苧麻自動(dòng)剝麻機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

王 瑛，馮 艷，譚冬梅，劉定煒，鄭偉芳，羅 鋼

(江西省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，江西 南昌 330006)

0 引言

苧麻在中國是一種特色的經(jīng)濟(jì)作物，在國際上具有很強(qiáng)的市場競爭優(yōu)勢，它被稱為“中國草”。中國種植歷史悠久，已有4 700多年歷史，種植面積和產(chǎn)量均達(dá)世界總數(shù)的90%以上，主要種植在長江中上游地區(qū)。自古以來，苧麻一直為我國優(yōu)良的紡織原料，在國際上享有美譽(yù)[1-2]。苧麻纖維需要經(jīng)過苧麻收割和剝麻加工而成，苧麻收割和剝麻加工是苧麻生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，其收割和剝麻加工直接影響苧麻纖維紡織品的質(zhì)量和苧麻種植的經(jīng)濟(jì)效益。

當(dāng)前，中國苧麻剝麻加工有3種類型：人工剝麻、簡便刮麻器和小型反拉式剝麻機(jī)[3-4]。人工剝麻和簡便刮麻器工作環(huán)境差、生產(chǎn)效率低、操作強(qiáng)度高及剝麻成本高，適合散戶農(nóng)民種植使用。小型反拉式剝麻機(jī)采用人工分段給料，兩次反拉，剝離苧麻梢部和基部纖維，輔助剝麻時(shí)間長、工作效率低，剝麻工效僅666.7～1 333.3 m2/d，適合小規(guī)模種植農(nóng)戶使用，且存在生產(chǎn)安全性差、操作強(qiáng)度高等問題[5-6]。苧麻收割和剝麻加工成本約占苧麻原麻(粗纖維)產(chǎn)值的50%，嚴(yán)重影響苧麻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，開發(fā)一種滿足生產(chǎn)需要的優(yōu)質(zhì)高效的苧麻自動(dòng)剝麻機(jī)將對中國苧麻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、種麻農(nóng)民工作條件的改善以及種麻經(jīng)濟(jì)效益的提高產(chǎn)生重大影響。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 方案選擇

國內(nèi)剝麻機(jī)的研究有5種：單滾筒反拉剝麻機(jī)、雙滾筒反拉剝麻機(jī)、多滾筒直喂剝麻機(jī)、仿手工刮剝麻機(jī)和橫喂剝麻機(jī)[7-8]。單、雙滾筒反拉剝麻機(jī)剝麻后的原麻基本能符合苧麻紡織企業(yè)生產(chǎn)需求，在生產(chǎn)中有一定推廣使用，適合小規(guī)模種植農(nóng)戶使用；由于全是手工生產(chǎn)、安全性差、操作強(qiáng)度高及工作效率低，不能滿足苧麻規(guī)?；N植的機(jī)械化剝麻需求[9-10]。多滾筒直喂剝麻機(jī)使用方便，可持續(xù)喂入苧麻莖稈，安全性好、作業(yè)工效高和操作強(qiáng)度低。但是，由于苧麻纖維較長，膠含量較高，容易出現(xiàn)剝麻滾筒纏繞現(xiàn)象，苧麻梢部和基部末端麻骨剝離不干凈，雜質(zhì)含量高，因此在生產(chǎn)中推廣使用較少。仿手工刮剝麻機(jī)的剝麻質(zhì)量與簡便刮麻器相似，因其間歇作業(yè)原理而生產(chǎn)效率低，此外，該型機(jī)更受麻莖(或麻皮)規(guī)格大小影響，工作可靠性差，間隙調(diào)整困難，因此在實(shí)際中推廣和使用較少[11-13]。橫喂剝麻機(jī)工作效率高，解決了現(xiàn)有小型剝麻機(jī)生產(chǎn)效率低、操作強(qiáng)度高等問題，但是，設(shè)備龐大，只能在房間內(nèi)固定剝麻，不適應(yīng)現(xiàn)場移動(dòng)剝麻，增加了苧麻的運(yùn)輸費(fèi)用，剝麻對苧麻莖稈長度有一定要求，設(shè)備價(jià)格高，因此，很難在生產(chǎn)中推廣使用[14-15]。

根據(jù)苧麻莖稈的物理和機(jī)械特性，為了提高苧麻剝麻機(jī)效率，降低操作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)苧麻剝麻操作自動(dòng)化，本設(shè)計(jì)采用多滾筒直喂剝麻機(jī)方案，重點(diǎn)解決剝麻滾筒纏繞、苧麻梢部和基部末端麻骨剝離不干凈、雜質(zhì)含量高、剝麻效果差等問題。

1.2 總體結(jié)構(gòu)

苧麻自動(dòng)剝麻機(jī)采用多滾筒直喂剝麻機(jī)結(jié)構(gòu)，苧麻經(jīng)壓、刮、打、夾和梳等多道剝麻工序，不需人工反拉剝麻，實(shí)現(xiàn)連續(xù)剝麻，克服現(xiàn)有多滾筒直喂剝麻機(jī)存在的膠含量較高，容易出現(xiàn)剝麻滾筒纏繞現(xiàn)象，以及苧麻梢部和基部末端麻骨剝離不干凈、雜質(zhì)含量高等缺陷，具有喂料平穩(wěn)、安全性好、操作強(qiáng)度低、生產(chǎn)率高、剝凈率高和剝麻質(zhì)量好等特點(diǎn)。該機(jī)主要由壓麻輥、剝麻輥、凹板、夾麻輥、拉麻輥、梳麻輥、彈簧和防纏麻裝置等組成，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.3 工作原理

