ZMFQSL-1型苧麻開纖水理設備設計與試驗

蘇工兵，吳奇明，袁浪佳，周會勇

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ZMFQSL-1型苧麻開纖水理設備設計與試驗

蘇工兵，吳奇明，袁浪佳，周會勇

（武漢紡織大學機械工程與自動化學院，武漢 430073）

針對現(xiàn)有苧麻脫膠后纖維開纖中纖維束混亂糾纏、梳理難度大、工序不連續(xù)、勞動強度高等問題，結合苧麻纖維機械自動化生產(chǎn)的技術要求，該文采用煮練后麻纖維平直喂入、敲麻開纖、高壓水理清洗和平直輸出等連續(xù)化工序加工原理，對設備整體方案和主要工作部件敲麻開纖裝置、間歇輸送裝置、聚攏裝置以及水理裝置等進行設計，確定其關鍵參數(shù)，并開展樣機麻纖維開纖試驗和纖維質(zhì)量檢測。試驗結果表明：該樣機生產(chǎn)性能穩(wěn)定，麻纖維品質(zhì)均一，大幅降低了勞動強度，生產(chǎn)效率大于120 kg/h（原麻），麻纖維殘膠率小于2.0%，并絲率小于2‰，束纖維斷裂強度為4.3 cN/dtex。研究結果可為苧麻精加工設備的升級換代和苧麻纖維生產(chǎn)規(guī)模化、標準化發(fā)展提供技術支撐。

農(nóng)業(yè)機械；水理；纖維；機構設計；性能試驗

0 引 言

苧麻脫膠后的纖維開纖水洗問題長期困擾該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，人工清洗勞動強度大、功效低，實現(xiàn)機械化高效開纖水洗是解決苧麻精干麻清潔高效生產(chǎn)的必然選擇[1]。圍繞煮練麻纖維后續(xù)加工開纖問題，國內(nèi)外眾多技術人員研制出各種形式的苧麻纖維開纖機械設備。主要有圓盤敲麻機、復式開纖機和旋錘式苧麻水麻開纖機[2-4]，但現(xiàn)有苧麻纖維開纖工藝仍采用圓盤敲麻機來解決這個問題。其他的機型停留在試驗研究階段，無法滿足實際生產(chǎn)的需要[5]。而圓盤敲麻機生產(chǎn)時需要有經(jīng)驗的工人不斷進行翻動，通過自由下落的木槌敲擊使附在纖維表面的膠質(zhì)消除，從而得到較松散的單纖維。但其工序不連續(xù)，勞動強度大，工作環(huán)境差，操作設備的工人難尋且生產(chǎn)出來的麻束處于非順直的混亂狀態(tài)易產(chǎn)生麻結，使后續(xù)麻纖維加工質(zhì)量難以提高[6-9]。

針對上述問題，本文以高壓堿煮化學脫膠或生物脫膠工藝后的麻纖維（煮練麻）為研究對象，提出了麻纖維平直輸送、開纖和水理聯(lián)合處理的技術方案，設計了ZMFQSL-1 型苧麻開纖水理設備樣機，對其工作原理進行分析和關鍵部件結構參數(shù)優(yōu)化確定，并開展了樣機麻纖維開纖水理試驗和纖維質(zhì)量檢測，以期為苧麻纖維機械自動化生產(chǎn)設備的研制提供參考。

1 整機結構與工作原理

1.1 整機結構

根據(jù)苧麻纖維脫膠后纖維的特性和后續(xù)加工工序的質(zhì)量要求[10-14]，設計了ZMFQSL-1型苧麻開纖水理設備樣機如圖1所示。

1. 間歇輸送裝置 2. 敲麻開纖裝置機架 3. 敲麻開纖裝置 4. 電機 5. 聚攏裝置 6. 纖維過渡輸送裝置 7. 水理裝置機架 8. 水理裝置 9. 過濾水箱 10. 水循環(huán)系統(tǒng)

樣機主要由敲麻開纖裝置、間歇輸送裝置、聚攏裝置、纖維過渡輸送裝置、水理裝置和水循環(huán)系統(tǒng)等組成。其中敲麻開纖裝置和水理裝置是整機的主要工作部件，設計的合理性直接影響整機的作業(yè)性能。敲麻開纖裝置敲擊頻率和沖擊力既能實現(xiàn)將吸附纖維表面的殘留膠質(zhì)和雜質(zhì)分離，又能避免纖維輸送時纏繞產(chǎn)生麻結；水理裝置通過一定壓力水對纖維上下表面沖洗從而進一步洗脫膠質(zhì)和雜質(zhì)，并能實現(xiàn)纖維帶狀直線輸送不纏繞；水循環(huán)系統(tǒng)通過過濾后實現(xiàn)水的重復利用，節(jié)約水資源。

