苎麻自动剥麻机设计与试验

王 瑛，冯 艳，谭冬梅，刘定炜，郑伟芳，罗 钢

(江西省农业技术推广中心，江西 南昌 330006)

0 引言

苎麻在中国是一种特色的经济作物，在国际上具有很强的市场竞争优势，它被称为“中国草”。中国种植历史悠久，已有4 700多年历史，种植面积和产量均达世界总数的90%以上，主要种植在长江中上游地区。自古以来，苎麻一直为我国优良的纺织原料，在国际上享有美誉[1-2]。苎麻纤维需要经过苎麻收割和剥麻加工而成，苎麻收割和剥麻加工是苎麻生产的重要环节，其收割和剥麻加工直接影响苎麻纤维纺织品的质量和苎麻种植的经济效益。

当前，中国苎麻剥麻加工有3种类型：人工剥麻、简便刮麻器和小型反拉式剥麻机[3-4]。人工剥麻和简便刮麻器工作环境差、生产效率低、操作强度高及剥麻成本高，适合散户农民种植使用。小型反拉式剥麻机采用人工分段给料，两次反拉，剥离苎麻梢部和基部纤维，辅助剥麻时间长、工作效率低，剥麻工效仅666.7～1 333.3 m2/d，适合小规模种植农户使用，且存在生产安全性差、操作强度高等问题[5-6]。苎麻收割和剥麻加工成本约占苎麻原麻(粗纤维)产值的50%，严重影响苎麻产业的发展。因此，开发一种满足生产需要的优质高效的苎麻自动剥麻机将对中国苎麻产业的发展、种麻农民工作条件的改善以及种麻经济效益的提高产生重大影响。

1 总体设计

1.1 方案选择

国内剥麻机的研究有5种：单滚筒反拉剥麻机、双滚筒反拉剥麻机、多滚筒直喂剥麻机、仿手工刮剥麻机和横喂剥麻机[7-8]。单、双滚筒反拉剥麻机剥麻后的原麻基本能符合苎麻纺织企业生产需求，在生产中有一定推广使用，适合小规模种植农户使用；由于全是手工生产、安全性差、操作强度高及工作效率低，不能满足苎麻规模化种植的机械化剥麻需求[9-10]。多滚筒直喂剥麻机使用方便，可持续喂入苎麻茎秆，安全性好、作业工效高和操作强度低。但是，由于苎麻纤维较长，胶含量较高，容易出现剥麻滚筒缠绕现象，苎麻梢部和基部末端麻骨剥离不干净，杂质含量高，因此在生产中推广使用较少。仿手工刮剥麻机的剥麻质量与简便刮麻器相似，因其间歇作业原理而生产效率低，此外，该型机更受麻茎(或麻皮)规格大小影响，工作可靠性差，间隙调整困难，因此在实际中推广和使用较少[11-13]。横喂剥麻机工作效率高，解决了现有小型剥麻机生产效率低、操作强度高等问题，但是，设备庞大，只能在房间内固定剥麻，不适应现场移动剥麻，增加了苎麻的运输费用，剥麻对苎麻茎秆长度有一定要求，设备价格高，因此，很难在生产中推广使用[14-15]。

根据苎麻茎秆的物理和机械特性，为了提高苎麻剥麻机效率，降低操作强度，实现苎麻剥麻操作自动化，本设计采用多滚筒直喂剥麻机方案，重点解决剥麻滚筒缠绕、苎麻梢部和基部末端麻骨剥离不干净、杂质含量高、剥麻效果差等问题。

1.2 总体结构

苎麻自动剥麻机采用多滚筒直喂剥麻机结构，苎麻经压、刮、打、夹和梳等多道剥麻工序，不需人工反拉剥麻，实现连续剥麻，克服现有多滚筒直喂剥麻机存在的胶含量较高，容易出现剥麻滚筒缠绕现象，以及苎麻梢部和基部末端麻骨剥离不干净、杂质含量高等缺陷，具有喂料平稳、安全性好、操作强度低、生产率高、剥净率高和剥麻质量好等特点。该机主要由压麻辊、剥麻辊、凹板、夹麻辊、拉麻辊、梳麻辊、弹簧和防缠麻装置等组成，总体结构如图1所示。

