凹板式山地剝麻機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)*

顏波，馬蘭，劉佳杰，向偉，胡垚，呂江南

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類(lèi)研究所，長(zhǎng)沙市，410205)

0 引言

苧麻俗稱(chēng)“中國(guó)草”，是我國(guó)傳統(tǒng)的特色經(jīng)濟(jì)作物，其產(chǎn)量占全世界總產(chǎn)量的90%以上[1-3]。苧麻纖維作為一種優(yōu)良的紡織材料，因纖維強(qiáng)度高、柔韌性好、吸濕透氣強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于紡織行業(yè)[4-6]，但只有經(jīng)過(guò)剝制去除麻骨、麻殼的原麻纖維才能供紡織行業(yè)使用[7-8]。纖維剝制作為苧麻產(chǎn)業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其用工占整個(gè)苧麻生產(chǎn)過(guò)程中用工量的60%以上，故實(shí)現(xiàn)纖維剝制機(jī)械化，是破解制約苧麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸的主要途徑[9]。

為解決苧麻纖維機(jī)械剝制問(wèn)題，我國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)展了苧麻剝麻機(jī)的研究，現(xiàn)已研制出人力反拉式、直喂式和橫向喂入式等不同原理的剝麻裝備。人力反拉式剝麻機(jī)依靠手工將苧麻莖稈喂入和反向抽出剝麻滾筒的方式依次實(shí)現(xiàn)苧麻基部和稍部的纖維剝制，該類(lèi)機(jī)型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剝麻質(zhì)量較好，但勞動(dòng)強(qiáng)度較大，工作效率較低[10-12]；直喂式剝麻機(jī)采用多組對(duì)輥式剝麻滾筒對(duì)苧麻莖稈進(jìn)行夾持、破碎、揉搓及刮打作用實(shí)現(xiàn)苧麻纖維剝制，該類(lèi)機(jī)型操作簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度低，但易出現(xiàn)滾筒纏麻和“鼠尾”現(xiàn)象[13-14]；橫向喂入式剝麻機(jī)將苧麻莖稈橫向喂入剝麻裝置進(jìn)行持續(xù)刮打作用實(shí)現(xiàn)苧麻基部和稍部端纖維的分段剝制，該類(lèi)機(jī)型操作簡(jiǎn)單，剝麻工效高，但存在著剝麻質(zhì)量不穩(wěn)定、裝置大型化等技術(shù)難點(diǎn)[15]。因而在實(shí)際生產(chǎn)中使用的機(jī)型少之又少，且多為人力反拉式剝麻機(jī)[16-21]。人力反拉式剝麻機(jī)的剝麻質(zhì)量基本滿足紡織企業(yè)的生產(chǎn)要求，但面對(duì)苧麻多種植于丘陵山區(qū)且種植戶較分散的現(xiàn)狀，該類(lèi)機(jī)型雖小巧但仍略顯笨重，在崎嶇路面上存在搬運(yùn)或推拉移動(dòng)不便的問(wèn)題。

為此，本文在人力反拉式剝麻技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用整機(jī)動(dòng)力部分與剝麻部分可快速拆卸組裝的方式，設(shè)計(jì)了一款輕便小巧的單滾筒反拉式剝麻機(jī)。通過(guò)對(duì)關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定影響剝麻質(zhì)量的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)。建立作業(yè)參數(shù)與剝麻質(zhì)量指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用響應(yīng)曲面試驗(yàn)優(yōu)化方法對(duì)剝麻機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，獲取最佳作業(yè)參數(shù)組合，以期有效提高剝麻質(zhì)量，滿足剝麻機(jī)山區(qū)搬運(yùn)便捷的需求。

1 總體結(jié)構(gòu)與主要技術(shù)指標(biāo)

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

山地剝麻機(jī)主要由喂料裝置、剝麻裝置、汽油機(jī)和機(jī)架等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，喂料裝置由喂料斗和傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成，剝麻裝置由剝麻滾筒、凹板和間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成。

