剪切擊打混合式艾草脫葉機構(gòu)的設(shè)計

賴曲芳，黎元瑞，姚星，劉斌，鄧勇杰，胡淑芬，肖本貴

（江西農(nóng)業(yè)大學工學院，江西南昌 330045）

艾草作為醫(yī)用藥物已有2 000多年的發(fā)展歷史，早在晉唐時期，人們就將艾草用于艾灸療法[1]。近期研究表明，艾草有著抑菌、抗蟲、抗氧化等藥理作用，其中艾葉還對人體有著抗癌、止血、利膽等作用[2-3]。在艾草加工領(lǐng)域，目前應(yīng)用廣泛且相對而言脫葉效果較好的是擊打式脫葉[4]，其中代表裝置有湖北大學張鵬楚[5]等設(shè)計的利用回轉(zhuǎn)滾筒擊打脫葉的艾草脫葉機。雖然回轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)簡單，但是由于脫葉滾筒作用范圍有限，在應(yīng)對堆疊或發(fā)生纏繞的采草時，只能對表層艾葉進行脫離，導致單次脫凈率低，往往需要將艾草多次置入機器中脫葉，并且裝置中堅硬的擊打元件易將艾草梢部莖稈擊斷導致含雜率上升，同時艾葉也易被擊碎造成營養(yǎng)成分的流失。針對以上問題，文章設(shè)計了一種混合式艾草脫葉機構(gòu)，在現(xiàn)有回轉(zhuǎn)脫葉機構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加了剮蹭脫葉機構(gòu)，其脫葉力作用在艾草的側(cè)面，對堆疊的艾草也有較好的脫葉效果，此外剮蹭機構(gòu)還有梳理艾草的作用，減少了艾草纏堆疊現(xiàn)象的發(fā)生。剮蹭脫葉機構(gòu)和回轉(zhuǎn)脫葉輥的協(xié)同作用，大大提高了脫葉效率，并且回轉(zhuǎn)脫葉輥上采用柔性元件，降低了艾葉的破損率，文章設(shè)計的艾草脫葉機構(gòu)對提高艾草加工生產(chǎn)效率和艾草加工質(zhì)量有重要意義。

1 脫葉機結(jié)構(gòu)分析

1.1 整體結(jié)構(gòu)

本脫葉裝置由輸送帶、脫葉機箱、電動機、傳動機構(gòu)及其他連接元件組成見圖1。艾草的脫葉過程在脫葉機箱中完成。脫葉機箱的外部安裝有鏈條、齒輪、帶輪等傳動元件，艾草脫葉過程中的飛屑不會干擾傳動機構(gòu)的運行。脫葉機的動力由2個電機提供，其中一個電機控制輸送輥轉(zhuǎn)速，另外一個電機控制回轉(zhuǎn)脫葉輥轉(zhuǎn)速，可根據(jù)艾葉特性分別對輸送速度和脫葉速度進行調(diào)整。

圖1 脫葉機整體結(jié)構(gòu)Fig.1 The overall structure of defoliator

1.2 脫葉結(jié)構(gòu)

脫葉機箱內(nèi)含3組輸送輥，兩組脫葉輥，每組脫葉輥包含上下布置的1根回轉(zhuǎn)脫葉輥和1根剮蹭脫葉輥，輸送輥采用間隔分布，上下對稱布置。兩組脫葉輥各夾在一對輸送輥之間，且每組脫葉輥中的回轉(zhuǎn)脫葉輥分別一上一下布置，使得艾草的上下面均能被作用到，輥組分布情況見圖2。脫葉力由回轉(zhuǎn)脫葉輥上的柔性脫葉元件和剮蹭脫葉輥上的一排剮蹭棒產(chǎn)生，考慮到剮蹭棒的存在會阻礙艾草在輥組間的行進，為此在剮蹭脫葉輥軸兩端各安裝了1個彈簧，使得艾草在撞擊到剮蹭棒時，剮蹭棒能帶動剮蹭脫葉輥轉(zhuǎn)動一個角度，提高了艾草的通過性。為增加回轉(zhuǎn)脫葉輥的作用面積，每個回轉(zhuǎn)脫葉輥上都有3排柔性脫葉元件，且交錯排列，見圖3。

圖2 輥組分布圖Fig.2 The roller set distribution diagram

圖3 回轉(zhuǎn)脫葉輥安裝圖Fig.3 The installation drawing of flexible deblading element

考慮到柔性脫葉元件工作強度高，為便于其損壞后的更換，設(shè)計了一種易于拆卸和安裝機械結(jié)構(gòu)。柔性脫葉元件為下端粗、上端細的弧形圓柱體，其下端置于脫葉元件安裝筒內(nèi)，上端穿過固定板，固定板通過螺釘固定在脫葉元件安裝筒上。若有柔性脫葉元件損壞，只需將固定板上螺釘取下，移除固定板后，便可將損壞的柔性脫葉元件取下。