1.3 工作原理

新鲜苎麻茎秆从进料口送入压麻辊，经压麻辊压扁、压折和压碎，初步分离麻皮与麻骨。压碎的苎麻茎秆从凹板和剥麻辊的缝隙中进入，在上剥麻辊与凹板的刮擦作用下，刮去部分附着在苎麻韧皮上的麻骨和麻壳，而后在上下剥麻辊的打击、挤压和梳刮作用下，继续去除苎麻韧皮上的麻骨和麻壳。除去大部分麻骨和麻壳的麻皮依次进入夹麻辊和拉麻辊，拉麻辊的线速度大于夹麻辊，在拉麻辊挤压牵引下，通过夹麻辊将剩下的麻骨和麻壳从麻皮上强行刮离，从而实现苎麻茎秆末端麻骨和麻皮的分离，麻皮上的胶质被拉麻辊挤压出来，从而脱除部分胶质。通过拉麻辊的麻皮进入梳麻辊，在梳麻辊进一步刮梳作用下，苎麻皮、骨彻底分离，苎麻纤维进一步梳理，最后干净的苎麻纤维从出料口输出。为使麻皮能输送顺畅和提高剥麻质量，在上压麻辊、凹板进出端和上拉麻辊都安装了弹簧，起到间隙自动调节作用，并在下剥麻辊、下夹麻辊、下拉麻辊及下梳麻辊两端都安装了防缠麻装置防止苎麻缠绕轴承，在拉麻辊出口端上下安装了防缠麻装置，防止苎麻缠绕拉麻辊。

1.弹簧 2.防缠麻装置 3.苎麻纤维 4.梳麻辊 5.拉麻辊6.夹麻辊 7.剥麻辊 8.凹板 9.压麻辊 10.新鲜苎麻图1 苎麻自动剥麻机总体结构Fig.1 Overall structure of ramie automatic stripping machine

2 样机试验

设计试制出苎麻自动剥麻机试验样机，经过试验改进完善，苎麻自动剥麻机如图2所示。

图2 苎麻自动剥麻机样机Fig.2 Prototype of ramie automatic stripping machine

2019年10月和2020年6月，在江西省农业机械研究所进行了试验样机剥麻试验，苎麻剥麻效果如图3所示。试验苎麻是江西恩达麻世纪公司新余苎麻生产基地的头麻、二麻，收获当天将苎麻茎秆运输至江西省农业机械研究所，次日进行剥麻试验，苎麻茎秆去叶后的长度为600～2 400 mm，茎秆基部直经10～20 mm，茎秆平均含水率70%～78%。主要仪器设备：苎麻自动剥麻机试验样机；迪衡电子秤(量程30 kg，精度0.1 g)；DHG9030A型恒温干燥箱；秒表、游标卡尺和卷尺等[16-17]。试验样机测试性能：装机功率5.5 kW，原麻生产率58 kg/h，鲜茎出麻率6.3%，原麻含杂率1.32%，外形尺寸(长×宽×高)1 650 mm×1 360 mm×1 000 mm，可加工的苎麻茎秆长度≥800 mm(去叶)。

图3 苎麻剥麻效果Fig.3 Ramie stripping effect

3 结论

本苎麻自动剥麻机采用多滚筒直喂剥麻机结构，苎麻经压、刮、打、夹和梳等多道剥麻工序，不需人工反拉剥麻，实现连续剥麻，该技术已获得国家专利。通过试验样机的设计、试制和试验，得出以下结论。

(1)该机工作可靠、生产效率高、剥麻效果好、操作强度低和安全性好，可加工的苎麻茎秆长度≥800 mm(去叶)。

(2)该机原麻生产率可达58 kg/h，剥麻效率为手工剥麻的20倍以上、当前生产中使用的小型苎麻剥麻机的5倍以上，鲜茎出麻率6.3%，原麻含杂率1.32%，达到二等苎麻纤维标准，剥麻纤维质量满足苎麻纺织企业要求。

(3)该机具有结构新颖、紧凑、独特，以及性能良好、进料平稳、操作维护方便等特点，适合广大苎麻种植专业户和合作社使用，具有广阔的市场前景。