山地剝麻機(jī)工作時(shí)，由操作者雙手握住苧麻莖稈基部，將梢部從喂料斗送入剝麻滾筒與凹板之間的間隙，隨后反向回拉苧麻莖稈，在高速旋轉(zhuǎn)的剝麻滾筒的連續(xù)刮打作用下，將麻骨和麻殼擊成碎屑拋出，完成梢部的剝制，然后手握苧麻莖稈已剝部分，將基部送入再抽出，完成基部的剝制，至此完成一次苧麻剝制過(guò)程。在剝麻機(jī)搬運(yùn)過(guò)程中，先通過(guò)拆卸分體式機(jī)架，實(shí)現(xiàn)整機(jī)動(dòng)力部分與剝麻部分快速分離，然后再將兩部分搬至剝麻場(chǎng)地，最后組裝分體式機(jī)架，即完成了剝麻機(jī)山區(qū)轉(zhuǎn)移。

圖1 山地剝麻機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1 Structure diagram of mountainous ramie decorticator1.導(dǎo)渣板 2.凹板 3.喂料斗 4.剝麻滾筒 5.間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 6.分體式機(jī)架 7.動(dòng)力及傳動(dòng)裝置

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)苧麻纖維剝制質(zhì)量要求的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7699—1999[22]和湖南省地方標(biāo)準(zhǔn)DB 43/T 251—2004[23]，檢測(cè)并確定山地剝麻機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 樣機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)Tab. 1 Main technical indicators of prototype

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與參數(shù)分析

2.1 纖維剝制過(guò)程受力分析

苧麻莖稈進(jìn)入剝麻滾筒與凹板之間間隙時(shí)受力分析如圖2所示。在實(shí)際喂料過(guò)程中，一般將苧麻莖稈緊貼喂料斗底板送入剝麻滾筒與凹板之間的間隙，故纖維剝制時(shí)苧麻莖稈受到滾筒拉力T、凹板摩擦力Ff1、凹板法向支持力FN、運(yùn)動(dòng)慣性力FI以及人手拉力F。

纖維剝制時(shí)，要保證苧麻莖稈不脫手，需要滿足以下關(guān)系。

(1)

式中：α——喂料斗傾角(苧麻莖稈喂入角度)，(°)；

β——凹板喂麻端法線與水平線之間夾角，(°)。

圖2 剝麻受力示意圖Fig. 2 Force diagram of ramie fiber stripping1.刮麻板旋轉(zhuǎn)外圓 2.凹板 3.苧麻莖稈

由式(1)可知，纖維剝制過(guò)程中，人手拉力F主要由滾筒對(duì)苧麻莖稈的拉力T、凹板對(duì)苧麻莖稈的摩擦力Ff1、喂料斗傾角α以及凹板前端法線與水平線之間夾角β決定。且當(dāng)α+β=90°時(shí)，人手拉力F最小。綜合考慮整機(jī)布局、纖維剝制效果、喂麻安全性及舒適度等因素，設(shè)計(jì)了喂料斗傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以便合理調(diào)整喂料斗傾角α，試制樣機(jī)并開(kāi)展臺(tái)架試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果表明：在滿足α+β=90°的前提下，喂料斗傾角α改變對(duì)人手拉力F的大小幾乎無(wú)影響，但喂料斗傾角α增至30°時(shí)，苧麻莖稈傾斜程度大，喂入時(shí)人手需保持上抬姿勢(shì)，長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)將大幅增加勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，設(shè)計(jì)喂料斗傾角α為30°。

2.2 分體式機(jī)架

山地剝麻機(jī)整機(jī)雖質(zhì)量輕、尺寸小，但在山區(qū)田間的崎嶇路面上，由一人搬運(yùn)時(shí)仍十分不便，而兩人一起搬運(yùn)又存在配合難的問(wèn)題。為此，設(shè)計(jì)了分體式機(jī)架(圖3)。

圖3 分體式機(jī)架示意圖Fig. 3 Force diagram of separated-type frame1.滾筒架 2.螺栓螺母 3.動(dòng)力架

機(jī)架通過(guò)螺栓螺母將動(dòng)力架與滾筒架相連，保證山地剝麻機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行；而在山地剝麻機(jī)搬運(yùn)過(guò)程中，通過(guò)拆卸螺栓螺母，將整機(jī)快速分解為質(zhì)量更輕、尺寸更小的動(dòng)力部分和剝麻部分，由兩人分別將動(dòng)力部分、剝麻部分搬運(yùn)至剝麻場(chǎng)地。

