苧麻纖維初加工機械化技術創(chuàng)新研究與試驗

咸寧市農(nóng)科院農(nóng)機研究所 饒崇明 饒正良

0 引言

苧麻俗稱“中國草”，是我國的傳統(tǒng)特色經(jīng)濟作物，苧麻纖維號稱“天然纖維之王”，作為紡織原料在我國有近5000年的歷史。咸寧市是全國三大苧麻產(chǎn)區(qū)之一，譽稱“苧麻之鄉(xiāng)”，苧麻產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為全市經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)，也是發(fā)展?jié)摿^大的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。

苧麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展不起來只因收獲加工太困難。為了破解制約苧麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機械化收獲加工技術難題，為苧麻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供科技支撐，農(nóng)機研究所從2003年起把苧麻收獲加工機械化技術的研究作為科技創(chuàng)新的重點，產(chǎn)學研推結合，從分析現(xiàn)有機械化技術和苧麻莖稈機械物理特性入手，經(jīng)過10年的研究試驗，完成了從手工工具到聯(lián)合收獲機多種收獲方式的一系列機械化技術創(chuàng)新，包括技術方案、專利技術、設計圖紙、實體樣機、研究報告、技術標準、科技論文等。

1 主要科技創(chuàng)新

1.1 新型人力反拉式——6TM－20型兩用脫麻及手工工具——皮骨雙脫器技術

圖1 兩用脫麻機整機圖

6TM20型兩用脫麻機見圖1。是將收割后的鮮麻稈脫去麻骨表皮和部分膠質(zhì)或?qū)冎频孽r麻皮脫去表皮和部分膠質(zhì)的苧麻纖維初加工機械，由動力（4）、機架（5）、皮帶及齒輪機構（3）、一對脫麻滾筒（2）、帶兩個喂麻口的罩蓋（1）組成。一對脫麻滾筒相互咬合，反向旋轉(zhuǎn)，滾筒葉片在圓周上軸向均布，焊接結構，下滾葉片兩端裝有比滾筒外徑大的撐盤，防止麻從滾筒兩端滑落纏繞軸及軸承，罩蓋和喂入口組成一個整體，設有掛麻桿插入管，水平和垂直兩個喂麻口，水平喂麻口設有封蓋并附漏斗，喂麻口為扁形，握拳的手進不去。本技術與國內(nèi)同類技術相比有如下優(yōu)點：安全性能好、操作使用簡單、出麻質(zhì)量高；既能脫麻稈，又能脫麻皮，能滿足剝麻和割剝麻輪作的農(nóng)藝要求；機具結構緊湊、簡單、造價低、調(diào)整方便、有座式和立式（座式安裝在人力板車上移動方便）供麻農(nóng)選購。

圖2 便攜式皮骨雙脫脫麻器示意圖

便攜式皮骨雙脫脫麻器見圖2。由安裝底板（1）、支架（2）、皮骨雙脫器（3）組成。皮骨雙脫器由帶破稈尖頂?shù)拈T形雙面動刀（3.1）、左右兩把定刀（3.2）和定位器（3.3）及壓麻器（3.4）組成。操作者將麻稈放入定位器上腳踩踏板將麻稈壓入（將麻稈折斷從折斷處容易壓入）或不用壓麻器，將麻稈折斷，從折斷處將麻稈直接壓入，握住麻稈往后拉，掉頭放入握纖維往后拉即完成一根麻稈的剝制得到麻纖維，工效是現(xiàn)行刮麻器的1.5倍，適合山區(qū)小面積個體麻農(nóng)使用。

1.2 直喂式苧麻三脫機和A型苧麻三脫機技術

苧麻三脫機見圖3。由機架（1）、動力（2）、傳動裝置（皮帶及齒輪傳動）（3）、帶分麻器的工作臺（4）、帶刮刀的剖展裝置（5）、帶斬刀的喂入滾筒（6）、脫麻滾筒（7）、刮皮分離滾筒（8）、反拉滾筒（9）、輸導清理滾筒（10）、集麻架（11）、護罩（12）組成。鮮麻稈在分麻器的引導和喂入滾筒的牽引下進入剖展裝置，麻稈底部被剖刀縱向割開，在繼續(xù)送進中被展麻三角塊展開，進入喂麻滾筒后將麻稈展壓成麻骨朝下的帶狀，帶斬刀的下滾將麻骨斬成小段，以利分離，幾對脫麻滾筒為葉片滾筒，上滾刮青皮，下滾脫麻骨，反拉滾筒是一對光滾，將麻稈尾部快速從脫麻滾筒拉出，解決鼠尾問題并擠壓膠質(zhì)。輸導清理滾筒將纖維輸導清理后拋搭在集麻架上。