1.2 工作原理

樣機作業(yè)過程主要分為敲擊和水理2個環(huán)節(jié)。正常工作時，人工將煮練后麻束平鋪在輸送在輸送帶上，隨著間歇輸送裝置1輸送直線進入敲麻開纖裝置3。在多排敲麻錘沖擊力作用下對煮練麻進行敲擊開纖，同時噴頭噴水浸潤纖維，在此過程中就可將吸附在纖維表面的可溶膠質(zhì)和雜質(zhì)去除。隨著敲擊次數(shù)增加和水流的作用，麻纖維逐漸開纖擴展脫離敲麻開纖裝置3進入聚攏裝置5，擴展開的纖維經(jīng)過聚攏又變成纖維束。通過纖維過渡輸送裝置6進入水理裝置8，隨著多排擠壓輥擠壓纖維和壓力水對纖維上下表面沖洗，喂入的纖維束又被擴展開，進一步洗脫殘留膠質(zhì)和雜質(zhì)，沖洗的水經(jīng)過回收到過濾水箱9中，在水循環(huán)系統(tǒng)10作用下被重復利用，加工后的麻纖維就可進入到下一道加工工序。

1.3 整機主要技術參數(shù)

樣機設計的技術參數(shù)如表1所示。

表1 苧麻開纖水理設備主要設計技術參數(shù)

2 關鍵部件設計

2.1 敲麻開纖裝置設計

2.1.1 結構組成

敲麻開纖機構主要提供沖擊能作用于麻纖維實現(xiàn)纖維開纖和脫去吸附上的殘余膠質(zhì)。由導軌架、導軌、滑動板件、凸輪、滾子、固定導向板和敲麻錘等組成。通過采用凸輪與滾子偏心設計，達到滾子和敲麻錘自由落體運動，完成對煮練麻纖維的敲擊開纖。機構結構如圖2所示。

1）沖擊高度和沖擊質(zhì)量確定

作用纖維表面上的沖擊能對纖維開纖和殘留膠質(zhì)洗脫有重要的影響，為了確定敲麻開纖裝置沖擊高度和沖擊質(zhì)量，以現(xiàn)有圓盤敲麻機單個錘體沖擊參數(shù)為依據(jù)，通過能量守恒定律計算確定本裝置相應參數(shù)。圓盤敲麻機有6個錘頭，單個錘頭結構參數(shù)：錘面面積1為110 mm × 70 mm，錘質(zhì)量為1=7.13 kg，自由落體高度1=140 mm。根據(jù)自由落體的能量守恒定律并考慮錘體作用于麻纖維表面沖擊能全部被纖維吸收，因此本機設計敲麻錘體單位面積上的沖擊能需大于等于圓盤敲麻機的沖擊能，于是有公式（1）。

1. 導軌架 2. 導軌 3. 滑動板件 4. 凸輪 5. 滾子 6. 固定導向板 7. 敲麻錘

1. Rail bracket 2. Rail 3. Sliding plate 4. Cam 5. Roller 6. Fixed director plate 7. Fiber knocking hammer

圖2 敲麻開纖機構結構示意圖

Fig.2 Structure diagram of ramie fiber knocking and opening mechanism

由公式（1）可得

式中，2為本機錘面面積；考慮機幅的寬窄和輸送帶寬度，確定錘面包橡膠后面積2為長×寬=270 mm×30 mm；2為凸輪升程即錘子自由落體的高度，結合整機結構設計參數(shù)，確定凸輪升程2為70 mm；由（2）式計算可知敲麻錘質(zhì)量2≥15.0 kg，因敲麻錘的質(zhì)量可以人為配重，為了獲得較好的敲擊開纖效果，取敲麻錘的質(zhì)量2=20 kg。

2）凸輪設計

由（3）式計算出3≥35.7 mm，考慮到安裝誤差，需在凸輪與滾子之間留有間隙，確定滾子中心的起始高度3=40 mm。根據(jù)以上的參數(shù)及設計要求，確定凸輪的升程運動角為138°，凸輪的回程運動角為42°，利用Pro/E繪制出凸輪輪廓[18]。

