苎麻纤维初加工机械化技术创新研究与试验

2014-03-17咸宁市农科院农机研究所饶崇明饶正良

湖北农机化 2014年2期

咸宁市农科院农机研究所饶崇明饶正良

0 引言

苎麻俗称“中国草”，是我国的传统特色经济作物，苎麻纤维号称“天然纤维之王”，作为纺织原料在我国有近5000年的历史。咸宁市是全国三大苎麻产区之一，誉称“苎麻之乡”，苎麻产业已经发展成为全市经济发展的重要支柱产业，也是发展潜力较大的优势产业。

苎麻产业发展不起来只因收获加工太困难。为了破解制约苎麻产业发展的机械化收获加工技术难题，为苎麻产业的发展提供科技支撑，农机研究所从2003年起把苎麻收获加工机械化技术的研究作为科技创新的重点，产学研推结合，从分析现有机械化技术和苎麻茎秆机械物理特性入手，经过10年的研究试验，完成了从手工工具到联合收获机多种收获方式的一系列机械化技术创新，包括技术方案、专利技术、设计图纸、实体样机、研究报告、技术标准、科技论文等。

1 主要科技创新

1.1 新型人力反拉式——6TM－20型两用脱麻及手工工具——皮骨双脱器技术

图1 两用脱麻机整机图

6TM20型两用脱麻机见图1。是将收割后的鲜麻秆脱去麻骨表皮和部分胶质或将剥制的鲜麻皮脱去表皮和部分胶质的苎麻纤维初加工机械，由动力（4）、机架（5）、皮带及齿轮机构（3）、一对脱麻滚筒（2）、带两个喂麻口的罩盖（1）组成。一对脱麻滚筒相互咬合，反向旋转，滚筒叶片在圆周上轴向均布，焊接结构，下滚叶片两端装有比滚筒外径大的撑盘，防止麻从滚筒两端滑落缠绕轴及轴承，罩盖和喂入口组成一个整体，设有挂麻杆插入管，水平和垂直两个喂麻口，水平喂麻口设有封盖并附漏斗，喂麻口为扁形，握拳的手进不去。本技术与国内同类技术相比有如下优点：安全性能好、操作使用简单、出麻质量高；既能脱麻秆，又能脱麻皮，能满足剥麻和割剥麻轮作的农艺要求；机具结构紧凑、简单、造价低、调整方便、有座式和立式（座式安装在人力板车上移动方便）供麻农选购。

图2 便携式皮骨双脱脱麻器示意图

便携式皮骨双脱脱麻器见图2。由安装底板（1）、支架（2）、皮骨双脱器（3）组成。皮骨双脱器由带破秆尖顶的门形双面动刀（3.1）、左右两把定刀（3.2）和定位器（3.3）及压麻器（3.4）组成。操作者将麻秆放入定位器上脚踩踏板将麻秆压入（将麻秆折断从折断处容易压入）或不用压麻器，将麻秆折断，从折断处将麻秆直接压入，握住麻秆往后拉，掉头放入握纤维往后拉即完成一根麻秆的剥制得到麻纤维，工效是现行刮麻器的1.5倍，适合山区小面积个体麻农使用。

1.2 直喂式苎麻三脱机和A型苎麻三脱机技术

苎麻三脱机见图3。由机架（1）、动力（2）、传动装置（皮带及齿轮传动）（3）、带分麻器的工作台（4）、带刮刀的剖展装置（5）、带斩刀的喂入滚筒（6）、脱麻滚筒（7）、刮皮分离滚筒（8）、反拉滚筒（9）、输导清理滚筒（10）、集麻架（11）、护罩（12）组成。鲜麻秆在分麻器的引导和喂入滚筒的牵引下进入剖展装置，麻秆底部被剖刀纵向割开，在继续送进中被展麻三角块展开，进入喂麻滚筒后将麻秆展压成麻骨朝下的带状，带斩刀的下滚将麻骨斩成小段，以利分离，几对脱麻滚筒为叶片滚筒，上滚刮青皮，下滚脱麻骨，反拉滚筒是一对光滚，将麻秆尾部快速从脱麻滚筒拉出，解决鼠尾问题并挤压胶质。输导清理滚筒将纤维输导清理后抛搭在集麻架上。

