ZMFQSL-1型苧麻開纖水理設(shè)備設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

蘇工兵，吳奇明，袁浪佳，周會(huì)勇

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ZMFQSL-1型苧麻開纖水理設(shè)備設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

蘇工兵，吳奇明，袁浪佳，周會(huì)勇

（武漢紡織大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，武漢 430073）

針對(duì)現(xiàn)有苧麻脫膠后纖維開纖中纖維束混亂糾纏、梳理難度大、工序不連續(xù)、勞動(dòng)強(qiáng)度高等問題，結(jié)合苧麻纖維機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)的技術(shù)要求，該文采用煮練后麻纖維平直喂入、敲麻開纖、高壓水理清洗和平直輸出等連續(xù)化工序加工原理，對(duì)設(shè)備整體方案和主要工作部件敲麻開纖裝置、間歇輸送裝置、聚攏裝置以及水理裝置等進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定其關(guān)鍵參數(shù)，并開展樣機(jī)麻纖維開纖試驗(yàn)和纖維質(zhì)量檢測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果表明：該樣機(jī)生產(chǎn)性能穩(wěn)定，麻纖維品質(zhì)均一，大幅降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，生產(chǎn)效率大于120 kg/h（原麻），麻纖維殘膠率小于2.0%，并絲率小于2‰，束纖維斷裂強(qiáng)度為4.3 cN/dtex。研究結(jié)果可為苧麻精加工設(shè)備的升級(jí)換代和苧麻纖維生產(chǎn)規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展提供技術(shù)支撐。

農(nóng)業(yè)機(jī)械；水理；纖維；機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；性能試驗(yàn)

0 引 言

苧麻脫膠后的纖維開纖水洗問題長(zhǎng)期困擾該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，人工清洗勞動(dòng)強(qiáng)度大、功效低，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化高效開纖水洗是解決苧麻精干麻清潔高效生產(chǎn)的必然選擇[1]。圍繞煮練麻纖維后續(xù)加工開纖問題，國內(nèi)外眾多技術(shù)人員研制出各種形式的苧麻纖維開纖機(jī)械設(shè)備。主要有圓盤敲麻機(jī)、復(fù)式開纖機(jī)和旋錘式苧麻水麻開纖機(jī)[2-4]，但現(xiàn)有苧麻纖維開纖工藝仍采用圓盤敲麻機(jī)來解決這個(gè)問題。其他的機(jī)型停留在試驗(yàn)研究階段，無法滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要[5]。而圓盤敲麻機(jī)生產(chǎn)時(shí)需要有經(jīng)驗(yàn)的工人不斷進(jìn)行翻動(dòng)，通過自由下落的木槌敲擊使附在纖維表面的膠質(zhì)消除，從而得到較松散的單纖維。但其工序不連續(xù)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境差，操作設(shè)備的工人難尋且生產(chǎn)出來的麻束處于非順直的混亂狀態(tài)易產(chǎn)生麻結(jié)，使后續(xù)麻纖維加工質(zhì)量難以提高[6-9]。

針對(duì)上述問題，本文以高壓堿煮化學(xué)脫膠或生物脫膠工藝后的麻纖維（煮練麻）為研究對(duì)象，提出了麻纖維平直輸送、開纖和水理聯(lián)合處理的技術(shù)方案，設(shè)計(jì)了ZMFQSL-1 型苧麻開纖水理設(shè)備樣機(jī)，對(duì)其工作原理進(jìn)行分析和關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化確定，并開展了樣機(jī)麻纖維開纖水理試驗(yàn)和纖維質(zhì)量檢測(cè)，以期為苧麻纖維機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的研制提供參考。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

根據(jù)苧麻纖維脫膠后纖維的特性和后續(xù)加工工序的質(zhì)量要求[10-14]，設(shè)計(jì)了ZMFQSL-1型苧麻開纖水理設(shè)備樣機(jī)如圖1所示。