圖3 苧麻三脫機整機圖

A型苧麻三脫機見圖4。由帶分麻器的工作臺（4），剖展裝置（6），喂入脫膠滾筒（7），反向脫麻裝置（8），反拉脫膠滾筒（9），正向脫麻滾筒（10）和控制箱（5）等組成。整個脫麻過程是先將麻骨剖展成麻骨朝下的麻帶，喂入、反拉滾筒與正向、反向脫麻滾筒配合，分別脫梢部及基部的麻骨和表皮，同時擠壓出膠質(zhì)。反向脫麻滾筒安裝在擺架上，用螺旋拉伸彈簧保持常開和復位，用光電開關做傳感器，用電磁鐵做執(zhí)行元件，用鋼絲繩牽引。當麻帶進入反拉（脫膠）滾筒、正向脫麻滾筒后或麻桿剩下200mm時，自動控制裝置將反向脫麻滾筒閉合，加工尾部。反拉滾筒的表層是用摩擦系數(shù)大、彈性好的橡膠材料制成，既能通過尚未脫去皮骨的麻帶，又能夾住纖維拉出，脫去尾部，解決鼠尾問題，并進一步擠壓膠質(zhì)，提高三脫質(zhì)量。

圖4 A型苧麻三脫機整機圖

本項目研制的直喂式脫麻機解決了現(xiàn)行用于生產(chǎn)的人力反拉式簡易剝麻機需人工手持兩次喂入剝麻，勞動強度大，安全性能差，生產(chǎn)效率低的問題，是現(xiàn)行人力反拉式剝麻機的換代機型，與21世紀后有關單位研制的直喂式機型相比，設計發(fā)明了能將麻稈割展成麻帶的剖展裝置，從原理上解決了“鼠尾”問題。

1.3 一次喂入式雙向自動脫麻與雙向自動高效脫麻機械化技術與設備

雙向自動脫麻機見圖5和圖6。由動力及機械傳動系統(tǒng)（1）、液壓系統(tǒng)（2）、機架（3）、橫向集束喂麻臺（5.1）和縱向夾持喂麻機構（5.2）組成的雙向自動喂麻裝置（5）與設置在左右兩端的兩套脫麻裝置（4和6）機械連接而成。橫向集束喂麻臺的撥爪（5.1.2）將麻稈集成一束一束的麻把送到縱向喂麻槽中，在托收機構的配合下，麻稈手夾持麻稈，纖維手夾持纖維，分別送入兩端的脫麻裝置加工麻稈的梢部和基部，將加工好的麻纖維放掛在集麻架上。兩套脫麻裝置均由一對葉片滾筒和一對擠壓光滾組成。擠壓滾設置在入出口處，麻稈喂入時開啟，反向拉出纖維時壓緊滾壓出纖維內(nèi)的膠質(zhì)。機電液結合，機械手的工作及脫膠采用液壓傳動，其余為機械傳動，液壓的動作由電磁換向閥控制，電磁閥由行程開關控制。本項技術既省去了刮麻器需人工田間剝麻的工序，又解決了人力反拉式剝麻機勞動強度大不安全的問題，還克服了現(xiàn)行研制的直喂式剝麻機皮骨分離不清，纏麻鼠尾嚴重的不足，具有自動化程度高，安全性能好，原麻質(zhì)量好的顯著特點。

