4HB—480型黄、红麻剥皮机的研究与试验示范

2013-05-23龙超海吕江南马兰王志军田先明何宏彬刘佳杰

中国麻业科学 2013年2期

龙超海，吕江南，马兰，王志军，田先明，何宏彬，刘佳杰

(1．中国农业科学院麻类研究所，长沙410250;2．湖南省农机化技术推广站，长沙410004)

1 引言

作为一种可再生的天然纤维资源，黄、红麻的应用领域越来越广泛。近年来，黄、红麻除了用来制造传统包装材料之外，还与其他材料混纺，生产合成纤维织品或制成复合板材，在汽车、家具、床上用品以及家庭装饰等领域广泛应用。随着各种新用途的开辟，黄、红麻的收获剥制加工作业已成为阻碍其产业发展的“瓶颈”之一越来越凸显出来。目前，我国黄、红麻的收获作业仍以手工为主，生产工效低、劳动强度大，生产上对机械化收获有着迫切需求。

为此，中国农业科学院麻类研究所开展了黄、红麻剥皮机的研究。已研制出4HB—480型黄、红麻剥皮机样机，该机具有结构紧凑，性能可靠，操作安全，剥皮效率高等特点，方便田间移动或在场地进行黄、红麻剥皮作业，能大大地减轻操作者的劳动强度，剥皮沤麻可减少水源污染，有效改善生产生活环境。

2 研究依据、总体结构与技术参数

2.1 研究依据

黄、红麻是一种韧皮纤维作物，从黄、红麻茎秆的横截面看，它是由一些不同的环状分布组织所构成的，按其不同的物理性质可分为二大部分［1］:一是带有纤维的韧皮层即麻皮;二是木质部与髓，即麻骨。麻皮具有柔软强度和拉伸强度高的特点，但不能承受压力;而麻骨则相反，承受拉伸不及承受压缩。在麻骨与麻皮之间则为强度不大的形成层。根据黄、红麻茎秆物理机械特性的差异，试验表明，采用横向挤压和弯曲便能有效的破坏茎秆皮与骨之间的联系，将麻皮与麻骨分离开来。此为研究黄、红麻剥皮机的依据。

2.2 总体结构与技术参数

2.2.1 总体结构

根据黄、红麻茎秆的物理特性和以往的研究基础，以一对压辊进行辗压、二对剥皮滚筒进行分离的设计方案，进行了第一代样机试验［2］，性能指标基本达到设计要求。在此基础上改进设计了第二代样机，设计了二对压辊和二对剥皮滚筒及麻皮输送装置，样机试验表明，剥皮性能有了明显提高。通过继续优化结构、完善设计，研制出了4HB－480型黄、红麻剥皮机。

4HB－480型黄、红麻剥皮机主要由喂入与夹持压辊、剥皮滚筒、麻皮输送带装置、传动系统、行走装置及机架等组成。具体结构见图1。

图1 4HB－480型黄、红麻剥皮机结构图Fig．1 Structure diagram of jute/kenaf peeling machine 4HB －480

该机首次应用二次碾压、二次分离的多滚筒设计方案。黄红麻剥皮机的剥皮效果主要由分离与梳理两大机构来完成，麻茎首先通过喂入与夹持装置碎茎后再进入剥皮滚筒进行梳理，喂入与夹持装置的碎茎效果好坏对剥皮质量起着十分关键的作用。为了达到理想的碎茎效果，本方案创新性设计了一种差速运动与夹持的喂入机构。即在喂入与夹持机构中设计二对线速度不同、啮合间隙不同的碎茎辊，通过正交试验结果表明，当第二对碎茎辊与第一对碎茎辊的线速度差达到0．29m/s左右时能够保证理想的皮骨初步分离效果，皮骨分离率达到60%左右;同时，二对碎茎辊设计成不同的啮合间隙，且第二对碎茎辊上方安装压力弹簧保证麻茎第二次的充分分离。本方案第一对碎茎辊啮合间隙为6～8mm时，能够保证大小不同的麻茎顺利喂入与碾压，第二对碎茎辊啮合间隙为2～6mm时，在压力弹簧的作用下，既能保证第一次碾压后的麻茎再次分离，又能使第一次未被碾压彻底的麻茎再次揉搓，达到二次分离的效果，为剥皮滚筒对麻骨梳理和麻皮有效分离提供了有力保证。

