劈麻反拉式苎麻剥麻机的设计

朱炯光 郭克君

（1.佛山职业技术学院，广东佛山 528137 ；2.国家林业和草原局哈尔滨林业机械研究所，黑龙江哈尔滨 150086）

苎麻俗称“中国草”，是我国传统的特色农业经济作物，在我国有着近4700 年的种植历史，目前其种植面积和产量分别占世界总种植面积和总产量的90%以上[1-3]。

苎麻每年可收剥3 次～4 次，纤维收剥的用工量大。目前苎麻纤维收剥作业占整个生产过程中用工量的80%左右，而且剥麻的成本约占整个收剥作业的60%以上[4,5]。苎麻纤维的剥制历来是个难题，必需经过剥制加工获得苎麻纤维才能供麻纺企业使用。

目前，国内苎麻剥麻机以滚筒式为主，通过在滚筒上安装L 型刀片挤压打碎麻骨，利用旋转滚筒的间隙将麻骨去除以保留麻纤维。滚筒式苎麻剥麻机的两个最大的缺点是麻条损耗大，打碎的麻骨易残留在麻纤维里。这两个问题造成打出的苎麻纤维品质等级低，达不到收购苎麻纤维公司的一等品标准，对农户收入造成影响，从市场和种植户来说需要有新的苎麻剥麻机器去解决苎麻纤维品质等级低的问题。

为解决这个问题，考虑到农村劳动力不足，结合PLC 技术，设计了自动劈麻反拉式新型苎麻剥麻机。它可以实现对苎麻杆条的自动去骨和剥皮，而且其反拉脱骨可以去除整根麻骨，有效地解决了碎麻骨残留麻纤维和麻条损耗大这两个问题。

1 总体结构及工作原理

1.1 总体结构

图1 劈麻反拉式新型苎麻剥麻机结构示意图

劈麻反拉式新型苎麻剥麻机分为送麻劈麻部分和反拉部分。送麻劈麻部分由导向机构、自定心劈麻刀具、带式压麻机构等组成，主要完成对喂入的麻条进行前期处理（劈开后的麻条呈上方麻骨下方麻皮的状态），便于反拉脱皮动作的实现。反拉部分由Z 轴组件、夹麻去皮机构、直线滑轨等组成，主要完成将麻皮脱离麻骨的动作。劈麻反拉式新型苎麻剥麻机结构如图1 所示。

1.2 工作原理

当苎麻条喂入劈麻送麻部分后，苎麻条先沿轴线被“自定心劈麻刀具”单侧劈开，并被转动胶辊压平，此时其上方是麻骨，下方是麻纤维和麻皮。

待劈好的苎麻条传送到Z 轴组件中的偏心夹麻装置处并启动限位开关后，就将开始进行反拉。具体的动作是偏心夹麻装置夹住苎麻条然后进行上下垂直和左右水平移动。偏心夹麻装置在启动限位开关后夹住苎麻条再垂直向下移动，目的是将麻骨折断，使麻骨与麻纤维开始分离。此时，偏心夹麻装置夹住的是带麻纤维的麻皮，再通过左右水平移动，彻底使麻骨与麻纤维分离。

2 反拉机构的设计

反拉机构的设计思路来源于纯手工剥苎麻。纯手工剥出的苎麻条没有麻骨残留，也没有麻条长度的损失，直接就达到了一等品的要求。这些优点是现存的滚筒式苎麻剥麻机所不具备的。根据苎麻的麻骨与麻纤维的力学性能不同，考虑机械设计，将纯手工剥麻动作分解为三步。这三步分别是苎麻条沿中轴线被劈裂、将劈裂后的苎麻条折断、夹住苎麻纤维进行反拉。根据分解出的动作，结合机械自动化技术，设计出了反拉机构。反拉机构由Z 轴组件、直线齿条机构、滚珠丝杠机构、啮合齿轮等组成，劈裂的动作通过自定心刀具来实现；夹麻动作是通过偏心夹麻装置来实现；反拉动作是通过长短线性滑轨来实现。

2.1 计算压缩距离

通过夹麻伺服电机的扭矩、苎麻茎秆的平均径向圆周、苎麻茎秆的平均压缩弹性模量可以得到压缩距离4 mm。苎麻展平后的平均厚度为3.56 mm，压缩距离大于平均厚度，所以偏心夹麻装置可以把麻骨夹紧。

2.2 计算拖动阻力

通过夹麻伺服电机的扭矩、湿草和钢之间的摩擦系数可得到拖动阻力为29.4 kg，一根麻条约重0.6 kg，所以偏心夹麻装置在反拉过程中始终夹紧麻条[6]。

3 自动反拉系统的设计

反拉剥麻控制系统主要是实现剥麻机反拉去骨等各工序的协同配合作业，整个系统的动作部分是由偏心夹麻装置和伺服电机组成的;控制部分由控制器、驱动器、变频器和感应开关等组成。

控制系统与劈麻送麻工序配合运行，完成设定的PLC 程序执行。在本设计中送麻部分将苎麻条输送到劈麻组合刀具实现单侧劈裂并展平，到达偏心夹麻装置的限位挡板后传递出启动信号。PLC 接收启动信号开始运作，使偏心夹麻装置加紧苎麻条。然后，偏心夹麻装置向下垂直移动折断麻条，在下降到预定位置时进行水平方向的反拉以去除麻骨。反拉过程中的水平移动距离通过安装在齿条下面的梁上的2 个接近开关来控制。

这三个动作需要配合好，要保证接收到启动信号后能迅速且有效地完成相应的动作。

根据反拉剥麻控制系统的设计要求，选定三菱FX2n-24MT 型PLC 作为控制核心和8 寸的英威腾触控屏作为显示操作屏幕，整个硬件组成及控制面板；确定伺服电机预计的最大转速，将转速转换为脉冲量，来确定PLC 控制的范围。其中：X 轴伺服电机（控制水平移动），其工作速度为15000，单位为p/min；Y 轴伺服电机（控制垂直上下移动），其工作速度为20000，单位为p/min；Z 轴伺服电机（控制偏心夹麻辊的转动），其工作速度为8000，单位为p/min。

4 结论

笔者提出了采用劈麻反拉的新型剥麻方式，设计出了一种劈麻反拉式苎麻剥麻机，经样机试验，该型剥麻机剥麻效率500 根/小时，能满足生产需要同时大福降低劳动强度。

劈麻反拉式苎麻剥麻机有效地解决了传统苎麻剥麻机的碎麻骨残留麻纤维和麻条损耗大这两个问题，并创新地发明了偏心夹麻装置自动反拉的剥麻方式，可让麻骨整根与麻纤维分离，不损伤麻条。