咸寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 柳威 饒崇明 饒正良 蔡克 桐梅軍

一種新型劍麻纖維提取機(jī)的技術(shù)研究

咸寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 柳威 饒崇明 饒正良 蔡克 桐梅軍

本文簡(jiǎn)述了一種劍麻纖維提取機(jī)的研制背景總體方案、設(shè)計(jì)要點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵與有益效果。在分析總結(jié)國(guó)內(nèi)外劍麻纖維收獲加工機(jī)械技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)存在的問(wèn)題，結(jié)合近10年來(lái)研制苧麻纖維收獲加工機(jī)械的經(jīng)歷，提供了一種適用于劍麻纖維提取的新方法、新設(shè)備。機(jī)具設(shè)計(jì)巧妙，從進(jìn)料到出麻實(shí)現(xiàn)了純機(jī)械自動(dòng)化，為與割麻機(jī)配套實(shí)現(xiàn)田間聯(lián)合收獲奠定了基礎(chǔ)。2016年7月8日通過(guò)了湖北省科技成果鑒定，鑒定結(jié)論為“居國(guó)內(nèi)同類技術(shù)領(lǐng)先水平”。

劍麻；鏈帶夾持；雙滾筒；雙向脫麻

0 引言

劍麻纖維提取，經(jīng)歷了傳統(tǒng)的手工到半機(jī)械化、機(jī)械化的發(fā)展歷程。但近百年來(lái)機(jī)械化提取技術(shù)發(fā)展緩慢，希望設(shè)計(jì)出更加安全、高效的新機(jī)器。

在苧麻纖維收獲加工機(jī)械化技術(shù)研究開發(fā)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)近3年的研究、試驗(yàn)，完成了一種新型的劍麻纖維提取機(jī)的研制，提供了一種劍麻纖維提取的新方法及新設(shè)備。該方法是將麻葉從中部橫向喂入脫麻機(jī)構(gòu)，直接反拉得到纖維。該設(shè)備包括喂入機(jī)構(gòu)、麻葉夾持輸送機(jī)構(gòu)、纖維夾持輸送機(jī)構(gòu)、左、右2套脫麻機(jī)構(gòu)以及麻葉基部壓碎機(jī)構(gòu)、動(dòng)力及傳動(dòng)裝置。

1 研究背景和目的

劍麻是一種葉纖維作物，纖維細(xì)胞呈長(zhǎng)形結(jié)構(gòu)，細(xì)胞腔大而長(zhǎng)、壁厚，具有纖維長(zhǎng)、色澤潔白、質(zhì)地堅(jiān)韌、富有彈性、拉力強(qiáng)、耐磨擦、耐酸堿、耐腐蝕、不易打滑的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于漁業(yè)、航海、工礦、運(yùn)輸、油田等事業(yè)上以及用于編織劍麻地毯、工藝品等生活用品上。

作為現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備主要有橫喂式、直喂式和人工直喂反拉式3種。橫喂式主要用于大型農(nóng)場(chǎng)集中化加工，機(jī)型結(jié)構(gòu)龐大、長(zhǎng)達(dá)數(shù)十米，消耗功率100多kW，由鏈或繩和大輪組成的前后2套夾持機(jī)構(gòu)夾持，前后2個(gè)大刀輪進(jìn)行加工，主要機(jī)型有GS18L、GL18Y、GL12L、GL6Y、GS5L，生產(chǎn)率雖然每小時(shí)可達(dá)十幾噸，但需要數(shù)十人操作，人均生產(chǎn)率并不高。直喂式劍麻纖維自動(dòng)提取機(jī)，由機(jī)架、刀球、定刀板、喂料口、安全罩、喂料羅拉、出料輸送帶等組成，麻葉經(jīng)喂料口縱向喂入，在喂料羅拉的夾持喂入下，刀球去掉麻肉，纖維經(jīng)出料輸送帶輸出，存在鼠尾及麻渣粘附現(xiàn)象，纖維質(zhì)量不高。人工直喂反拉（半自動(dòng)）式劍麻纖維提取機(jī)，機(jī)構(gòu)原理與自動(dòng)提取機(jī)相似，少喂料羅拉和出料輸送帶，由人工手持麻葉喂入反拉，掉頭喂入反拉，加工的纖維質(zhì)量尚好，但勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，安全性能差。

現(xiàn)有技術(shù)雖然使用多年，但存在嚴(yán)重缺陷，基本工作部件都是一個(gè)刀球（刀輪）和定刀板（凹板）組成，加工質(zhì)量主要受刀球的線速度、刀球與定刀板的間隙（也就是沖擊力）決定。橫喂式生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)龐大，消耗功率大，人均生產(chǎn)率不高，直喂式纖維質(zhì)量不高，反拉式勞動(dòng)強(qiáng)度大不安全。為了克服上述缺點(diǎn)，2013年下半年提出了將苧麻纖維加工技術(shù)用于劍麻纖維加工的設(shè)想，2014年咸寧市農(nóng)業(yè)院下達(dá)了研制劍麻纖維提取機(jī)科技計(jì)劃，并確立可與割麻機(jī)配套實(shí)現(xiàn)田間聯(lián)合收獲的技術(shù)思路。先后2次去廣東、海南考察調(diào)研，多次從廣東湛江弄來(lái)劍麻進(jìn)行試驗(yàn)。