1. 間歇輸送裝置 2. 敲麻開纖裝置機(jī)架 3. 敲麻開纖裝置 4. 電機(jī) 5. 聚攏裝置 6. 纖維過渡輸送裝置 7. 水理裝置機(jī)架 8. 水理裝置 9. 過濾水箱 10. 水循環(huán)系統(tǒng)

樣機(jī)主要由敲麻開纖裝置、間歇輸送裝置、聚攏裝置、纖維過渡輸送裝置、水理裝置和水循環(huán)系統(tǒng)等組成。其中敲麻開纖裝置和水理裝置是整機(jī)的主要工作部件，設(shè)計(jì)的合理性直接影響整機(jī)的作業(yè)性能。敲麻開纖裝置敲擊頻率和沖擊力既能實(shí)現(xiàn)將吸附纖維表面的殘留膠質(zhì)和雜質(zhì)分離，又能避免纖維輸送時(shí)纏繞產(chǎn)生麻結(jié)；水理裝置通過一定壓力水對(duì)纖維上下表面沖洗從而進(jìn)一步洗脫膠質(zhì)和雜質(zhì)，并能實(shí)現(xiàn)纖維帶狀直線輸送不纏繞；水循環(huán)系統(tǒng)通過過濾后實(shí)現(xiàn)水的重復(fù)利用，節(jié)約水資源。

1.2 工作原理

樣機(jī)作業(yè)過程主要分為敲擊和水理2個(gè)環(huán)節(jié)。正常工作時(shí)，人工將煮練后麻束平鋪在輸送在輸送帶上，隨著間歇輸送裝置1輸送直線進(jìn)入敲麻開纖裝置3。在多排敲麻錘沖擊力作用下對(duì)煮練麻進(jìn)行敲擊開纖，同時(shí)噴頭噴水浸潤(rùn)纖維，在此過程中就可將吸附在纖維表面的可溶膠質(zhì)和雜質(zhì)去除。隨著敲擊次數(shù)增加和水流的作用，麻纖維逐漸開纖擴(kuò)展脫離敲麻開纖裝置3進(jìn)入聚攏裝置5，擴(kuò)展開的纖維經(jīng)過聚攏又變成纖維束。通過纖維過渡輸送裝置6進(jìn)入水理裝置8，隨著多排擠壓輥擠壓纖維和壓力水對(duì)纖維上下表面沖洗，喂入的纖維束又被擴(kuò)展開，進(jìn)一步洗脫殘留膠質(zhì)和雜質(zhì)，沖洗的水經(jīng)過回收到過濾水箱9中，在水循環(huán)系統(tǒng)10作用下被重復(fù)利用，加工后的麻纖維就可進(jìn)入到下一道加工工序。

1.3 整機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

樣機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 苧麻開纖水理設(shè)備主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 敲麻開纖裝置設(shè)計(jì)

2.1.1 結(jié)構(gòu)組成

敲麻開纖機(jī)構(gòu)主要提供沖擊能作用于麻纖維實(shí)現(xiàn)纖維開纖和脫去吸附上的殘余膠質(zhì)。由導(dǎo)軌架、導(dǎo)軌、滑動(dòng)板件、凸輪、滾子、固定導(dǎo)向板和敲麻錘等組成。通過采用凸輪與滾子偏心設(shè)計(jì)，達(dá)到滾子和敲麻錘自由落體運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)煮練麻纖維的敲擊開纖。機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1）沖擊高度和沖擊質(zhì)量確定

作用纖維表面上的沖擊能對(duì)纖維開纖和殘留膠質(zhì)洗脫有重要的影響，為了確定敲麻開纖裝置沖擊高度和沖擊質(zhì)量，以現(xiàn)有圓盤敲麻機(jī)單個(gè)錘體沖擊參數(shù)為依據(jù)，通過能量守恒定律計(jì)算確定本裝置相應(yīng)參數(shù)。圓盤敲麻機(jī)有6個(gè)錘頭，單個(gè)錘頭結(jié)構(gòu)參數(shù)：錘面面積1為110 mm × 70 mm，錘質(zhì)量為1=7.13 kg，自由落體高度1=140 mm。根據(jù)自由落體的能量守恒定律并考慮錘體作用于麻纖維表面沖擊能全部被纖維吸收，因此本機(jī)設(shè)計(jì)敲麻錘體單位面積上的沖擊能需大于等于圓盤敲麻機(jī)的沖擊能，于是有公式（1）。