2.3 剝麻裝置

剝麻裝置由剝麻滾筒、剝麻支撐件、間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。其中，剝麻滾筒主要由刮麻板、滾筒軸、支撐盤(pán)、滾筒側(cè)板及防纏套等組成；剝麻支撐件主要由凹板、凹板支撐軸I、凹板支撐軸II、調(diào)節(jié)桿、調(diào)節(jié)螺栓和固定螺母等組成。為防止?jié)L筒纏麻，設(shè)計(jì)滾筒側(cè)板外徑大于刮麻板外側(cè)的旋轉(zhuǎn)半徑，防止纖維從兩側(cè)脫落；防纏套一端向支撐盤(pán)內(nèi)側(cè)延伸，對(duì)容易纏繞的滾筒軸進(jìn)行隔離；凹板位于剝麻滾筒下方，使剝制后纖維因自重遠(yuǎn)離剝麻滾筒，減少纏麻的可能性。

圖4 剝麻裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 4 Structural diagram of fiber decorticating device1.凹板支撐軸Ⅰ 2.凹板 3.支撐盤(pán) 4.刮麻板 5.滾筒側(cè)板 6.防纏套 7.凹板支撐軸Ⅱ 8.固定螺母 9.調(diào)節(jié)桿 10.調(diào)節(jié)螺栓 11.滾筒軸

剝麻裝置作業(yè)參數(shù)直接影響剝麻質(zhì)量，其作業(yè)參數(shù)主要包括滾筒直徑D、滾筒轉(zhuǎn)速n、刮麻板數(shù)量x、凹板圓心角θ和剝麻間隙s。研究發(fā)現(xiàn)[24-26]：滾筒直徑大小影響整機(jī)功耗及滾筒纏麻，滾筒轉(zhuǎn)速、刮麻板數(shù)量、凹板圓心角和剝麻間隙不同通過(guò)影響剝麻滾筒對(duì)纖維的打擊力和打擊次數(shù)進(jìn)而影響纖維含雜率及鮮莖出麻率。

2.3.1 剝麻滾筒直徑與刮麻板數(shù)量

若剝麻滾筒直徑過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致整機(jī)尺寸及功耗增大，若滾筒直徑過(guò)小，纖維易纏繞在滾筒上，影響機(jī)器性能。結(jié)合剝麻滾筒與凹板配合不易纏麻的特點(diǎn)并參考4BZ-400型苧麻剝麻機(jī)[24]，選取滾筒直徑為300 mm，刮麻板數(shù)量為12塊。

2.3.2 剝麻滾筒轉(zhuǎn)速

若剝麻滾筒轉(zhuǎn)速(線速度)越大，苧麻莖稈受到的打擊力和打擊次數(shù)增大，能夠更充分擊碎麻骨，降低纖維含雜率；但剝麻滾筒轉(zhuǎn)速(線速度)過(guò)大，部分苧麻纖維被打斷并隨麻骨排出進(jìn)而降低鮮莖出麻率。根據(jù)文獻(xiàn)[24]，當(dāng)剝麻滾筒線速度為12.56～16.75 m/s，即剝麻滾筒轉(zhuǎn)速為800～1 066 r/min時(shí)，剝麻效果最佳。本文設(shè)計(jì)的剝麻裝置與文獻(xiàn)[24]中的剝麻裝置作業(yè)原理相近，因此樣機(jī)剝麻滾筒轉(zhuǎn)速(線速度)可參照4BZ-400型苧麻剝麻機(jī)。

2.3.3 凹板圓心角及剝麻間隙

凹板圓心角直接影響剝麻區(qū)域有效范圍，凹板圓心角越大，剝麻區(qū)域有效范圍越大，苧麻莖稈受到的打擊頻率越大，可更有效地剔除麻骨，但加強(qiáng)剝麻滾筒對(duì)纖維的拉力，增加勞動(dòng)強(qiáng)度。剝麻間隙為凹板內(nèi)壁與刮麻板旋轉(zhuǎn)外圓之間的間隙，其大小是影響鮮莖出麻率和纖維含雜率的主要因素，若剝麻間隙過(guò)小，剝麻滾筒對(duì)纖維的刮削作用明顯，鮮莖出麻率降低，若剝麻間隙過(guò)大，凹板的支撐效果不佳，剝麻滾筒對(duì)纖維的打擊力不足，纖維含雜率增加。因此，設(shè)計(jì)可調(diào)剝麻間隙的凹板，通過(guò)鉸接凹板喂麻端，由間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)推動(dòng)凹板出麻端在滑動(dòng)槽內(nèi)移動(dòng)，進(jìn)而保證喂麻端苧麻莖稈的有效剝制效果，同時(shí)對(duì)剝麻間隙進(jìn)行合理的調(diào)整，其調(diào)節(jié)過(guò)程如圖5所示。