新鮮苧麻莖稈從進(jìn)料口送入壓麻輥，經(jīng)壓麻輥壓扁、壓折和壓碎，初步分離麻皮與麻骨。壓碎的苧麻莖稈從凹板和剝麻輥的縫隙中進(jìn)入，在上剝麻輥與凹板的刮擦作用下，刮去部分附著在苧麻韌皮上的麻骨和麻殼，而后在上下剝麻輥的打擊、擠壓和梳刮作用下，繼續(xù)去除苧麻韌皮上的麻骨和麻殼。除去大部分麻骨和麻殼的麻皮依次進(jìn)入夾麻輥和拉麻輥，拉麻輥的線速度大于夾麻輥，在拉麻輥擠壓牽引下，通過夾麻輥將剩下的麻骨和麻殼從麻皮上強(qiáng)行刮離，從而實(shí)現(xiàn)苧麻莖稈末端麻骨和麻皮的分離，麻皮上的膠質(zhì)被拉麻輥擠壓出來，從而脫除部分膠質(zhì)。通過拉麻輥的麻皮進(jìn)入梳麻輥，在梳麻輥進(jìn)一步刮梳作用下，苧麻皮、骨徹底分離，苧麻纖維進(jìn)一步梳理，最后干凈的苧麻纖維從出料口輸出。為使麻皮能輸送順暢和提高剝麻質(zhì)量，在上壓麻輥、凹板進(jìn)出端和上拉麻輥都安裝了彈簧，起到間隙自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，并在下剝麻輥、下夾麻輥、下拉麻輥及下梳麻輥兩端都安裝了防纏麻裝置防止苧麻纏繞軸承，在拉麻輥出口端上下安裝了防纏麻裝置，防止苧麻纏繞拉麻輥。

1.彈簧 2.防纏麻裝置 3.苧麻纖維 4.梳麻輥 5.拉麻輥6.夾麻輥 7.剝麻輥 8.凹板 9.壓麻輥 10.新鮮苧麻圖1 苧麻自動(dòng)剝麻機(jī)總體結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall structure of ramie automatic stripping machine

2 樣機(jī)試驗(yàn)

設(shè)計(jì)試制出苧麻自動(dòng)剝麻機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)，經(jīng)過試驗(yàn)改進(jìn)完善，苧麻自動(dòng)剝麻機(jī)如圖2所示。

圖2 苧麻自動(dòng)剝麻機(jī)樣機(jī)Fig.2 Prototype of ramie automatic stripping machine

2019年10月和2020年6月，在江西省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所進(jìn)行了試驗(yàn)樣機(jī)剝麻試驗(yàn)，苧麻剝麻效果如圖3所示。試驗(yàn)苧麻是江西恩達(dá)麻世紀(jì)公司新余苧麻生產(chǎn)基地的頭麻、二麻，收獲當(dāng)天將苧麻莖稈運(yùn)輸至江西省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，次日進(jìn)行剝麻試驗(yàn)，苧麻莖稈去葉后的長度為600～2 400 mm，莖稈基部直經(jīng)10～20 mm，莖稈平均含水率70%～78%。主要儀器設(shè)備：苧麻自動(dòng)剝麻機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)；迪衡電子秤(量程30 kg，精度0.1 g)；DHG9030A型恒溫干燥箱；秒表、游標(biāo)卡尺和卷尺等[16-17]。試驗(yàn)樣機(jī)測試性能：裝機(jī)功率5.5 kW，原麻生產(chǎn)率58 kg/h，鮮莖出麻率6.3%，原麻含雜率1.32%，外形尺寸(長×寬×高)1 650 mm×1 360 mm×1 000 mm，可加工的苧麻莖稈長度≥800 mm(去葉)。

圖3 苧麻剝麻效果Fig.3 Ramie stripping effect

3 結(jié)論

本苧麻自動(dòng)剝麻機(jī)采用多滾筒直喂剝麻機(jī)結(jié)構(gòu)，苧麻經(jīng)壓、刮、打、夾和梳等多道剝麻工序，不需人工反拉剝麻，實(shí)現(xiàn)連續(xù)剝麻，該技術(shù)已獲得國家專利。通過試驗(yàn)樣機(jī)的設(shè)計(jì)、試制和試驗(yàn)，得出以下結(jié)論。

(1)該機(jī)工作可靠、生產(chǎn)效率高、剝麻效果好、操作強(qiáng)度低和安全性好，可加工的苧麻莖稈長度≥800 mm(去葉)。

(2)該機(jī)原麻生產(chǎn)率可達(dá)58 kg/h，剝麻效率為手工剝麻的20倍以上、當(dāng)前生產(chǎn)中使用的小型苧麻剝麻機(jī)的5倍以上，鮮莖出麻率6.3%，原麻含雜率1.32%，達(dá)到二等苧麻纖維標(biāo)準(zhǔn)，剝麻纖維質(zhì)量滿足苧麻紡織企業(yè)要求。

(3)該機(jī)具有結(jié)構(gòu)新穎、緊湊、獨(dú)特，以及性能良好、進(jìn)料平穩(wěn)、操作維護(hù)方便等特點(diǎn)，適合廣大苧麻種植專業(yè)戶和合作社使用，具有廣闊的市場前景。