1. 導(dǎo)軌架 2. 導(dǎo)軌 3. 滑動(dòng)板件 4. 凸輪 5. 滾子 6. 固定導(dǎo)向板 7. 敲麻錘

1. Rail bracket 2. Rail 3. Sliding plate 4. Cam 5. Roller 6. Fixed director plate 7. Fiber knocking hammer

圖2 敲麻開纖機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.2 Structure diagram of ramie fiber knocking and opening mechanism

由公式（1）可得

式中，2為本機(jī)錘面面積；考慮機(jī)幅的寬窄和輸送帶寬度，確定錘面包橡膠后面積2為長(zhǎng)×寬=270 mm×30 mm；2為凸輪升程即錘子自由落體的高度，結(jié)合整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，確定凸輪升程2為70 mm；由（2）式計(jì)算可知敲麻錘質(zhì)量2≥15.0 kg，因敲麻錘的質(zhì)量可以人為配重，為了獲得較好的敲擊開纖效果，取敲麻錘的質(zhì)量2=20 kg。

2）凸輪設(shè)計(jì)

由（3）式計(jì)算出3≥35.7 mm，考慮到安裝誤差，需在凸輪與滾子之間留有間隙，確定滾子中心的起始高度3=40 mm。根據(jù)以上的參數(shù)及設(shè)計(jì)要求，確定凸輪的升程運(yùn)動(dòng)角為138°，凸輪的回程運(yùn)動(dòng)角為42°，利用Pro/E繪制出凸輪輪廓[18]。

在回程階段，為避免凸輪與自由落下的滾子相碰撞，凸輪轉(zhuǎn)過的角度需小于回程角。由圖3得到下式（4）。

由公式（4）計(jì)算可知，1≤6.11 rad/s，由此選定凸輪軸轉(zhuǎn)速1=5.5 rad/s。

注：r為滾子的半徑，mm；R為凸輪的基圓半徑，mm；L為凸輪基圓中心與滾子中心距，mm；h2為凸輪升程，mm；h3為滾子中心的起始高度，mm；e為凸輪與滾子的偏心距，mm。

2.1.2 沖擊次數(shù)與喂入量的確定

為了確定沖擊次數(shù)和單次麻纖維的喂入量對(duì)苧麻纖維開纖效果的影響，以樣機(jī)為試驗(yàn)臺(tái)架，以脫膠后殘膠率3.5%～4.1%苧麻纖維作為試驗(yàn)樣本，在不同喂入量1.0、1.3、1.6 kg及不同沖擊次數(shù)4、6、8、10次條件下進(jìn)行試驗(yàn)。通過國標(biāo)GB/T5889-1986纖維殘膠率的檢測(cè)方法，對(duì)沖擊后麻纖維殘膠率進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)喂入量為1.3 kg和沖擊次數(shù)為8時(shí)敲擊開纖效果較好。為此，設(shè)計(jì)敲麻開纖機(jī)構(gòu)為4排3列，共計(jì)24個(gè)敲擊錘。

2.2 間歇輸送裝置設(shè)計(jì)

2.2.1 結(jié)構(gòu)組成

考慮敲麻錘自由落體沖擊纖維時(shí)麻纖維處于靜止?fàn)顟B(tài)，輸送裝置不能連續(xù)運(yùn)動(dòng)，因此采用間歇輸送裝置。其結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。間歇輸送裝置由輸送帶1、輸送輥2、鏈條3、槽輪4、轉(zhuǎn)臂5組成。通過凸輪機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)匹配，完成敲麻錘升起→輸送帶輸送→輸送帶停止→敲麻錘敲擊的敲擊開纖處理工藝路線，如此循環(huán)往復(fù)。