图3 苎麻三脱机整机图

A型苎麻三脱机见图4。由带分麻器的工作台（4），剖展装置（6），喂入脱胶滚筒（7），反向脱麻装置（8），反拉脱胶滚筒（9），正向脱麻滚筒（10）和控制箱（5）等组成。整个脱麻过程是先将麻骨剖展成麻骨朝下的麻带，喂入、反拉滚筒与正向、反向脱麻滚筒配合，分别脱梢部及基部的麻骨和表皮，同时挤压出胶质。反向脱麻滚筒安装在摆架上，用螺旋拉伸弹簧保持常开和复位，用光电开关做传感器，用电磁铁做执行元件，用钢丝绳牵引。当麻带进入反拉（脱胶）滚筒、正向脱麻滚筒后或麻杆剩下200mm时，自动控制装置将反向脱麻滚筒闭合，加工尾部。反拉滚筒的表层是用摩擦系数大、弹性好的橡胶材料制成，既能通过尚未脱去皮骨的麻带，又能夹住纤维拉出，脱去尾部，解决鼠尾问题，并进一步挤压胶质，提高三脱质量。

图4 A型苎麻三脱机整机图

本项目研制的直喂式脱麻机解决了现行用于生产的人力反拉式简易剥麻机需人工手持两次喂入剥麻，劳动强度大，安全性能差，生产效率低的问题，是现行人力反拉式剥麻机的换代机型，与21世纪后有关单位研制的直喂式机型相比，设计发明了能将麻秆割展成麻带的剖展装置，从原理上解决了“鼠尾”问题。

1.3 一次喂入式双向自动脱麻与双向自动高效脱麻机械化技术与设备

双向自动脱麻机见图5和图6。由动力及机械传动系统（1）、液压系统（2）、机架（3）、横向集束喂麻台（5.1）和纵向夹持喂麻机构（5.2）组成的双向自动喂麻装置（5）与设置在左右两端的两套脱麻装置（4和6）机械连接而成。横向集束喂麻台的拨爪（5.1.2）将麻秆集成一束一束的麻把送到纵向喂麻槽中，在托收机构的配合下，麻秆手夹持麻秆，纤维手夹持纤维，分别送入两端的脱麻装置加工麻秆的梢部和基部，将加工好的麻纤维放挂在集麻架上。两套脱麻装置均由一对叶片滚筒和一对挤压光滚组成。挤压滚设置在入出口处，麻秆喂入时开启，反向拉出纤维时压紧滚压出纤维内的胶质。机电液结合，机械手的工作及脱胶采用液压传动，其余为机械传动，液压的动作由电磁换向阀控制，电磁阀由行程开关控制。本项技术既省去了刮麻器需人工田间剥麻的工序，又解决了人力反拉式剥麻机劳动强度大不安全的问题，还克服了现行研制的直喂式剥麻机皮骨分离不清，缠麻鼠尾严重的不足，具有自动化程度高，安全性能好，原麻质量好的显著特点。

图5 双向自动脱麻机整机构造示意图

图6 双向自动脱麻机喂麻装置构造示意图

双向自动高效脱麻机见图7。是针对上述双向自动脱麻样机试验中发现的问题为提高工作可靠性和生产效率改进设计的：一是将拨指链横向集束交两机械手纵向喂入拉出，改为夹持链横向夹持喂入，夹持带夹持纤维横向喂入加工完中部后纵向拉出，由卸麻拨指链将纤维卸入集麻箱中；二是将两套脱麻装置加长，且一长一短，将平行设置改为人字型设置，并在尾端设置带挤刮器的挡麻销，阻止纤维沿滚筒轴线移动，夹持机构将纤维绕挡麻销反向拉出，两套脱麻装置连续脱麻；三是在麻秆夹持链和纤维夹持带的交接处设置纤维梳理机构；四是省去了液压系统及控制元件全部采用机械传动。麻秆由夹持链夹持横向喂入，两套脱麻机构双向脱麻，一套脱基部，一套脱梢部，基部纤维拉出经梳理后由纤维夹持带夹持脱完中部后纵向拉出。双向自动高效脱麻机首创脱麻机新结构、新原理，主要创新点：一是横向连续喂入双向自动脱麻，生产效率高，预计是现行刮麻器的100倍，动力剥麻机的20倍；二是既可场上固定作业实现集中加工，又是苎麻联合收获机的关键核心部件与割麻机配套，田间移动作业实现联合收获。