在回程階段，為避免凸輪與自由落下的滾子相碰撞，凸輪轉(zhuǎn)過的角度需小于回程角。由圖3得到下式（4）。

由公式（4）計算可知，1≤6.11 rad/s，由此選定凸輪軸轉(zhuǎn)速1=5.5 rad/s。

注：r為滾子的半徑，mm；R為凸輪的基圓半徑，mm；L為凸輪基圓中心與滾子中心距，mm；h2為凸輪升程，mm；h3為滾子中心的起始高度，mm；e為凸輪與滾子的偏心距，mm。

2.1.2 沖擊次數(shù)與喂入量的確定

為了確定沖擊次數(shù)和單次麻纖維的喂入量對苧麻纖維開纖效果的影響，以樣機為試驗臺架，以脫膠后殘膠率3.5%～4.1%苧麻纖維作為試驗樣本，在不同喂入量1.0、1.3、1.6 kg及不同沖擊次數(shù)4、6、8、10次條件下進行試驗。通過國標GB/T5889-1986纖維殘膠率的檢測方法，對沖擊后麻纖維殘膠率進行測定，試驗結果表明，當喂入量為1.3 kg和沖擊次數(shù)為8時敲擊開纖效果較好。為此，設計敲麻開纖機構為4排3列，共計24個敲擊錘。

2.2 間歇輸送裝置設計

2.2.1 結構組成

考慮敲麻錘自由落體沖擊纖維時麻纖維處于靜止狀態(tài)，輸送裝置不能連續(xù)運動，因此采用間歇輸送裝置。其結構圖如圖4所示。間歇輸送裝置由輸送帶1、輸送輥2、鏈條3、槽輪4、轉(zhuǎn)臂5組成。通過凸輪機構和槽輪機構運動匹配，完成敲麻錘升起→輸送帶輸送→輸送帶停止→敲麻錘敲擊的敲擊開纖處理工藝路線，如此循環(huán)往復。

1. 輸送帶 2. 輸送輥 3. 鏈條 4. 槽輪 5. 轉(zhuǎn)臂

1. Conveyor belt 2. Conveying roller 3. Chain 4. Sheave 5. Tumbler

注：2為轉(zhuǎn)臂撥輪的角速度，rad/s；3為槽輪運動時的平均角速度， rad/s；4為輸送輥運動時的平均角速度，rad/s；21為轉(zhuǎn)臂撥輪的運動角，(°)；22為槽輪的運動角，(°)。

Note:2is angular velocity of tumbler dial wheel，rad/s;3is average angular velocity of sheave for the movement，rad/s;4is average angular velocity of the conveying roller for the movement，rad/s; 21is moving angle of tumbler dial wheel，(°); 22is moving angle of sheave，(°).

圖4 間歇輸送裝置結構示意圖

Fig.4 Structure diagram of intermittent transportation device

2.2.2 參數(shù)確定

1）槽輪單次運動時間的確定

設定轉(zhuǎn)臂撥輪轉(zhuǎn)動與凸輪軸傳動比為1，即2=1，則根據(jù)公式（5）可知，槽輪的單次運動時間2=0.28 s，此時凸輪的升程時間3=1=0.44 s，滿足槽輪運動時間小于凸輪升程時間的設計要求，避免了敲麻錘自由落體敲擊麻纖維時麻纖維處于輸送狀態(tài)。

2）輸送帶單次運動位移量的確定

輸送帶由輸送輥通過槽輪鏈條驅(qū)動，輸送輥直徑和槽輪傳動比決定了麻纖維在輸送帶上移動的位移，槽輪單次驅(qū)動輸送帶移動的位移1必須小于設計的敲麻錘面寬30 mm，否則會出現(xiàn)麻纖維的“漏敲”現(xiàn)象。

則輸送帶移動的位移量如式（6）。

式中1=115 mm，其中輸送輥直徑為105 mm, 帶厚度為5 mm；2=0.28 s為槽輪單次運動時間；3為槽輪運動時的平均角速度，其值為1=2=3=5.5 rad/s。