1. 輸送帶 2. 輸送輥 3. 鏈條 4. 槽輪 5. 轉(zhuǎn)臂

1. Conveyor belt 2. Conveying roller 3. Chain 4. Sheave 5. Tumbler

注：2為轉(zhuǎn)臂撥輪的角速度，rad/s；3為槽輪運(yùn)動(dòng)時(shí)的平均角速度， rad/s；4為輸送輥運(yùn)動(dòng)時(shí)的平均角速度，rad/s；21為轉(zhuǎn)臂撥輪的運(yùn)動(dòng)角，(°)；22為槽輪的運(yùn)動(dòng)角，(°)。

Note:2is angular velocity of tumbler dial wheel，rad/s;3is average angular velocity of sheave for the movement，rad/s;4is average angular velocity of the conveying roller for the movement，rad/s; 21is moving angle of tumbler dial wheel，(°); 22is moving angle of sheave，(°).

圖4 間歇輸送裝置結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.4 Structure diagram of intermittent transportation device

2.2.2 參數(shù)確定

1）槽輪單次運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定

設(shè)定轉(zhuǎn)臂撥輪轉(zhuǎn)動(dòng)與凸輪軸傳動(dòng)比為1，即2=1，則根據(jù)公式（5）可知，槽輪的單次運(yùn)動(dòng)時(shí)間2=0.28 s，此時(shí)凸輪的升程時(shí)間3=1=0.44 s，滿足槽輪運(yùn)動(dòng)時(shí)間小于凸輪升程時(shí)間的設(shè)計(jì)要求，避免了敲麻錘自由落體敲擊麻纖維時(shí)麻纖維處于輸送狀態(tài)。

2）輸送帶單次運(yùn)動(dòng)位移量的確定

輸送帶由輸送輥通過槽輪鏈條驅(qū)動(dòng)，輸送輥直徑和槽輪傳動(dòng)比決定了麻纖維在輸送帶上移動(dòng)的位移，槽輪單次驅(qū)動(dòng)輸送帶移動(dòng)的位移1必須小于設(shè)計(jì)的敲麻錘面寬30 mm，否則會(huì)出現(xiàn)麻纖維的“漏敲”現(xiàn)象。

則輸送帶移動(dòng)的位移量如式（6）。

式中1=115 mm，其中輸送輥直徑為105 mm, 帶厚度為5 mm；2=0.28 s為槽輪單次運(yùn)動(dòng)時(shí)間；3為槽輪運(yùn)動(dòng)時(shí)的平均角速度，其值為1=2=3=5.5 rad/s。

根據(jù)公式（6）可知，當(dāng)鏈傳動(dòng)比=1/3時(shí)，輸送帶單次運(yùn)動(dòng)位移量1為29.51 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。由此可確定輸送輥與槽輪鏈條傳動(dòng)比=1/3。

間歇輸送裝置輸送帶總體的平均線速度1即為輸送帶在滾輪從動(dòng)件完成1個(gè)上升和落體的時(shí)間內(nèi)的輸送帶位移量如式（7）。

2.3 聚攏裝置設(shè)計(jì)

麻纖維經(jīng)敲麻開纖裝置的連續(xù)敲擊后，帶狀麻纖維部分?jǐn)U展超過了輸送帶的寬度，容易越過輸送帶邊界纏繞不利于輸送到后續(xù)水理裝置。更重要的是通過聚集收攏使擴(kuò)展開的纖維實(shí)現(xiàn)了翻動(dòng)，有利于纖維處理的均一性。為此設(shè)計(jì)了聚攏裝置。聚攏裝置主要由聚攏機(jī)架1、曲柄2、連桿3、牽引滑塊4、聚攏桿5、鏈輪6、聚攏滑塊7、聚攏板8、導(dǎo)軌9等部分組成，如圖5所示。