2 總體方案與特征

經(jīng)研究試驗(yàn)、實(shí)踐驗(yàn)證、專家論證最后采用了麻葉橫向中間喂入直接反拉，鏈帶夾持雙滾脫麻，壓碎輥壓碎麻葉基部2套脫麻機(jī)構(gòu)垂直，2套夾持機(jī)構(gòu)平行，脫麻和夾持機(jī)構(gòu)傾斜45°，純機(jī)械傳動(dòng)的總體技術(shù)方案，如圖1所示。

圖1 整機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

圖中1為喂料機(jī)構(gòu)，2為左脫麻機(jī)構(gòu)，3為動(dòng)力及傳動(dòng)裝置，4為纖維夾持輸送裝置（夾持帶），5為右脫麻機(jī)構(gòu)，6為麻葉基部壓碎機(jī)構(gòu)，7為麻葉夾持輸送裝置（夾持鏈）。

本技術(shù)的基本特征是將麻葉中部從脫麻滾筒軸端橫向喂入直接反拉得到纖維，包括麻葉夾持鏈輸送裝置、纖維夾持帶輸送裝置、左脫麻機(jī)構(gòu)、右脫麻機(jī)構(gòu)、中間壓碎機(jī)構(gòu)、動(dòng)力及傳動(dòng)裝置。麻葉夾持鏈和纖維夾持帶平行、與前后脫麻機(jī)構(gòu)傾斜45°、與壓碎滾垂直配置，在將麻葉軸向喂入的同時(shí)將纖維切向拉出。2套脫麻機(jī)構(gòu)喂入端軸向開啟，兩滾筒喂入端部為圓臺(tái)形。麻葉在夾持鏈夾持下中部從左脫麻機(jī)構(gòu)的端部進(jìn)入直接切向拉出，基部進(jìn)入壓碎滾壓碎，壓碎滾筒末端開啟，纖維夾持帶將壓碎的基部從壓碎滾筒的端部出來(lái)軸向進(jìn)入右脫麻機(jī)構(gòu)，并將纖維切向拉出，完成劍麻纖維的提取。傳動(dòng)路線見圖2。

圖2 動(dòng)力傳動(dòng)路線圖

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)和參數(shù)

（1）喂料機(jī)構(gòu)由與麻葉堆放臺(tái)連接的滑板、前擋桿、左右可移動(dòng)調(diào)節(jié)定位的右喂麻擋板和兩道撥送鏈條組成，右撥送鏈條與夾持鏈的鏈條是同一根，滑板下端與撥送鏈條的間隙略大于麻葉的厚度以利麻葉通過(guò)。

（2）麻葉夾持輸送裝置見圖3，首次將公知的夾持鏈用于劍麻夾持，由驅(qū)動(dòng)輪、從動(dòng)輪、鏈條托軌、鏈條、壓桿、推桿、圓柱壓簧等組成。輸送速度0.3 m/s左右，則喂入拉出速度0.21 m/s左右，生產(chǎn)率2t鮮葉/h左右。

圖3 麻葉夾持輸送裝置

圖中1是麻葉壓緊機(jī)構(gòu)，2是麻葉輸送機(jī)構(gòu)，夾持度可調(diào)。

（3）纖維夾持輸送裝置見圖4，首次采用ZL200820046933.9苧麻聯(lián)合收獲機(jī)的雙向自動(dòng)脫麻機(jī)纖維夾持帶的夾持原理，由上下兩套偶合而成，上下夾持機(jī)構(gòu)均由傳動(dòng)輪、從動(dòng)輪、上（下）壓（托）輪、夾持輸送帶組成，兩夾持帶為縱向凹凸筋槽相互偶合的膠帶，速度與夾持鏈同步。

圖4 纖維夾持輸送裝置

圖中1是驅(qū)動(dòng)輪，2是夾持帶，3是壓緊輪，4是張緊輪，5是夾持架，6是從動(dòng)輪，夾緊度可調(diào)。夾持帶的斷面為W型，將纖維折彎咬住，防止滑溜。

（4）脫麻機(jī)構(gòu)為雙滾筒，兩滾筒葉片相互咬合反向旋轉(zhuǎn)，葉片線速度15 m/s左右，直徑200㎜左右，左脫麻機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)度是右脫麻機(jī)構(gòu)的2倍，兩者垂直配置。