圖5 剝麻間隙調(diào)節(jié)示意圖Fig. 5 Structural diagram of decorticating clearance adjustment1.滑動(dòng)槽 2.凹板位置Ⅱ 3.凹板位置Ⅰ 4.喂麻端鉸接點(diǎn)

綜上所述，鮮莖出麻率和纖維含雜率是決定剝麻裝置的關(guān)鍵性指標(biāo)，其大小受到多個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)綜合影響。若能通過(guò)試驗(yàn)研究對(duì)滾筒轉(zhuǎn)速n、凹板圓心角θ、剝麻間隙s進(jìn)行合理的調(diào)整，從而得到鮮莖出麻率和纖維含雜率的最優(yōu)工作參數(shù)組合，即可在極大程度提高整機(jī)性能。

3 剝麻性能試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)對(duì)象為中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類(lèi)研究所國(guó)家種質(zhì)長(zhǎng)沙苧麻圃種植的“中苧1號(hào)”，12年齡的頭麻。通過(guò)人工將田間苧麻齊地切割并去葉，經(jīng)檢測(cè)，試驗(yàn)用苧麻莖稈平均長(zhǎng)度為1 860～2 010 mm，莖稈距基端10 cm處直徑為13.22～14.84 mm。

試驗(yàn)用主要儀器設(shè)備：凹板式山地剝麻機(jī)，TC20K-HB電子秤(量程20 kg，精度0.1 g)，XMA-600電熱鼓風(fēng)干燥箱，游標(biāo)卡尺，卷尺，秒表等。

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)及影響因素

3.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)及測(cè)試方法

根據(jù)DB 43/T 251—2004《苧麻剝麻機(jī)技術(shù)條件》和GB/T 7699—1999《苧麻》，結(jié)合樣機(jī)實(shí)際作業(yè)情況確定剝麻機(jī)的工作性能由鮮莖出麻率和纖維含雜率的大小來(lái)評(píng)價(jià)。

(2)

(3)

(4)

式中：Z——鮮莖出麻率，%；

Wr——含水率14%的苧麻纖維質(zhì)量，kg；

Wj——去葉后的苧麻莖稈質(zhì)量，kg；

I——纖維含雜率，%；

W1——纖維試樣質(zhì)量，g；

W2——纖維試樣除雜后質(zhì)量(清理纖維上的麻骨、麻屑、麻葉等)，g；

E——樣機(jī)生產(chǎn)率，kg/h；

t——?jiǎng)兟闀r(shí)間，h。

3.2.2 影響因素及取值范圍

根據(jù)上述分析及前期試驗(yàn)可知，滾筒轉(zhuǎn)速n、凹板圓心角θ和剝麻間隙s是影響鮮莖出麻率和纖維含雜率的剝麻機(jī)關(guān)鍵性參數(shù)。

根據(jù)剝麻裝置作業(yè)原理及前期試驗(yàn)研究結(jié)果，確定滾筒轉(zhuǎn)速n的取值范圍為800～1 100 r/min；當(dāng)凹板圓心角θ小于30°(刮麻板安裝間隔角度)時(shí)，刮麻板與凹板之間剝麻區(qū)域有效范圍小導(dǎo)致苧麻莖稈剝制不凈的現(xiàn)象，當(dāng)凹板圓心角θ大于50°時(shí)，剝麻區(qū)域有效范圍過(guò)大導(dǎo)致人工反拉更費(fèi)力的現(xiàn)象，因此凹板圓心角θ的取值范圍為30°～50°；當(dāng)剝麻間隙小于1 mm時(shí)，剝麻滾筒對(duì)纖維的刮削作用明顯導(dǎo)致纖維易打斷現(xiàn)象，當(dāng)剝麻間隙大于3 mm時(shí)，剝麻滾筒對(duì)纖維的打擊效果不佳導(dǎo)致纖維剝制不凈的問(wèn)題，因此剝麻間隙s的取值范圍為1～3 mm。