圖5 雙向自動脫麻機整機構造示意圖

圖6 雙向自動脫麻機喂麻裝置構造示意圖

雙向自動高效脫麻機見圖7。是針對上述雙向自動脫麻樣機試驗中發(fā)現(xiàn)的問題為提高工作可靠性和生產(chǎn)效率改進設計的：一是將撥指鏈橫向集束交兩機械手縱向喂入拉出，改為夾持鏈橫向夾持喂入，夾持帶夾持纖維橫向喂入加工完中部后縱向拉出，由卸麻撥指鏈將纖維卸入集麻箱中；二是將兩套脫麻裝置加長，且一長一短，將平行設置改為人字型設置，并在尾端設置帶擠刮器的擋麻銷，阻止纖維沿滾筒軸線移動，夾持機構將纖維繞擋麻銷反向拉出，兩套脫麻裝置連續(xù)脫麻；三是在麻稈夾持鏈和纖維夾持帶的交接處設置纖維梳理機構；四是省去了液壓系統(tǒng)及控制元件全部采用機械傳動。麻稈由夾持鏈夾持橫向喂入，兩套脫麻機構雙向脫麻，一套脫基部，一套脫梢部，基部纖維拉出經(jīng)梳理后由纖維夾持帶夾持脫完中部后縱向拉出。雙向自動高效脫麻機首創(chuàng)脫麻機新結構、新原理，主要創(chuàng)新點：一是橫向連續(xù)喂入雙向自動脫麻，生產(chǎn)效率高，預計是現(xiàn)行刮麻器的100倍，動力剝麻機的20倍；二是既可場上固定作業(yè)實現(xiàn)集中加工，又是苧麻聯(lián)合收獲機的關鍵核心部件與割麻機配套，田間移動作業(yè)實現(xiàn)聯(lián)合收獲。

1.4 苧麻聯(lián)合收獲機械化技術與設備

苧麻聯(lián)合收獲機見圖8。創(chuàng)造性關鍵技術是割脫聯(lián)合一次性連續(xù)完成割麻和脫麻，直接得到苧麻纖維的聯(lián)合收獲技術。設備由立式割臺（1）、中間輸送裝置（3）、雙向自動脫麻機（4）、集麻倉（5）等專用部件和底盤（包括動力及傳動裝置（6）、操作控制機構（2）、行走裝置（7））組成。割臺配置在正前方，脫麻機配置在后上方，割臺和脫麻機通過配置在一側(cè)的中間輸送裝置連接，三者呈匚型配置。底盤部分與半喂入式稻麥聯(lián)合收獲機通用，換上谷物輸送、脫粒及清選裝置即成谷物聯(lián)合收獲機，實現(xiàn)一機多用。脫麻采用自動高效的雙向脫麻機見圖7，是本機的關鍵核心部件；割臺為立式割臺，由分麻器、扶麻器、撥麻星輪、切割器和側(cè)向輸送器組成，中間輸送裝置為側(cè)面旋轉(zhuǎn)輸送裝置，由下夾持輸送鏈和中上撥指輸送鏈組成。三道輸送鏈傾斜安裝，前后兩端分別與割臺輸送鏈和脫麻機喂麻夾持鏈銜接。效率預計是人工的100倍，現(xiàn)行機械的20倍左右，每小時收獲4～6畝（1hm2＝15畝），填補了苧麻聯(lián)合收獲機空白。

圖8 苧麻聯(lián)合收獲機整機示意圖

2 推廣、應用情況

2.1 6TM20型兩用脫麻機的推廣情況

該機是本項技術研究轉(zhuǎn)化的第一個專利技術產(chǎn)品，安全性能好、造價低，既能脫麻稈，又能脫麻皮，能滿足麻農(nóng)剮剝麻皮（認為苧麻不宜砍割）或割剝輪作的農(nóng)藝要求。2005年通過推廣鑒定后列國家支持目錄和湖北省購補目錄推廣應用。當年推廣30臺，2006～2007年包括委托恒達農(nóng)機修造廠和咸寧市長榮機械廠生產(chǎn)銷售在內(nèi)300臺。在麻價下跌，工價上漲，用刮麻器不合算，用簡易脫麻機也不合算的情況下，棄麻、毀麻的事情已經(jīng)發(fā)生，從而嚴重影響簡易打麻機的推廣。因為農(nóng)業(yè)機械化是農(nóng)業(yè)工程技術與農(nóng)業(yè)生物技術相結合，并取得高于人畜力的經(jīng)濟效益和社會平均效益的過程，即農(nóng)機化＝（農(nóng)機＋農(nóng)藝）×經(jīng)濟效益。