根據(jù)公式（6）可知，當鏈傳動比=1/3時，輸送帶單次運動位移量1為29.51 mm，滿足設計要求。由此可確定輸送輥與槽輪鏈條傳動比=1/3。

間歇輸送裝置輸送帶總體的平均線速度1即為輸送帶在滾輪從動件完成1個上升和落體的時間內(nèi)的輸送帶位移量如式（7）。

2.3 聚攏裝置設計

麻纖維經(jīng)敲麻開纖裝置的連續(xù)敲擊后，帶狀麻纖維部分擴展超過了輸送帶的寬度，容易越過輸送帶邊界纏繞不利于輸送到后續(xù)水理裝置。更重要的是通過聚集收攏使擴展開的纖維實現(xiàn)了翻動，有利于纖維處理的均一性。為此設計了聚攏裝置。聚攏裝置主要由聚攏機架1、曲柄2、連桿3、牽引滑塊4、聚攏桿5、鏈輪6、聚攏滑塊7、聚攏板8、導軌9等部分組成，如圖5所示。

該機構采用曲柄滑塊原理，牽引滑塊4由連桿3的帶動下在豎直導軌10作豎直方向往復運動，聚攏滑塊7和聚攏板8由聚攏桿5帶動在橫向?qū)к壍淖饔孟聶M向聚攏的往復運動，完成對麻纖維的往復式聚攏作業(yè)。其中，為了保證聚攏板8張開時不脫離輸送帶寬度850 mm，確定其兩側(cè)聚攏扳最大張開距離為850 mm，聚攏板完全聚攏時，2個聚攏板的內(nèi)側(cè)距離為200 mm，即聚攏機構完成1個工作循環(huán)。通過兩側(cè)的聚攏板流線型曲面設計，聚攏板的前端彎曲成100°圓弧，可實現(xiàn)少量擴展到輸送帶邊界的纖維被帶回，避免了麻纖維的“糾纏”現(xiàn)象。兩側(cè)聚攏板的底端包裹著柔性材料，安裝時與輸送帶之間預設一定的擠壓力，保證在工作行程中聚攏作業(yè)的可靠性。

1. 聚攏機架2. 曲柄3. 連桿4. 牽引滑塊 5. 聚攏桿 6. 鏈輪 7. 聚攏滑塊 8. 聚攏板 9. 橫向?qū)к?10. 豎直導軌

2.4 水理裝置設計

2.4.1 結構設計

經(jīng)過敲擊開纖聚攏后的麻纖維束，實現(xiàn)了纖維開纖和大部分果膠、木質(zhì)素等膠雜物質(zhì)去除，但還有部分膠質(zhì)和殘余雜質(zhì)吸附在纖維上，還需進一步開纖與水洗才能滿足后續(xù)的加工需求。由此設計了水理裝置，該裝置壓力水對纖維正反面在輸送的過程中實現(xiàn)沖洗，不僅能洗脫吸附在纖維的膠質(zhì)和雜質(zhì)，而且能實現(xiàn)纖維在壓力水的作用下再次開纖。該裝置采用階梯布置的多組水理機構組成。其水理機構由上水理輸送輥1、麻纖維束2、擠壓輥3、彈簧4、防纏噴水管5、上水洗噴頭6、下水理輸送輥7及下水洗噴頭8構成，如圖6所示。

2.4.2 水理參數(shù)確定

通過水理裝置再次將殘留的膠質(zhì)洗脫和對纖維的開纖，而影響麻纖維水理效果主要因素為噴嘴進口壓強、噴嘴直徑、噴距（噴嘴出口與麻纖維的垂直距離）、水洗次數(shù)[22-24]。樣機水理參數(shù)選擇以課題組邵運果等的研究結果[25-26]為基礎，確定噴嘴進口壓強1.2 MPa、噴嘴直徑2 mm和噴距30 mm為設計參數(shù)。為獲得較好的水洗次數(shù)，試驗設計4種不同的水洗次數(shù)，即3、4、5、6次。由試驗結果可知，當水洗次數(shù)為5次數(shù)纖維的水理效果較好，而且再次增加水洗次數(shù)對水理效果影響不大反而增加設計成本，由此確定水理裝置采用5組階梯布置的水理機構。

水理機構設計時，水理輸送輥的平均線速度必須大于間歇輸送輥的平均線速度，否則被聚攏的麻纖維束會堆積在水理輸送輥的輸送端。此時水理輸送輥的線速度滿足式（9）。

式中：2為水理輸送帶輸送的線速度，mm/s；5為水理輸送輥的轉(zhuǎn)速，rad/s；2為水理輸送輥的直徑，mm；1為間歇輸送裝置輸送帶總體的平均線速度，mm/s;

1. 上水理輸送輥2. 麻纖維束3. 擠壓輥4. 彈簧5. 防纏噴水頭 6. 上水洗噴頭 7. 下水理輸送輥 8. 下水洗噴頭

1. Above conveying roller of washing mechanism 2.Ramie fiber bunch 3. Extrusion roll 4.Spring 5. Water nozzle for anti-winding 6. Above washing nozzle 7. Below conveying roller of washing mechanism 8. Below washing nozzle