3.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取滾筒轉(zhuǎn)速、凹板圓心角和剝麻間隙作為試驗(yàn)因素，以鮮莖出麻率和纖維含雜率作為試驗(yàn)指標(biāo)。其中，為保證苧麻纖維剝制效果，滾筒轉(zhuǎn)速的試驗(yàn)水平值設(shè)計(jì)為800 r/min、950 r/min和1 100 r/min，凹板圓心角的試驗(yàn)水平值設(shè)計(jì)為30°、40°和50°，剝麻間隙的試驗(yàn)水平值設(shè)計(jì)為1 mm、2 mm和3 mm，試驗(yàn)因素水平如表2所示。采用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行苧麻剝麻試驗(yàn)，研究滾筒轉(zhuǎn)速、凹板圓心角和剝麻間隙對(duì)苧麻纖維剝制的影響規(guī)律。

表2 因素水平表Tab. 2 Level codingTable

采用Design Expert軟件的優(yōu)化模塊求解得出剝麻機(jī)的最優(yōu)參數(shù)組合，根據(jù)因素水平表確定的試驗(yàn)方法及步驟進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，每次試驗(yàn)剝制20 kg苧麻莖稈，重復(fù)3次試驗(yàn)，取3次試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果的平均值記為試驗(yàn)結(jié)果。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.4.1 試驗(yàn)結(jié)果

將所有17組試驗(yàn)方案得到的鮮莖出麻率和纖維含雜率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)記錄，最終得到優(yōu)化試驗(yàn)的結(jié)果如表3所示。

3.4.2 回歸模型建立與顯著性分析

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸擬合，分別建立鮮莖出麻率Y1、纖維含雜率Y2與各試驗(yàn)因素之間的回歸模型，剔除不顯著項(xiàng)，得到回歸方程，如式(5)所示。

(5)

基于方差分析的回歸方程顯著性檢驗(yàn)如表4所示。由表4可知，鮮莖出麻率、纖維含雜率的模型P值分別為P<0.000 1、P=0.000 4，均小于0.01，模型擬合度極顯著，說(shuō)明該模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；失擬項(xiàng)P值分別為P=0.996 3、P=0.697 2，均大于0.05，模型失擬項(xiàng)不顯著，說(shuō)明無(wú)失擬因素存在，可用該回歸方程替代真實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行結(jié)果分析。另外，由表4中F值的大小可知，各因素之間的獨(dú)立及交互作用都會(huì)對(duì)響應(yīng)值產(chǎn)生影響，各因素對(duì)鮮莖出麻率的顯著性順序?yàn)閟>s2>θ>n>n2>θ2>θs>nθ>ns；各因素對(duì)纖維含雜率的顯著性順序?yàn)閟>n>n2>θ>s2>ns>nθ>θs>θ2。

表3 試驗(yàn)方案與結(jié)果Tab. 3 Experimental design and results

3.4.3 響應(yīng)面分析

凹板圓心角與剝麻間隙對(duì)鮮莖出麻率的響應(yīng)曲面圖如圖6所示。由圖6可知，凹板圓心角與剝麻間隙對(duì)鮮莖出麻率的影響呈非線性變化，隨著凹板圓心角和剝麻間隙的增大，鮮莖出麻率呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)凹板圓心角為40°、剝麻間隙為2 mm時(shí)(此時(shí)滾筒轉(zhuǎn)速為956 r/min)，鮮莖出麻率可達(dá)到最大值4.7%。

滾筒轉(zhuǎn)速與剝麻間隙對(duì)纖維含雜率的響應(yīng)曲面圖如圖7所示。由圖7可知，滾筒轉(zhuǎn)速與剝麻間隙對(duì)鮮莖出麻率的影響呈非線性變化，隨著滾筒轉(zhuǎn)速的增大，纖維含雜率呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)；隨著剝麻間隙的增大，纖維含雜率呈現(xiàn)出逐步減小的趨勢(shì)。當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速為950 r/min、剝麻間隙為2 mm時(shí)(此時(shí)凹板圓心角為40°)，纖維含雜率可達(dá)到最小值0.9%。

表4 二次多項(xiàng)式模型方差分析Tab. 4 ANOVA of quadratic polynomial model

圖6 凹板圓心角與剝麻間隙的響應(yīng)曲面Fig. 6 Response surface of central angle of concave plate and decorticating clearance

