苧麻纖維初加工機械化技術創新研究與試驗

咸寧市農科院農機研究所 饒崇明 饒正良

0 引言

苧麻俗稱“中國草”，是我國的傳統特色經濟作物，苧麻纖維號稱“天然纖維之王”，作為紡織原料在我國有近5000年的歷史。咸寧市是全國三大苧麻產區之一，譽稱“苧麻之鄉”，苧麻產業已經發展成為全市經濟發展的重要支柱產業，也是發展潛力較大的優勢產業。

苧麻產業發展不起來只因收獲加工太困難。為了破解制約苧麻產業發展的機械化收獲加工技術難題，為苧麻產業的發展提供科技支撐，農機研究所從2003年起把苧麻收獲加工機械化技術的研究作為科技創新的重點，產學研推結合，從分析現有機械化技術和苧麻莖稈機械物理特性入手，經過10年的研究試驗，完成了從手工工具到聯合收獲機多種收獲方式的一系列機械化技術創新，包括技術方案、專利技術、設計圖紙、實體樣機、研究報告、技術標準、科技論文等。

1 主要科技創新

1.1 新型人力反拉式——6TM－20型兩用脫麻及手工工具——皮骨雙脫器技術

圖1 兩用脫麻機整機圖

6TM20型兩用脫麻機見圖1。是將收割后的鮮麻稈脫去麻骨表皮和部分膠質或將剝制的鮮麻皮脫去表皮和部分膠質的苧麻纖維初加工機械，由動力（4）、機架（5）、皮帶及齒輪機構（3）、一對脫麻滾筒（2）、帶兩個喂麻口的罩蓋（1）組成。一對脫麻滾筒相互咬合，反向旋轉，滾筒葉片在圓周上軸向均布，焊接結構，下滾葉片兩端裝有比滾筒外徑大的撐盤，防止麻從滾筒兩端滑落纏繞軸及軸承，罩蓋和喂入口組成一個整體，設有掛麻桿插入管，水平和垂直兩個喂麻口，水平喂麻口設有封蓋并附漏斗，喂麻口為扁形，握拳的手進不去。本技術與國內同類技術相比有如下優點：安全性能好、操作使用簡單、出麻質量高；既能脫麻稈，又能脫麻皮，能滿足剝麻和割剝麻輪作的農藝要求；機具結構緊湊、簡單、造價低、調整方便、有座式和立式（座式安裝在人力板車上移動方便）供麻農選購。

圖2 便攜式皮骨雙脫脫麻器示意圖

便攜式皮骨雙脫脫麻器見圖2。由安裝底板（1）、支架（2）、皮骨雙脫器（3）組成。皮骨雙脫器由帶破稈尖頂的門形雙面動刀（3.1）、左右兩把定刀（3.2）和定位器（3.3）及壓麻器（3.4）組成。操作者將麻稈放入定位器上腳踩踏板將麻稈壓入（將麻稈折斷從折斷處容易壓入）或不用壓麻器，將麻稈折斷，從折斷處將麻稈直接壓入，握住麻稈往后拉，掉頭放入握纖維往后拉即完成一根麻稈的剝制得到麻纖維，工效是現行刮麻器的1.5倍，適合山區小面積個體麻農使用。

1.2 直喂式苧麻三脫機和A型苧麻三脫機技術

苧麻三脫機見圖3。由機架（1）、動力（2）、傳動裝置（皮帶及齒輪傳動）（3）、帶分麻器的工作臺（4）、帶刮刀的剖展裝置（5）、帶斬刀的喂入滾筒（6）、脫麻滾筒（7）、刮皮分離滾筒（8）、反拉滾筒（9）、輸導清理滾筒（10）、集麻架（11）、護罩（12）組成。鮮麻稈在分麻器的引導和喂入滾筒的牽引下進入剖展裝置，麻稈底部被剖刀縱向割開，在繼續送進中被展麻三角塊展開，進入喂麻滾筒后將麻稈展壓成麻骨朝下的帶狀，帶斬刀的下滾將麻骨斬成小段，以利分離，幾對脫麻滾筒為葉片滾筒，上滾刮青皮，下滾脫麻骨，反拉滾筒是一對光滾，將麻稈尾部快速從脫麻滾筒拉出，解決鼠尾問題并擠壓膠質。輸導清理滾筒將纖維輸導清理后拋搭在集麻架上。