設(shè)計中，為了減少脫離過程中艾葉的破損，采用了聚氨酯材料制作回轉(zhuǎn)輥上的脫葉元件，使得其具有一定的撓性，相比于剛性元件而言，使用撓性元件在脫葉時艾草纏繞在脫葉輥的概率大大減小[6]，同時對艾葉的損傷也會降低[4]。

2 工作原理

在脫葉機箱中，由輸送輥、回轉(zhuǎn)脫、葉輥、剮蹭脫葉輥的協(xié)同工作完成將艾稈上艾葉的分離，脫葉力由剮蹭脫葉輥和回轉(zhuǎn)脫葉輥產(chǎn)生。開始脫葉時，艾草被放置在傳送帶上，帶動艾草向右移動，傳送帶右端連接在進料口處的輸送輥上，艾草被輸送至脫葉機箱進料口后，輸送輥夾持艾草前進，見圖4，艾草從剮蹭棒間的各個間隙中穿過，艾草被分成多個排列整齊的部分，即剮蹭棒對艾草的梳理作用，減少了艾草的纏繞現(xiàn)象，使得脫葉元件能接觸到更多的艾葉，繼而提高脫葉率。艾草在機器中行進時，首先受到回轉(zhuǎn)脫葉輥上擊打元件的沿回轉(zhuǎn)圓周切線方向的擊打力作用，使得脫葉機中艾草的上下表面部分艾葉脫離，與此同時在柔性元件兩側(cè)，擊打力作用不到的位置，艾草還受到柔性元件產(chǎn)生的擠壓力作用，迫使艾草向前進方向兩側(cè)移動，因而圓柱剮蹭棒與艾草發(fā)生擠壓，艾草貼緊剮蹭棒，此時艾草因受夾持力向前運動，剮蹭棒與艾草間存在速度差，剮蹭棒便產(chǎn)生阻礙艾草前進的力。見圖5。力在艾草莖葉連接處產(chǎn)生剪應(yīng)力，艾葉葉柄折斷，此剪應(yīng)力可作用于剮蹭棒的整個側(cè)面，而對堆疊的艾草而言，其側(cè)面為常規(guī)回轉(zhuǎn)脫葉機難以作用到的區(qū)域，本機構(gòu)中的剮蹭棒則有效地解決了這一問題。艾草完成脫葉后艾稈從右側(cè)出口離開，艾葉從下方漏斗狀出口離開（見圖4）。脫葉的同時完成了艾葉和艾稈的分離。由上述可知本脫葉機的脫葉力由剮蹭脫葉輥和回轉(zhuǎn)脫葉輥產(chǎn)生，相對傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)脫葉方式而言，本脫葉機脫葉力不但作用于脫葉機中的艾草上下表面，還可深入作用于于艾草側(cè)面并降低艾草在脫葉過程中的纏繞現(xiàn)象，整體的脫葉效果得到了提高。

圖4 脫葉過程圖Fig.5 The defoliation process diagram

圖5 受力分析圖Fig.7 The force analysis diagram

3 結(jié)論與討論

文章設(shè)計的艾草脫葉裝置具有以下特點：回轉(zhuǎn)脫葉輥和剮蹭脫葉輥配合工作，減小了脫葉作用盲區(qū)，提高了脫葉效率；回裝脫葉輥上柔性脫葉元件的使用，減少了脫葉過程中可能造成的艾葉的破損；雙電機分別控制脫葉輥和輸送輥使得輸送速度和脫葉輥轉(zhuǎn)速可調(diào)，方便為不同特性的艾草設(shè)置不同的電機轉(zhuǎn)速，適應(yīng)性得以提高。

本脫葉裝置結(jié)合使用了回轉(zhuǎn)脫葉輥與剮蹭脫葉輥，彌補了目前回轉(zhuǎn)脫葉裝置對堆疊、纏繞的艾草脫葉能力不足導致脫葉率低的缺陷，艾草脫葉過程中被脫葉作用部分的面積得以提高，使得艾草在一次行程中，脫葉效率得到提高，但本裝置在對艾草柔軟梢部艾葉的脫離方面稍顯不足，未來嘗試在機構(gòu)中加入拉拔裝置進行研究[7]。此外，由于植物的共有特性，本裝置除可用于艾草的加工外，還可用于其他有葉柄類植物的脫葉加工。