1.4 苎麻联合收获机械化技术与设备

苎麻联合收获机见图8。创造性关键技术是割脱联合一次性连续完成割麻和脱麻，直接得到苎麻纤维的联合收获技术。设备由立式割台（1）、中间输送装置（3）、双向自动脱麻机（4）、集麻仓（5）等专用部件和底盘（包括动力及传动装置（6）、操作控制机构（2）、行走装置（7））组成。割台配置在正前方，脱麻机配置在后上方，割台和脱麻机通过配置在一侧的中间输送装置连接，三者呈匚型配置。底盘部分与半喂入式稻麦联合收获机通用，换上谷物输送、脱粒及清选装置即成谷物联合收获机，实现一机多用。脱麻采用自动高效的双向脱麻机见图7，是本机的关键核心部件；割台为立式割台，由分麻器、扶麻器、拨麻星轮、切割器和侧向输送器组成，中间输送装置为侧面旋转输送装置，由下夹持输送链和中上拨指输送链组成。三道输送链倾斜安装，前后两端分别与割台输送链和脱麻机喂麻夹持链衔接。效率预计是人工的100倍，现行机械的20倍左右，每小时收获4～6亩（1hm2＝15亩），填补了苎麻联合收获机空白。

图8 苎麻联合收获机整机示意图

2 推广、应用情况

2.1 6TM20型两用脱麻机的推广情况

该机是本项技术研究转化的第一个专利技术产品，安全性能好、造价低，既能脱麻秆，又能脱麻皮，能满足麻农剐剥麻皮（认为苎麻不宜砍割）或割剥轮作的农艺要求。2005年通过推广鉴定后列国家支持目录和湖北省购补目录推广应用。当年推广30台，2006～2007年包括委托恒达农机修造厂和咸宁市长荣机械厂生产销售在内300台。在麻价下跌，工价上涨，用刮麻器不合算，用简易脱麻机也不合算的情况下，弃麻、毁麻的事情已经发生，从而严重影响简易打麻机的推广。因为农业机械化是农业工程技术与农业生物技术相结合，并取得高于人畜力的经济效益和社会平均效益的过程，即农机化＝（农机＋农艺）×经济效益。

2.2 高端产品尚未开发转化应用的原因

农业机械不同于其它机械，受土壤、作物、农艺诸多因素制约。特别是苎麻纤维收获加工机械既要剥外面的皮，又要吐里面的骨，还需挤出纤维中的胶质，难度比较大。麻机即麻烦之机，从理论到实践，从研究到应用有一个试制试验改进的循环过程，美国的采棉机花了100多年，日本的插秧机也花了80年。咸宁市农机所主持开展这项工作，由于投入不足，项目进展受到严重影响，高效脱麻机和苎麻联合收获机的技术方案在2008年初就已基本形成，由于资金短缺，未能开展样机研制试验。2012年南京农机所答应出钱做样机后才设计出自动高效脱麻机样机图纸，交给南京农机所试制。

2.3 应用前景分析

2.3.1 客观需求分析

减轻劳动强度，缓解季节性劳力不足，保证原麻质量，增加麻农收入，实现品种改良，减少脱胶污染和成本，实现农业现代化等客观上都对苎麻收获加工机械化提出了迫切要求。特别是在当今苎麻产品还主要依赖外销，受制于人，受国际金融危机的影响麻价下降而工价上涨的情况下，只有用自动高效的脱麻机直至苎麻联合收获机，才能大幅度提高植麻的比较效益，从而保护麻农种麻积极性，保持苎麻国宝，挽救苎麻纺织，发展苎麻产业。因为又苦又累，与收入不成比例的生产方式，新一代农民是不能接受的。

2.3.2 市场容量分析

从目前我国苎麻种植小面积个体化的现状看，存在市场容量小的问题，这是目前企业研发麻机积极性不高的原因。从长远看苎麻种植必然向区域化、良种化、规模化方向发展。随着人们生活水平的提高，返璞归真，回归自然，舒适健康等新的消费观念的兴起，将改变依赖出口受制于人的局面，国际、国内市场对苎麻纺织品需求会增加，种植面积将扩大；另一方面由于石油资源面临枯竭导致油价上涨，全球纺织格局中以化纤为支撑的世界纺织原料体系开始动摇，将加大对天然纤维及产品的开发力度，苎麻纺织将直接受益于这一变化。随着苎麻产业的拓展和规模化生产，苎麻收获加工机械将成为整个苎麻产业链的新亮点，具有广阔的市场空间。