圖3 苧麻三脫機整機圖

A型苧麻三脫機見圖4。由帶分麻器的工作臺（4），剖展裝置（6），喂入脫膠滾筒（7），反向脫麻裝置（8），反拉脫膠滾筒（9），正向脫麻滾筒（10）和控制箱（5）等組成。整個脫麻過程是先將麻骨剖展成麻骨朝下的麻帶，喂入、反拉滾筒與正向、反向脫麻滾筒配合，分別脫梢部及基部的麻骨和表皮，同時擠壓出膠質。反向脫麻滾筒安裝在擺架上，用螺旋拉伸彈簧保持常開和復位，用光電開關做傳感器，用電磁鐵做執行元件，用鋼絲繩牽引。當麻帶進入反拉（脫膠）滾筒、正向脫麻滾筒后或麻桿剩下200mm時，自動控制裝置將反向脫麻滾筒閉合，加工尾部。反拉滾筒的表層是用摩擦系數大、彈性好的橡膠材料制成，既能通過尚未脫去皮骨的麻帶，又能夾住纖維拉出，脫去尾部，解決鼠尾問題，并進一步擠壓膠質，提高三脫質量。

圖4 A型苧麻三脫機整機圖

本項目研制的直喂式脫麻機解決了現行用于生產的人力反拉式簡易剝麻機需人工手持兩次喂入剝麻，勞動強度大，安全性能差，生產效率低的問題，是現行人力反拉式剝麻機的換代機型，與21世紀后有關單位研制的直喂式機型相比，設計發明了能將麻稈割展成麻帶的剖展裝置，從原理上解決了“鼠尾”問題。

1.3 一次喂入式雙向自動脫麻與雙向自動高效脫麻機械化技術與設備

雙向自動脫麻機見圖5和圖6。由動力及機械傳動系統（1）、液壓系統（2）、機架（3）、橫向集束喂麻臺（5.1）和縱向夾持喂麻機構（5.2）組成的雙向自動喂麻裝置（5）與設置在左右兩端的兩套脫麻裝置（4和6）機械連接而成。橫向集束喂麻臺的撥爪（5.1.2）將麻稈集成一束一束的麻把送到縱向喂麻槽中，在托收機構的配合下，麻稈手夾持麻稈，纖維手夾持纖維，分別送入兩端的脫麻裝置加工麻稈的梢部和基部，將加工好的麻纖維放掛在集麻架上。兩套脫麻裝置均由一對葉片滾筒和一對擠壓光滾組成。擠壓滾設置在入出口處，麻稈喂入時開啟，反向拉出纖維時壓緊滾壓出纖維內的膠質。機電液結合，機械手的工作及脫膠采用液壓傳動，其余為機械傳動，液壓的動作由電磁換向閥控制，電磁閥由行程開關控制。本項技術既省去了刮麻器需人工田間剝麻的工序，又解決了人力反拉式剝麻機勞動強度大不安全的問題，還克服了現行研制的直喂式剝麻機皮骨分離不清，纏麻鼠尾嚴重的不足，具有自動化程度高，安全性能好，原麻質量好的顯著特點。

圖5 雙向自動脫麻機整機構造示意圖

圖6 雙向自動脫麻機喂麻裝置構造示意圖

雙向自動高效脫麻機見圖7。是針對上述雙向自動脫麻樣機試驗中發現的問題為提高工作可靠性和生產效率改進設計的：一是將撥指鏈橫向集束交兩機械手縱向喂入拉出，改為夾持鏈橫向夾持喂入，夾持帶夾持纖維橫向喂入加工完中部后縱向拉出，由卸麻撥指鏈將纖維卸入集麻箱中；二是將兩套脫麻裝置加長，且一長一短，將平行設置改為人字型設置，并在尾端設置帶擠刮器的擋麻銷，阻止纖維沿滾筒軸線移動，夾持機構將纖維繞擋麻銷反向拉出，兩套脫麻裝置連續脫麻；三是在麻稈夾持鏈和纖維夾持帶的交接處設置纖維梳理機構；四是省去了液壓系統及控制元件全部采用機械傳動。麻稈由夾持鏈夾持橫向喂入，兩套脫麻機構雙向脫麻，一套脫基部，一套脫梢部，基部纖維拉出經梳理后由纖維夾持帶夾持脫完中部后縱向拉出。雙向自動高效脫麻機首創脫麻機新結構、新原理，主要創新點：一是橫向連續喂入雙向自動脫麻，生產效率高，預計是現行刮麻器的100倍，動力剝麻機的20倍；二是既可場上固定作業實現集中加工，又是苧麻聯合收獲機的關鍵核心部件與割麻機配套，田間移動作業實現聯合收獲。

1.4 苧麻聯合收獲機械化技術與設備

苧麻聯合收獲機見圖8。創造性關鍵技術是割脫聯合一次性連續完成割麻和脫麻，直接得到苧麻纖維的聯合收獲技術。設備由立式割臺（1）、中間輸送裝置（3）、雙向自動脫麻機（4）、集麻倉（5）等專用部件和底盤（包括動力及傳動裝置（6）、操作控制機構（2）、行走裝置（7））組成。割臺配置在正前方，脫麻機配置在后上方，割臺和脫麻機通過配置在一側的中間輸送裝置連接，三者呈匚型配置。底盤部分與半喂入式稻麥聯合收獲機通用，換上谷物輸送、脫粒及清選裝置即成谷物聯合收獲機，實現一機多用。脫麻采用自動高效的雙向脫麻機見圖7，是本機的關鍵核心部件；割臺為立式割臺，由分麻器、扶麻器、撥麻星輪、切割器和側向輸送器組成，中間輸送裝置為側面旋轉輸送裝置，由下夾持輸送鏈和中上撥指輸送鏈組成。三道輸送鏈傾斜安裝，前后兩端分別與割臺輸送鏈和脫麻機喂麻夾持鏈銜接。效率預計是人工的100倍，現行機械的20倍左右，每小時收獲4～6畝（1hm2＝15畝），填補了苧麻聯合收獲機空白。

