂已经开始尝试整合全厂各系统设备的控制系统，将各工序的信息进行融合，实现可视化、自动化调节。在研发新型甘蔗预处理工艺和设备时，广西农业机械研究院已经同步开发了网络信息化系统，可将预处理系统各项数据跟生产调度中心实时联网，与工厂DCS系统融合，能根据工厂榨量、甘蔗收货量等信息，自动调节设备的运行速度，实现全程协调控制。

3 总结

隨着广西“双高”基地的建设，机械化收获甘蔗是我国糖业发展的必然趋势，新型甘蔗预处理系统对提高甘蔗质量、降低生产成本、增加企业效益有重大的意义，有显著的社会效益和经济效益。

参 考 文 献

[1]覃雪瑛.甘蔗联合种植机械化技术研究[J].农家参谋，2019（4）.

[2]钟国强，罗汝超.甘蔗机械化收割存在问题及糖厂应对措施[J].广西糖业，2016（1）.

[3]刘恩辰，葛动元，罗信武.小型整杆式甘蔗收割机改进设计与分析[J].中国农机化学报，2018（4）.

[责任编辑：钟声贤]