2.2 高端產(chǎn)品尚未開發(fā)轉(zhuǎn)化應用的原因

農(nóng)業(yè)機械不同于其它機械，受土壤、作物、農(nóng)藝諸多因素制約。特別是苧麻纖維收獲加工機械既要剝外面的皮，又要吐里面的骨，還需擠出纖維中的膠質(zhì)，難度比較大。麻機即麻煩之機，從理論到實踐，從研究到應用有一個試制試驗改進的循環(huán)過程，美國的采棉機花了100多年，日本的插秧機也花了80年。咸寧市農(nóng)機所主持開展這項工作，由于投入不足，項目進展受到嚴重影響，高效脫麻機和苧麻聯(lián)合收獲機的技術方案在2008年初就已基本形成，由于資金短缺，未能開展樣機研制試驗。2012年南京農(nóng)機所答應出錢做樣機后才設計出自動高效脫麻機樣機圖紙，交給南京農(nóng)機所試制。

2.3 應用前景分析

2.3.1 客觀需求分析

減輕勞動強度，緩解季節(jié)性勞力不足，保證原麻質(zhì)量，增加麻農(nóng)收入，實現(xiàn)品種改良，減少脫膠污染和成本，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化等客觀上都對苧麻收獲加工機械化提出了迫切要求。特別是在當今苧麻產(chǎn)品還主要依賴外銷，受制于人，受國際金融危機的影響麻價下降而工價上漲的情況下，只有用自動高效的脫麻機直至苧麻聯(lián)合收獲機，才能大幅度提高植麻的比較效益，從而保護麻農(nóng)種麻積極性，保持苧麻國寶，挽救苧麻紡織，發(fā)展苧麻產(chǎn)業(yè)。因為又苦又累，與收入不成比例的生產(chǎn)方式，新一代農(nóng)民是不能接受的。

2.3.2 市場容量分析

從目前我國苧麻種植小面積個體化的現(xiàn)狀看，存在市場容量小的問題，這是目前企業(yè)研發(fā)麻機積極性不高的原因。從長遠看苧麻種植必然向區(qū)域化、良種化、規(guī)模化方向發(fā)展。隨著人們生活水平的提高，返璞歸真，回歸自然，舒適健康等新的消費觀念的興起，將改變依賴出口受制于人的局面，國際、國內(nèi)市場對苧麻紡織品需求會增加，種植面積將擴大；另一方面由于石油資源面臨枯竭導致油價上漲，全球紡織格局中以化纖為支撐的世界紡織原料體系開始動搖，將加大對天然纖維及產(chǎn)品的開發(fā)力度，苧麻紡織將直接受益于這一變化。隨著苧麻產(chǎn)業(yè)的拓展和規(guī)模化生產(chǎn)，苧麻收獲加工機械將成為整個苧麻產(chǎn)業(yè)鏈的新亮點，具有廣闊的市場空間。

3 結語

苧麻是我國的國寶，苧麻收獲加工機械化前承苧麻種植，后啟麻紡加工，是苧麻產(chǎn)業(yè)化的重要組成部分和前提。咸寧市農(nóng)科院經(jīng)10年潛心研究，創(chuàng)建了比較完整的收獲加工機械化技術體系。成果的轉(zhuǎn)化可使植麻農(nóng)民增收，麻紡企業(yè)增效，并可形成機械、人造板、飼料、食用菌等新型產(chǎn)業(yè)，建議政府及有關部門予以支持。

［1］饒正良，李逸悟.發(fā)展苧麻機械化 促進苧麻產(chǎn)業(yè)化.湖北農(nóng)機化，2007（1）：34－36.

［2］饒正良，張小娟，熊常財.200810046933.9苧麻聯(lián)合收獲機工作原理與設計技術.湖北農(nóng)機化，2011（3）：46－48.

［3］ZL200320116014.7苧麻三脫機；ZL200520097450.3兩用脫麻機；ZL200520097451.8A型苧麻三脫機；ZL200720085190.7雙向自動脫麻機專利文獻.