该机传动系统采用5．5kwY132S－4型三相异步电动机为动力，皮带传动到剥皮滚筒4，再分别采用链传动和带传动，把动力传动到各个工作部件。传动示意图如图2所示。

图2 4HB－480型黄、红麻剥皮机传动示意图Fig．2 Power driven diagram of jute/kenaf peeling machine 4HB －480

2.2.2 主要技术参数

表1 4HB－480型红麻剥皮机的主要技术参数及性能指标Tab．1 Main technical parameters and performance indices of jute/kenaf peeling machine 4HB －480

3 关键部件的设计

3.1 喂料装置

喂料装置由喂料斗及其附件装置组成。喂料斗可以使麻茎顺利进入压辊并支托麻秆。喂料斗由钢板制作。喂料斗口尺寸与机器的工作宽度、生产效率、功率大小、安全性和麻茎能否顺利进入压辊等因素有关，喂料斗离地高度与操作的舒适性有关，因此，设计必须合理。经过反复论证和试验，喂料斗口尺寸设计为280mm×80mm，喂料斗离地高度设计为820mm。喂料斗附件装置，用来支撑和固定喂料斗。

3.2 压辊组

压辊组分为大压辊组和小压辊组两部分。大压辊组是由一对相互啮合的波齿形压辊组成，按照规定的速度相互啮合，对麻茎进行初步碾压，使麻皮和麻骨产生相对位移，处于易分离状态。大压辊组设计为双主动辊，保证麻茎顺畅可靠强制喂入;大压辊组采用空心铸造结构，减轻机重，节约成本，并保证了强度，其啮合间隙为5mm，能使麻茎顺畅强制喂入，并得到初步碾压。小压辊组是由一对有一定啮合深度的凹型齿压辊组成，对茎秆进行进一步碾压，并起到初步折断麻骨的作用，为后续剥皮滚筒较剧烈的弯曲折打做准备，防止纤维在弯折过程中断裂。小压辊结构采用4mm厚的空心铸造圆筒，表面凸齿选用直径为8mm的圆钢焊接在圆筒上，上小压辊设计有可调隙的弹簧压紧装置，适当的压辊间隙和压紧力可避免麻茎卡塞和麻皮损伤。小压辊组上下压辊都为主动辊，使麻茎按照规定的速度进入剥皮滚筒区。大小压辊组结构图分别如图3、图4 所示。

图3 大压辊组结构图Fig．3 Structure diagram of the big press rollers

图4 小压辊组结构图Fig．4 Structure diagram of the small press rollers

两对压辊组对麻茎进行充分碾压，即麻茎的木质部在压扁的同时，顺轴向破裂，而并不损伤纤维，第二对压辊组在碾压的同时，对麻茎有一定的折断作用。大压辊组线速度约为2m/s，小压辊组线速度约为3m/s，其线速度逐步增大，使麻茎顺畅喂入剥皮滚筒。

3.3 剥皮滚筒组

根据所加工黄红麻茎秆的物理机械特性，麻茎经过压辊组碾压以后，木质部与韧皮得到了基本分离，进入分离梳理滚筒区后，要使麻骨折断，脱落，要求剥皮滚筒有适当的啮合弯深度，才能保证麻骨折断，而麻皮纤维不被折断。第一对剥皮滚筒主要是使麻茎中的纤维与麻骨及部分非纤维物质分离，第二对剥皮滚筒对麻茎进一步梳理分离，使麻屑与麻纤维完全脱离。剥皮滚筒装有8块均匀分布的打板;打板数量是根据剥麻质量和以往经验确定的。为了解决打板磨损问题，我们采用了超高分子聚乙烯材料的打板;打板与打板支座螺栓联接，打板磨损后可以更换。打板支座与滚筒盘焊接。剥皮滚筒直径定为280mm，滚筒直径太大，机型笨重，滚筒过小，易发生缠麻;剥皮滚筒直径和滚筒转速，与剥皮滚筒打击麻茎的次数有关。剥皮滚筒具体结构见图5。