該機(jī)構(gòu)采用曲柄滑塊原理，牽引滑塊4由連桿3的帶動(dòng)下在豎直導(dǎo)軌10作豎直方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，聚攏滑塊7和聚攏板8由聚攏桿5帶動(dòng)在橫向?qū)к壍淖饔孟聶M向聚攏的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)麻纖維的往復(fù)式聚攏作業(yè)。其中，為了保證聚攏板8張開時(shí)不脫離輸送帶寬度850 mm，確定其兩側(cè)聚攏扳最大張開距離為850 mm，聚攏板完全聚攏時(shí)，2個(gè)聚攏板的內(nèi)側(cè)距離為200 mm，即聚攏機(jī)構(gòu)完成1個(gè)工作循環(huán)。通過兩側(cè)的聚攏板流線型曲面設(shè)計(jì)，聚攏板的前端彎曲成100°圓弧，可實(shí)現(xiàn)少量擴(kuò)展到輸送帶邊界的纖維被帶回，避免了麻纖維的“糾纏”現(xiàn)象。兩側(cè)聚攏板的底端包裹著柔性材料，安裝時(shí)與輸送帶之間預(yù)設(shè)一定的擠壓力，保證在工作行程中聚攏作業(yè)的可靠性。

1. 聚攏機(jī)架2. 曲柄3. 連桿4. 牽引滑塊 5. 聚攏桿 6. 鏈輪 7. 聚攏滑塊 8. 聚攏板 9. 橫向?qū)к?10. 豎直導(dǎo)軌

2.4 水理裝置設(shè)計(jì)

2.4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)過敲擊開纖聚攏后的麻纖維束，實(shí)現(xiàn)了纖維開纖和大部分果膠、木質(zhì)素等膠雜物質(zhì)去除，但還有部分膠質(zhì)和殘余雜質(zhì)吸附在纖維上，還需進(jìn)一步開纖與水洗才能滿足后續(xù)的加工需求。由此設(shè)計(jì)了水理裝置，該裝置壓力水對(duì)纖維正反面在輸送的過程中實(shí)現(xiàn)沖洗，不僅能洗脫吸附在纖維的膠質(zhì)和雜質(zhì)，而且能實(shí)現(xiàn)纖維在壓力水的作用下再次開纖。該裝置采用階梯布置的多組水理機(jī)構(gòu)組成。其水理機(jī)構(gòu)由上水理輸送輥1、麻纖維束2、擠壓輥3、彈簧4、防纏噴水管5、上水洗噴頭6、下水理輸送輥7及下水洗噴頭8構(gòu)成，如圖6所示。

2.4.2 水理參數(shù)確定

通過水理裝置再次將殘留的膠質(zhì)洗脫和對(duì)纖維的開纖，而影響麻纖維水理效果主要因素為噴嘴進(jìn)口壓強(qiáng)、噴嘴直徑、噴距（噴嘴出口與麻纖維的垂直距離）、水洗次數(shù)[22-24]。樣機(jī)水理參數(shù)選擇以課題組邵運(yùn)果等的研究結(jié)果[25-26]為基礎(chǔ)，確定噴嘴進(jìn)口壓強(qiáng)1.2 MPa、噴嘴直徑2 mm和噴距30 mm為設(shè)計(jì)參數(shù)。為獲得較好的水洗次數(shù)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)4種不同的水洗次數(shù)，即3、4、5、6次。由試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)水洗次數(shù)為5次數(shù)纖維的水理效果較好，而且再次增加水洗次數(shù)對(duì)水理效果影響不大反而增加設(shè)計(jì)成本，由此確定水理裝置采用5組階梯布置的水理機(jī)構(gòu)。

水理機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，水理輸送輥的平均線速度必須大于間歇輸送輥的平均線速度，否則被聚攏的麻纖維束會(huì)堆積在水理輸送輥的輸送端。此時(shí)水理輸送輥的線速度滿足式（9）。

式中：2為水理輸送帶輸送的線速度，mm/s；5為水理輸送輥的轉(zhuǎn)速，rad/s；2為水理輸送輥的直徑，mm；1為間歇輸送裝置輸送帶總體的平均線速度，mm/s;