圖6 水理機構結構示意圖

Fig.6 Structure diagram of washing mechanism

基于間歇輸送輥直徑，選取水理輸送輥直徑2為 115 mm，則由公式（9）計算出水理輸送輥的轉(zhuǎn)速5≥0.91 rad/s。確定水理輸送輥轉(zhuǎn)速5=1 rad/s時，其線速度2=57.5 mm/s，大于間歇輸送裝置輸送輥的平均線速度，實現(xiàn)了麻纖維的連續(xù)化生產(chǎn)。

3 水循環(huán)系統(tǒng)

為了實現(xiàn)水資源循環(huán)利用，減輕對環(huán)境污染，設計了苧麻開纖水理設備水循環(huán)系統(tǒng)。該水循環(huán)系統(tǒng)由供水及回收水系統(tǒng)、開纖工藝用水及水理工藝用水組成（如圖7所示）。其中，開纖工藝用水為8個噴頭噴水浸潤纖維，用水量較少；而水理工藝用水為142個噴頭采用高壓的方式對纖維進行水洗洗脫膠質(zhì)，用水量較大，通過設計水理裝置過濾水箱，并采用循環(huán)泵將水回收到大水箱中，實現(xiàn)了水的循環(huán)利用。水循環(huán)系統(tǒng)采用PLC控制器控制，并在過濾水箱及大水箱處布置液位繼電器，實現(xiàn)水資源循環(huán)利用的自動化控制。

圖7 水循環(huán)系統(tǒng)

4 性能試驗

4.1 試驗條件

ZMFQSL-1型苧麻開纖水理設備由武漢碧連天環(huán)保設備有限公司試制，樣機配套電機功率為14 kW，外形尺寸為12 000 mm×1 100 mm×1 780 mm（長×寬×高）。并于2017年8月在鄂州市葛店經(jīng)濟開發(fā)區(qū)苧麻試驗基地進行試驗（如圖8所示）。試驗材料選用江西恩達麻世紀科技股份有限公司經(jīng)過高壓堿煮和生物聯(lián)合脫膠工藝后的苧麻纖維，含膠率為3.5%～4.1%，平均長度為1.8～2.7 m。

圖8 苧麻開纖水理設備性能試驗

4.2 試驗方法

試驗方法參照國家標準《農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)試驗方法》（GB/T5667?2008）、《苧麻束纖維斷裂強度試驗方法》（GB5882?1986）、《苧麻精干麻》（GB/T20793?2006）結合其它麻類機械的試驗方法[27-30]對開纖水理樣機作用性能進行測試，測算出纖維的殘膠率、束纖維斷裂強度、并絲率及設備的生產(chǎn)率等指標。其中，纖維的殘膠率是指纖維中剩余膠質(zhì)的含量，按國標GB5889?1986進行測定；束纖維斷裂強度是指單位麻纖維束拉斷時所能承受的最大負荷，按國標GB5882?1986進行測定；并絲率是指纖維中經(jīng)開松制樣機分梳后依然未分離成單纖維的硬條含量，按照國標GB/T32753?2016進行測定；生產(chǎn)率是指單位時間內(nèi)所生產(chǎn)出纖維的質(zhì)量，按國標GB/T5667?2008進行測定。