圖8 苧麻聯合收獲機整機示意圖

2 推廣、應用情況

2.1 6TM20型兩用脫麻機的推廣情況

該機是本項技術研究轉化的第一個專利技術產品，安全性能好、造價低，既能脫麻稈，又能脫麻皮，能滿足麻農剮剝麻皮（認為苧麻不宜砍割）或割剝輪作的農藝要求。2005年通過推廣鑒定后列國家支持目錄和湖北省購補目錄推廣應用。當年推廣30臺，2006～2007年包括委托恒達農機修造廠和咸寧市長榮機械廠生產銷售在內300臺。在麻價下跌，工價上漲，用刮麻器不合算，用簡易脫麻機也不合算的情況下，棄麻、毀麻的事情已經發生，從而嚴重影響簡易打麻機的推廣。因為農業機械化是農業工程技術與農業生物技術相結合，并取得高于人畜力的經濟效益和社會平均效益的過程，即農機化＝（農機＋農藝）×經濟效益。

2.2 高端產品尚未開發轉化應用的原因

農業機械不同于其它機械，受土壤、作物、農藝諸多因素制約。特別是苧麻纖維收獲加工機械既要剝外面的皮，又要吐里面的骨，還需擠出纖維中的膠質，難度比較大。麻機即麻煩之機，從理論到實踐，從研究到應用有一個試制試驗改進的循環過程，美國的采棉機花了100多年，日本的插秧機也花了80年。咸寧市農機所主持開展這項工作，由于投入不足，項目進展受到嚴重影響，高效脫麻機和苧麻聯合收獲機的技術方案在2008年初就已基本形成，由于資金短缺，未能開展樣機研制試驗。2012年南京農機所答應出錢做樣機后才設計出自動高效脫麻機樣機圖紙，交給南京農機所試制。

2.3 應用前景分析

2.3.1 客觀需求分析

減輕勞動強度，緩解季節性勞力不足，保證原麻質量，增加麻農收入，實現品種改良，減少脫膠污染和成本，實現農業現代化等客觀上都對苧麻收獲加工機械化提出了迫切要求。特別是在當今苧麻產品還主要依賴外銷，受制于人，受國際金融危機的影響麻價下降而工價上漲的情況下，只有用自動高效的脫麻機直至苧麻聯合收獲機，才能大幅度提高植麻的比較效益，從而保護麻農種麻積極性，保持苧麻國寶，挽救苧麻紡織，發展苧麻產業。因為又苦又累，與收入不成比例的生產方式，新一代農民是不能接受的。

2.3.2 市場容量分析

從目前我國苧麻種植小面積個體化的現狀看，存在市場容量小的問題，這是目前企業研發麻機積極性不高的原因。從長遠看苧麻種植必然向區域化、良種化、規模化方向發展。隨著人們生活水平的提高，返璞歸真，回歸自然，舒適健康等新的消費觀念的興起，將改變依賴出口受制于人的局面，國際、國內市場對苧麻紡織品需求會增加，種植面積將擴大；另一方面由于石油資源面臨枯竭導致油價上漲，全球紡織格局中以化纖為支撐的世界紡織原料體系開始動搖，將加大對天然纖維及產品的開發力度，苧麻紡織將直接受益于這一變化。隨著苧麻產業的拓展和規模化生產，苧麻收獲加工機械將成為整個苧麻產業鏈的新亮點，具有廣闊的市場空間。

3 結語

苧麻是我國的國寶，苧麻收獲加工機械化前承苧麻種植，后啟麻紡加工，是苧麻產業化的重要組成部分和前提。咸寧市農科院經10年潛心研究，創建了比較完整的收獲加工機械化技術體系。成果的轉化可使植麻農民增收，麻紡企業增效，并可形成機械、人造板、飼料、食用菌等新型產業，建議政府及有關部門予以支持。

［1］饒正良，李逸悟.發展苧麻機械化 促進苧麻產業化.湖北農機化，2007（1）：34－36.

［2］饒正良，張小娟，熊常財.200810046933.9苧麻聯合收獲機工作原理與設計技術.湖北農機化，2011（3）：46－48.

［3］ZL200320116014.7苧麻三脫機；ZL200520097450.3兩用脫麻機；ZL200520097451.8A型苧麻三脫機；ZL200720085190.7雙向自動脫麻機專利文獻.