1. 上水理輸送輥2. 麻纖維束3. 擠壓輥4. 彈簧5. 防纏噴水頭 6. 上水洗噴頭 7. 下水理輸送輥 8. 下水洗噴頭

1. Above conveying roller of washing mechanism 2.Ramie fiber bunch 3. Extrusion roll 4.Spring 5. Water nozzle for anti-winding 6. Above washing nozzle 7. Below conveying roller of washing mechanism 8. Below washing nozzle

圖6 水理機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.6 Structure diagram of washing mechanism

基于間歇輸送輥直徑，選取水理輸送輥直徑2為 115 mm，則由公式（9）計(jì)算出水理輸送輥的轉(zhuǎn)速5≥0.91 rad/s。確定水理輸送輥轉(zhuǎn)速5=1 rad/s時(shí)，其線速度2=57.5 mm/s，大于間歇輸送裝置輸送輥的平均線速度，實(shí)現(xiàn)了麻纖維的連續(xù)化生產(chǎn)。

3 水循環(huán)系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用，減輕對(duì)環(huán)境污染，設(shè)計(jì)了苧麻開纖水理設(shè)備水循環(huán)系統(tǒng)。該水循環(huán)系統(tǒng)由供水及回收水系統(tǒng)、開纖工藝用水及水理工藝用水組成（如圖7所示）。其中，開纖工藝用水為8個(gè)噴頭噴水浸潤(rùn)纖維，用水量較少；而水理工藝用水為142個(gè)噴頭采用高壓的方式對(duì)纖維進(jìn)行水洗洗脫膠質(zhì)，用水量較大，通過設(shè)計(jì)水理裝置過濾水箱，并采用循環(huán)泵將水回收到大水箱中，實(shí)現(xiàn)了水的循環(huán)利用。水循環(huán)系統(tǒng)采用PLC控制器控制，并在過濾水箱及大水箱處布置液位繼電器，實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用的自動(dòng)化控制。

圖7 水循環(huán)系統(tǒng)

4 性能試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)條件

ZMFQSL-1型苧麻開纖水理設(shè)備由武漢碧連天環(huán)保設(shè)備有限公司試制，樣機(jī)配套電機(jī)功率為14 kW，外形尺寸為12 000 mm×1 100 mm×1 780 mm（長(zhǎng)×寬×高）。并于2017年8月在鄂州市葛店經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)苧麻試驗(yàn)基地進(jìn)行試驗(yàn)（如圖8所示）。試驗(yàn)材料選用江西恩達(dá)麻世紀(jì)科技股份有限公司經(jīng)過高壓堿煮和生物聯(lián)合脫膠工藝后的苧麻纖維，含膠率為3.5%～4.1%，平均長(zhǎng)度為1.8～2.7 m。

圖8 苧麻開纖水理設(shè)備性能試驗(yàn)

4.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法參照國家標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)試驗(yàn)方法》（GB/T5667?2008）、《苧麻束纖維斷裂強(qiáng)度試驗(yàn)方法》（GB5882?1986）、《苧麻精干麻》（GB/T20793?2006）結(jié)合其它麻類機(jī)械的試驗(yàn)方法[27-30]對(duì)開纖水理樣機(jī)作用性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)算出纖維的殘膠率、束纖維斷裂強(qiáng)度、并絲率及設(shè)備的生產(chǎn)率等指標(biāo)。其中，纖維的殘膠率是指纖維中剩余膠質(zhì)的含量，按國標(biāo)GB5889?1986進(jìn)行測(cè)定；束纖維斷裂強(qiáng)度是指單位麻纖維束拉斷時(shí)所能承受的最大負(fù)荷，按國標(biāo)GB5882?1986進(jìn)行測(cè)定；并絲率是指纖維中經(jīng)開松制樣機(jī)分梳后依然未分離成單纖維的硬條含量，按照國標(biāo)GB/T32753?2016進(jìn)行測(cè)定；生產(chǎn)率是指單位時(shí)間內(nèi)所生產(chǎn)出纖維的質(zhì)量，按國標(biāo)GB/T5667?2008進(jìn)行測(cè)定。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