图5 剥皮滚筒结构图Fig．5 Diagram of the peeling cylinders

上下剥皮滚筒啮合深度是25mm，使麻茎的折弯角度为40°，这样剥皮滚筒工作时，麻茎被折弯，麻骨被折断，麻皮与麻茎分离剥落，并从第二对滚筒间飞出(见图6)。剥皮滚筒和压辊之间有一定的线速度差，使麻茎在剥皮区处于拉紧状态，可以充分受到剥皮滚筒的作用，清除附在麻皮上的麻骨、麻叶等杂质，起到很好的分离和梳理效果。

3.4 麻皮输出装置

麻皮输出装置的主要作用是将已剥制出的麻皮及时整齐地送至机外。在结构设计上要保证麻皮不打滑滞留或缠绕。2010年—2011年采用聚酯带式输送装置，但经反复试验和改进结构，聚酯带式输送装置仍然容易造成输送带跑偏，且不易调整和修复，影响了正常的输送作业。2012年改进设计链式输送装置，结构由上、下输送链轮、链条、输送横杆、护板和轴等组成，经试验与试用效果较好，能保证麻皮的正常输送。输送带两侧装有护板，防止麻皮缠绕上下输送链轮和轴。输送装置结构图如图7 所示。

研究设计的4HB－480型黄、红麻剥皮机样机外形图如图8所示。

图6 上下剥皮滚筒剥麻示意图Fig．6 Diagram of fiber being stripped between the cylinders

图7 输送装置结构图Fig．7 Diagram of the conveying structure

图8 4HB－480型黄、红麻剥皮机样机外形图Fig．8 Prototypes of jute/kenaf peeling machine 4HB －480

4 样机性能试验与生产示范

本文所述样机于2010年、2011年和2012年的红麻收获季节，在我所试验基地和红麻主产区分别进行了性能试验与生产示范。2012年10月中旬，湖南省农业机械鉴定站在中国农科院麻类研究所望城试验基地，对我所研究设计的4HB－480型黄红麻剥皮机样机进行了综合性能检测，测定了剥净率、鲜皮含骨率、样机噪声、鲜皮生产率等技术指标。测试用麻的鲜茎株高平均值为507．63cm，最大值为560cm，最小值为440cm;鲜茎直径平均值为29．05mm，最大值为38．77mm，最小值为20．32mm。检测结果如表2所示，各项技术指标均满足样机计划任务书的要求。

表2 4HB－480型黄红麻剥皮机样机性能检测结果Tab．2 Property testing results of jute/kenaf peeling machine 4HB －480

5 结论

4HB－480型黄、红麻剥皮机是一种用于黄、红麻鲜皮剥制加工的机械，该机主要应用于黄、红麻鲜茎的剥离，通过压辊的碾压和剥皮滚筒的折弯、刮剥去掉麻骨，分离出干净的鲜麻皮。

该机设计的两级压辊机构，可有效地压扁麻茎并分离皮骨而不伤麻皮，两级速度递进的剥皮滚筒可有效地刮剥麻骨，输送出干净的麻皮。该机经在河南、湖南、浙江、广西、福建等省(区)示范与推广应用表明，机型结构紧凑、设计合理、性能可靠、操作安全、剥皮均匀、剥皮效率高，方便田间移动或在场地作业，能大大减轻黄、红麻剥皮劳动强度，减少沤麻造成的水源污染，有效改善生产生活环境。

当红麻茎秆直径大于40mm，且带根喂入时，该机剥制效果不理想。