（5）麻葉基部壓碎機(jī)構(gòu)為一對(duì)輥筒，下輥為光輥，上輥帶升角為45°旋向與旋轉(zhuǎn)方向相同的多余螺旋滾刀，將基部分成條。設(shè)置在右脫麻機(jī)構(gòu)前，其線速度與夾持鏈輸送速度的相同。

（6）一個(gè)動(dòng)力，純機(jī)械傳動(dòng)，減速轉(zhuǎn)向箱由兩副圓錐齒輪和兩副圓柱齒輪組成，2個(gè)輸出軸分別與輸入軸成45°和90°。

4 技術(shù)關(guān)鍵與創(chuàng)新

本技術(shù)是按照中間橫向喂入直接反拉得到纖維的方法研制的一種全新的劍麻纖維提取機(jī)。2套雙滾筒脫麻機(jī)構(gòu)交叉配置雙向脫麻，鏈帶分別夾持輸送麻葉和纖維是本技術(shù)的關(guān)鍵。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是：

（1）脫麻機(jī)構(gòu)為反向旋轉(zhuǎn)的雙葉片滾筒，一端開啟，滾筒的開啟端為圓臺(tái)形，麻葉能從中部橫向進(jìn)入，2套脫麻機(jī)構(gòu)左右交叉配置，本實(shí)施例垂直。分別完成中梢部和基部加工。

（2）麻葉采用夾持鏈夾持輸送，纖維采用斷面為W型上下偶合的夾持帶夾持輸送，鏈帶平行，尾首重疊銜接，與脫麻機(jī)構(gòu)傾斜配置，本實(shí)施例成45°。

（3）喂入鏈2條平行。右邊的一條后端與夾持鏈重疊銜接，本實(shí)施例與夾持鏈?zhǔn)且桓I條。

（4）在右脫麻機(jī)構(gòu)前設(shè)置壓碎機(jī)構(gòu)，本實(shí)施例輥筒軸線與夾持鏈垂直，壓碎上輥為螺旋升角為45°，旋向與軸旋轉(zhuǎn)方向相同的螺旋滾刀，將基部麻葉壓碎并分散。

5 有益效果與前景

本技術(shù)是在分析總結(jié)國(guó)內(nèi)外劍麻纖維收獲加工機(jī)械技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)存在的問(wèn)題，結(jié)合近10年來(lái)研制苧麻纖維收獲加工機(jī)械的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)而研制的，技術(shù)含量和工作性能優(yōu)于國(guó)內(nèi)外同類先進(jìn)技術(shù)，處于領(lǐng)先水平。本設(shè)備的實(shí)施將產(chǎn)生以下明顯的有益效果：

（1）比大型的橫喂式設(shè)備結(jié)構(gòu)小、重量輕、人均生產(chǎn)率提高2倍以上，度電生產(chǎn)率提高2倍以上；比直喂式加工質(zhì)量好；比反拉式勞動(dòng)強(qiáng)度低。

（2）從進(jìn)到出鏈帶夾持，實(shí)現(xiàn)了純機(jī)械全自動(dòng)化；結(jié)構(gòu)緊湊，可與割麻機(jī)配套實(shí)現(xiàn)田間聯(lián)合收獲。

（3）雙滾脫麻比單滾加定刀調(diào)整方便。

（4）既可單機(jī)作業(yè)適合個(gè)體小規(guī)模使用，又可多機(jī)并列組成加工機(jī)組適合農(nóng)場(chǎng)集中加工，適應(yīng)性能廣。

6 結(jié)論

一種新型的劍麻纖維提取設(shè)備基本解決了現(xiàn)行技術(shù)存在的缺陷，具有顯著的技術(shù)進(jìn)步，既可固定作業(yè)實(shí)現(xiàn)集中加工，又可與割麻機(jī)配套田間移動(dòng)作業(yè)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合收獲，設(shè)計(jì)思路新穎，技術(shù)方案可行，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，具有開發(fā)前景。建議進(jìn)一步優(yōu)化參數(shù)、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化性能，并在此基礎(chǔ)上開展劍麻收割機(jī)和聯(lián)合收獲機(jī)的研發(fā)，加速成果轉(zhuǎn)化，盡快推廣應(yīng)用，促進(jìn)麻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

[1]咸寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)院.一種新型的劍麻纖維提取設(shè)備；中國(guó)，ZL201520084827.5[P],2015.09.09.

[2]饒正良，饒崇明.200810046933.9苧麻聯(lián)合收獲工作原理與設(shè)計(jì)技術(shù)[j].湖北農(nóng)機(jī)化.2011.（3）46-48.

[3]咸寧市農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所.苧麻聯(lián)合收獲機(jī)的雙向自動(dòng)脫麻機(jī)，中國(guó)，ZL200810046933.9[P].2014.08.13.

[4]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)2002年1月第四版北京：化學(xué)工業(yè)出版社.

2016-07-30）