選用堿煮和生物聯(lián)合脫膠工藝后的苧麻纖維分別在圓盤式敲麻機(jī)和本樣機(jī)進(jìn)行5批次試驗(yàn)，主要性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 樣機(jī)主要性能指標(biāo)對(duì)比

表中試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，樣機(jī)敲擊開纖水洗脫膠后纖維的殘膠率為1.8%～2.0%，脫膠效果好于圓盤敲麻機(jī)的開纖脫膠效果；束纖維斷裂強(qiáng)度約大于圓盤敲擊機(jī)束纖維斷裂強(qiáng)度，為4.3cN/dtex；本機(jī)生產(chǎn)效率遠(yuǎn)高于圓盤敲擊機(jī)，大于120 kg/h。樣機(jī)處理后的纖維并絲率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圓盤敲麻機(jī)處理的纖維并絲率，小于2‰。其它各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)或超過設(shè)計(jì)指標(biāo)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。究其原因，本樣機(jī)只需人工喂入，麻纖維直線后續(xù)處理過程中敲擊開纖與水理脫膠全由機(jī)械自動(dòng)完成，因而麻纖維受到的敲擊開纖與水洗洗脫更加均勻，生產(chǎn)出的麻纖維品質(zhì)均一，故纖維的脫膠效果與生產(chǎn)率都較高。而圓盤敲麻機(jī)依靠熟練操作工的經(jīng)驗(yàn)連續(xù)不斷的翻轉(zhuǎn)麻纖維，在惡劣的工作環(huán)境中不可避免產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)不均導(dǎo)致漏敲現(xiàn)象，同時(shí)人工翻轉(zhuǎn)時(shí)部分纖維回轉(zhuǎn)，導(dǎo)致敲擊處理時(shí)纖維易產(chǎn)生麻結(jié)，增大了圓盤敲麻機(jī)的纖維并絲率。兩種設(shè)備敲擊錘面均采用包膠緩沖，但本樣機(jī)采用機(jī)構(gòu)自動(dòng)敲擊，次數(shù)均勻且不易產(chǎn)生在圓盤敲麻機(jī)中由人工控制所帶來的過度敲擊現(xiàn)象，因而本樣機(jī)處理纖維的束纖維斷裂強(qiáng)度好于圓盤敲麻機(jī)。

5 結(jié) 論

1）研制了ZMFQSL-1型苧麻開纖水理設(shè)備，采用敲麻開纖機(jī)構(gòu)與間歇輸送裝置組合的方式實(shí)現(xiàn)了纖維直線帶式間歇輸送→敲擊開纖→間歇輸送的開纖洗脫工藝過程，大幅度降低了勞動(dòng)強(qiáng)度；水理機(jī)構(gòu)中通過壓力水對(duì)輸送麻纖維正反面沖洗和壓力輥擠壓，共同作用完成對(duì)麻纖維的水洗工藝，實(shí)現(xiàn)了纖維再次開纖和洗脫以及水資源的重復(fù)利用，提高了樣機(jī)推廣的可行性。

2）試驗(yàn)結(jié)果表明，該機(jī)運(yùn)行工作時(shí)性能穩(wěn)定可靠，開纖水理效果明顯，麻纖維品質(zhì)均一，麻纖維殘膠率為1.8%～2.0%，束纖維斷裂強(qiáng)度為4.3 cN/dtex，并絲率小于2‰，生產(chǎn)效率大于120 kg/h，各項(xiàng)性能指標(biāo)均好于圓盤式敲麻機(jī)麻，且均達(dá)或超過設(shè)計(jì)指標(biāo)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

本機(jī)研制成功能為苧麻開纖和水理提供了一種高效、安全、工作可靠的裝置，為苧麻加工設(shè)備的升級(jí)換代和規(guī)?；a(chǎn)提供基礎(chǔ)，同時(shí)也為其他麻類脫膠開纖水理提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。

