苧麻自動剝麻機設計與試驗

王 瑛，馮 艷，譚冬梅，劉定煒，鄭偉芳，羅 鋼

(江西省農業技術推廣中心，江西 南昌 330006)

0 引言

苧麻在中國是一種特色的經濟作物，在國際上具有很強的市場競爭優勢，它被稱為“中國草”。中國種植歷史悠久，已有4 700多年歷史，種植面積和產量均達世界總數的90%以上，主要種植在長江中上游地區。自古以來，苧麻一直為我國優良的紡織原料，在國際上享有美譽[1-2]。苧麻纖維需要經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的重要環節，其收割和剝麻加工直接影響苧麻纖維紡織品的質量和苧麻種植的經濟效益。

當前，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[3-4]。人工剝麻和簡便刮麻器工作環境差、生產效率低、操作強度高及剝麻成本高，適合散戶農民種植使用。小型反拉式剝麻機采用人工分段給料，兩次反拉，剝離苧麻梢部和基部纖維，輔助剝麻時間長、工作效率低，剝麻工效僅666.7～1 333.3 m2/d，適合小規模種植農戶使用，且存在生產安全性差、操作強度高等問題[5-6]。苧麻收割和剝麻加工成本約占苧麻原麻(粗纖維)產值的50%，嚴重影響苧麻產業的發展。因此，開發一種滿足生產需要的優質高效的苧麻自動剝麻機將對中國苧麻產業的發展、種麻農民工作條件的改善以及種麻經濟效益的提高產生重大影響。

1 總體設計

1.1 方案選擇

國內剝麻機的研究有5種：單滾筒反拉剝麻機、雙滾筒反拉剝麻機、多滾筒直喂剝麻機、仿手工刮剝麻機和橫喂剝麻機[7-8]。單、雙滾筒反拉剝麻機剝麻后的原麻基本能符合苧麻紡織企業生產需求，在生產中有一定推廣使用，適合小規模種植農戶使用；由于全是手工生產、安全性差、操作強度高及工作效率低，不能滿足苧麻規模化種植的機械化剝麻需求[9-10]。多滾筒直喂剝麻機使用方便，可持續喂入苧麻莖稈，安全性好、作業工效高和操作強度低。但是，由于苧麻纖維較長，膠含量較高，容易出現剝麻滾筒纏繞現象，苧麻梢部和基部末端麻骨剝離不干凈，雜質含量高，因此在生產中推廣使用較少。仿手工刮剝麻機的剝麻質量與簡便刮麻器相似，因其間歇作業原理而生產效率低，此外，該型機更受麻莖(或麻皮)規格大小影響，工作可靠性差，間隙調整困難，因此在實際中推廣和使用較少[11-13]。橫喂剝麻機工作效率高，解決了現有小型剝麻機生產效率低、操作強度高等問題，但是，設備龐大，只能在房間內固定剝麻，不適應現場移動剝麻，增加了苧麻的運輸費用，剝麻對苧麻莖稈長度有一定要求，設備價格高，因此，很難在生產中推廣使用[14-15]。

根據苧麻莖稈的物理和機械特性，為了提高苧麻剝麻機效率，降低操作強度，實現苧麻剝麻操作自動化，本設計采用多滾筒直喂剝麻機方案，重點解決剝麻滾筒纏繞、苧麻梢部和基部末端麻骨剝離不干凈、雜質含量高、剝麻效果差等問題。

1.2 總體結構

苧麻自動剝麻機采用多滾筒直喂剝麻機結構，苧麻經壓、刮、打、夾和梳等多道剝麻工序，不需人工反拉剝麻，實現連續剝麻，克服現有多滾筒直喂剝麻機存在的膠含量較高，容易出現剝麻滾筒纏繞現象，以及苧麻梢部和基部末端麻骨剝離不干凈、雜質含量高等缺陷，具有喂料平穩、安全性好、操作強度低、生產率高、剝凈率高和剝麻質量好等特點。該機主要由壓麻輥、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，總體結構如圖1所示。

1.3 工作原理

新鮮苧麻莖稈從進料口送入壓麻輥，經壓麻輥壓扁、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行刮離，從而實現苧麻莖稈末端麻骨和麻皮的分離，麻皮上的膠質被拉麻輥擠壓出來，從而脫除部分膠質。通過拉麻輥的麻皮進入梳麻輥，在梳麻輥進一步刮梳作用下，苧麻皮、骨徹底分離，苧麻纖維進一步梳理，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量，在上壓麻輥、凹板進出端和上拉麻輥都安裝了彈簧，起到間隙自動調節作用，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 苧麻自動剝麻機總體結構Fig.1 Overall structure of ramie automatic stripping machine

2 樣機試驗

設計試制出苧麻自動剝麻機試驗樣機，經過試驗改進完善，苧麻自動剝麻機如圖2所示。

圖2 苧麻自動剝麻機樣機Fig.2 Prototype of ramie automatic stripping machine

2019年10月和2020年6月，在江西省農業機械研究所進行了試驗樣機剝麻試驗，苧麻剝麻效果如圖3所示。試驗苧麻是江西恩達麻世紀公司新余苧麻生產基地的頭麻、二麻，收獲當天將苧麻莖稈運輸至江西省農業機械研究所，次日進行剝麻試驗，苧麻莖稈去葉后的長度為600～2 400 mm，莖稈基部直經10～20 mm，莖稈平均含水率70%～78%。主要儀器設備：苧麻自動剝麻機試驗樣機；迪衡電子秤(量程30 kg，精度0.1 g)；DHG9030A型恒溫干燥箱；秒表、游標卡尺和卷尺等[16-17]。試驗樣機測試性能：裝機功率5.5 kW，原麻生產率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 結論

本苧麻自動剝麻機采用多滾筒直喂剝麻機結構，苧麻經壓、刮、打、夾和梳等多道剝麻工序，不需人工反拉剝麻，實現連續剝麻，該技術已獲得國家專利。通過試驗樣機的設計、試制和試驗，得出以下結論。

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

(2)該機原麻生產率可達58 kg/h，剝麻效率為手工剝麻的20倍以上、當前生產中使用的小型苧麻剝麻機的5倍以上，鮮莖出麻率6.3%，原麻含雜率1.32%，達到二等苧麻纖維標準，剝麻纖維質量滿足苧麻紡織企業要求。

(3)該機具有結構新穎、緊湊、獨特，以及性能良好、進料平穩、操作維護方便等特點，適合廣大苧麻種植專業戶和合作社使用，具有廣闊的市場前景。