圖7 滾筒轉(zhuǎn)速與剝麻間隙的響應(yīng)曲面Fig. 7 Response surface of drum speed and decorticating clearance

3.4.4 參數(shù)優(yōu)化及試驗(yàn)驗(yàn)證

為獲得山地剝麻機(jī)的最佳作業(yè)參數(shù)組成，運(yùn)用軟件的Optimization功能，以鮮莖出麻率最高、纖維含雜率最低為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)2個(gè)回歸模型進(jìn)行優(yōu)化求解。建立目標(biāo)函數(shù)與各參數(shù)變量的約束條件如式(6)所示。

(6)

根據(jù)約束條件對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解，得到山地剝麻機(jī)的最優(yōu)作業(yè)參數(shù)組合：滾筒轉(zhuǎn)速956.02 r/min、凹板圓心角38.18°及剝麻間隙1.95 mm，對(duì)優(yōu)化后的作業(yè)參數(shù)進(jìn)行取整處理：滾筒轉(zhuǎn)速956 r/min、凹板圓心角38°及剝麻間隙2 mm，此作業(yè)參數(shù)組合下剝麻機(jī)的鮮莖出麻率4.6%、原麻含雜率1%。

表5 參數(shù)優(yōu)化組合試驗(yàn)結(jié)果Tab. 5 Experimental results of parameter optimization combination

為了測(cè)試優(yōu)化后剝麻機(jī)的工作性能，選擇優(yōu)化試驗(yàn)中同批次同處理的苧麻莖稈50 kg，進(jìn)行剝麻試驗(yàn)并測(cè)定樣機(jī)生產(chǎn)率。為消除隨機(jī)誤差，進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，取3次試驗(yàn)結(jié)果的平均值，得到試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。驗(yàn)證試驗(yàn)測(cè)得樣機(jī)生產(chǎn)率為11.6 kg/h，同時(shí)鮮莖出麻率為4.48%，纖維含雜率為1.03%，評(píng)價(jià)指標(biāo)與其模型預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差分別為2.6%和3%，均小于5%，表明模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確可靠。試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，山地剝麻機(jī)滿足湖南省地方標(biāo)準(zhǔn)鮮莖出麻率≥4.0%，纖維含雜率≤1.5%的要求，剝制纖維質(zhì)量達(dá)到二等機(jī)剝苧麻要求，滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

4 結(jié)論

為滿足剝麻機(jī)械山區(qū)搬運(yùn)便捷的需要，通過(guò)優(yōu)化整機(jī)布局，在人力反拉式剝麻技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用單剝麻滾筒與凹板間隙可調(diào)的配合方式，極大程度上減輕了剝麻機(jī)的整機(jī)質(zhì)量，并通過(guò)分體式機(jī)架實(shí)現(xiàn)整機(jī)的快速拆卸為質(zhì)量更輕、尺寸更小的動(dòng)力部分和剝麻部分，實(shí)現(xiàn)了剝麻機(jī)械山區(qū)搬運(yùn)便捷的需要。

1) 試制剝麻機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)，確定滾筒直徑為300 mm、刮麻板數(shù)量為12塊，并以滾筒轉(zhuǎn)速、凹板圓心角和剝麻間隙為3個(gè)試驗(yàn)因素，以鮮莖出麻率和纖維含雜率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了剝麻機(jī)的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用P值檢驗(yàn)得到了各因素對(duì)鮮莖出麻率影響程度的高低順序?yàn)閯兟殚g隙、凹板圓心角、滾筒轉(zhuǎn)速；各因素對(duì)纖維含雜率影響程度的高低順序?yàn)閯兟殚g隙度、滾筒轉(zhuǎn)速、凹板圓心角。

2) 運(yùn)用Design-Expert軟件的Optimization工具進(jìn)行參數(shù)組合尋優(yōu)，得到的最優(yōu)作業(yè)參數(shù)組合為滾筒轉(zhuǎn)速956 r/min、凹板圓心角38°及剝麻間隙2 mm，此時(shí)鮮莖出麻率4.6%、原麻含雜率1%?；趦?yōu)化參數(shù)進(jìn)行剝麻驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：山地剝麻機(jī)的鮮莖出麻率為4.48%，纖維含雜率為1.03%，樣機(jī)生產(chǎn)率為11.6 kg/h，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，剝制纖維質(zhì)量達(dá)到二等機(jī)剝苧麻要求，滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。