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Design and test of ZMFQSL-1 type ramie fiber opening and washing machine

Su Gongbing, Wu Qiming, Yuan Langjia, Zhou Huiyong

(430073,)

The successful development of this machine can provide an efficient, safe and reliable device for the ramie fiber opening and washing. It can also greatly reduce the requirement of operator technology and the work intensity, but improve the working environment. While it provides a basis not only for the upgrading and updating of ramie processing equipment but also for the scale and Standardized development of ramie production, shows a new design idea for the opening and washing of other degummed fiber at the same time. The problems of fiber opening and washing after the degumming of ramie have plagued the development of the industry for a long time. At present, because of the high labor intensity and low efficiency of manual cleaning, it is the inevitable choice to achieve the goals of mechanized and efficient water washing. Focusing on the problems of follow-up processing of degummed fiber, many technicians both here and abroad have designed many types of ramie opening machines, such as traditional circular knocking machine, rotary hammer type fiber opening machine and ramie fiber washing machine. But now people still use the traditional circular knocking machine to open the fiber and wash it in another machine, which depends on the operators’ experience to flip the fiber in the process of knocking and opening the fiber. But, the operators cannot flip so symmetrically because of the bad working environment that the opening machine misses some knockings, which results in the bad uniformity of ramie fiber. According to the technical requirements of ramie fiber automatic production, the ZMFQSL?1 type ramie fiber opening and washing machine was designed and manufactured. This prototype mainly consists of opening device, intermittent transportation device, gathering device, washing device, and system of water circulation. It adopts the combination of the opening device and intermittent transportation device to realize the process of fiber strip-shaped linear intermittent transportation, knocking and opening, and intermittent transportation. By using eccentric design of cam and cam follower assembly, the opening device can realize the hammer’s free falling motion and finish the knocking and opening of the ramie fiber. Washing device is made up of 5 sets of washing mechanisms which are in ladder arrangement, and it can complete the washing process of the ramie fiber by the pressure water washing of 2 sides during the conveying and the extrusion of the pressure roll, which achieves the further opening and washing of fiber as well as the recycling of water resource, and at the same time increases the feasibility of the popularizing of the prototype. The size of the prototype (length × width × height) is 12 000 mm × 1 100 mm × 1 780 mm, and its power of electric machinery is 14 kW. The operation widths of opening device and washing device are 850 mm, and the nozzle pressure of the washing device is 1.2 MPa. Experiment result shows that the machine works stably and performs reliably, the productivity is more than 120 kg/h and the quality of ramie fiber is uniform, the average residual gum content is less than 2.0%, the Bundle-fiber breaking force is 4.3 cN/dtex, and the splitting rate is less than 2‰, and every indicator of performance meets or exceeds the related standards. The successful development of this machine can provide an efficient, safe and reliable device for the ramie fiber opening and washing. It can also greatly reduce the requirement of operator technology and the work intensity, and improve the working environment. It provides a basis not only for the upgrading and updating of ramie processing equipment but also for the scale and standardized development of ramie production, and shows a new design idea for the opening and washing of other degummed fiber at the same time.

agricultural machinery; washing; fiber; mechanism design; performance test

蘇工兵，吳奇明，袁浪佳，周會(huì)勇. ZMFQSL-1型苧麻開纖水理設(shè)備設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34(7)：264－270. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.07.034 http://www.tcsae.org

Su Gongbing, Wu Qiming, Yuan Langjia, Zhou Huiyong. Design and test of ZMFQSL-1 type ramie fiber opening and washing machine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(7): 264－270. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.07.034 http://www.tcsae.org

2017-12-07

2018-03-05

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51375351）；湖北省協(xié)同創(chuàng)新（鄂教科（2014）6號(hào)）

蘇工兵，教授，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程的研究。Email：sgb6710@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.07.034

S226.7+9

A

1002-6819(2018)-07-0264-07