4.3 試驗結果與分析

選用堿煮和生物聯(lián)合脫膠工藝后的苧麻纖維分別在圓盤式敲麻機和本樣機進行5批次試驗，主要性能指標測試結果如表2所示。

表2 樣機主要性能指標對比

表中試驗數(shù)據(jù)表明，樣機敲擊開纖水洗脫膠后纖維的殘膠率為1.8%～2.0%，脫膠效果好于圓盤敲麻機的開纖脫膠效果；束纖維斷裂強度約大于圓盤敲擊機束纖維斷裂強度，為4.3cN/dtex；本機生產(chǎn)效率遠高于圓盤敲擊機，大于120 kg/h。樣機處理后的纖維并絲率遠遠小于圓盤敲麻機處理的纖維并絲率，小于2‰。其它各項性能指標均達或超過設計指標與相關標準。究其原因，本樣機只需人工喂入，麻纖維直線后續(xù)處理過程中敲擊開纖與水理脫膠全由機械自動完成，因而麻纖維受到的敲擊開纖與水洗洗脫更加均勻，生產(chǎn)出的麻纖維品質(zhì)均一，故纖維的脫膠效果與生產(chǎn)率都較高。而圓盤敲麻機依靠熟練操作工的經(jīng)驗連續(xù)不斷的翻轉(zhuǎn)麻纖維，在惡劣的工作環(huán)境中不可避免產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)不均導致漏敲現(xiàn)象，同時人工翻轉(zhuǎn)時部分纖維回轉(zhuǎn)，導致敲擊處理時纖維易產(chǎn)生麻結，增大了圓盤敲麻機的纖維并絲率。兩種設備敲擊錘面均采用包膠緩沖，但本樣機采用機構自動敲擊，次數(shù)均勻且不易產(chǎn)生在圓盤敲麻機中由人工控制所帶來的過度敲擊現(xiàn)象，因而本樣機處理纖維的束纖維斷裂強度好于圓盤敲麻機。

5 結 論

1）研制了ZMFQSL-1型苧麻開纖水理設備，采用敲麻開纖機構與間歇輸送裝置組合的方式實現(xiàn)了纖維直線帶式間歇輸送→敲擊開纖→間歇輸送的開纖洗脫工藝過程，大幅度降低了勞動強度；水理機構中通過壓力水對輸送麻纖維正反面沖洗和壓力輥擠壓，共同作用完成對麻纖維的水洗工藝，實現(xiàn)了纖維再次開纖和洗脫以及水資源的重復利用，提高了樣機推廣的可行性。

2）試驗結果表明，該機運行工作時性能穩(wěn)定可靠，開纖水理效果明顯，麻纖維品質(zhì)均一，麻纖維殘膠率為1.8%～2.0%，束纖維斷裂強度為4.3 cN/dtex，并絲率小于2‰，生產(chǎn)效率大于120 kg/h，各項性能指標均好于圓盤式敲麻機麻，且均達或超過設計指標與相關標準。

本機研制成功能為苧麻開纖和水理提供了一種高效、安全、工作可靠的裝置，為苧麻加工設備的升級換代和規(guī)模化生產(chǎn)提供基礎，同時也為其他麻類脫膠開纖水理提供了一種新的設計思路。

[1] 費楷，趙坤偉，彭建新. 苧麻帶狀麻開纖技術原理淺析[J]. 紡織科技進展，2009 (4)：52－53.

[2] 王君平. 帶狀麻復式開纖設備的研究[J]. 紡織科技進展，1995 (1)：2－8.

[3] 陳朝武，陳定俊.旋錘式苧麻水麻開纖機的原理及應用[J]. 紡織科技進展，2008 (4)：65－66.

[4] 劉佳力. 苧麻敲麻成帶機的研制[J]. 紡織機械，1998 (3)：16－19.

[5] 陳靜，薛建設，李朝康，等. 一種帶狀精干麻自動化連續(xù)生產(chǎn)裝置[J]. 山東紡織科技，2013，54(2)：19－21.Chen Jing, Xue Jianshe, Li Zhaokang, et al. A strip ramie production equipment with characters of automation and continuation[J]. Shandong Textile Science & Technology, 2013，54(2)：19?21. (in Chinese with English abstract)

[6] 孟雅麗. 遲到的技術革命——推動苧麻工藝技術設備提升系列報道之一[J]. 中國紡織，2009 (9)：53－55.

[7] 張勇，陳祥平，譚天福，等. 基于物理機械力的苧麻脫膠新技術[J]. 紡織科技進展，2012，(3)：65－67. Zhang Yong, Chen Xiangping, Tan Tianfu, et al. New technology for ramie degumming based on mechanical force[J]. Progress in Textile Science&Technology, 2012, (3): 65－67. (in Chinese with English abstract)

[8] 謝莉敏，陳桂華，吳曉玉，等. 苧麻脫膠工藝的研究進展[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2012，40(2)：226－228.

[9] 陳祥平，方佳，李喬蘭，等. 苧麻連續(xù)化脫膠后整理技術研究[J]. 中國麻業(yè)科學，2014，36(5)：248－251. Chen Xiangping, Fang Jia, Li Qiaolan, et al. Continuous mechanical processing on degummed ramie fiber[J]. Plant Fiber Sciences in China, 2014，36(5)：248－251. (in Chinese with English abstract)

[10] 張含飛，張元明，郁崇文，等. 苧麻生物脫膠與化學脫膠精干麻纖維性能對比[J]. 上海紡織科技，2010，38(3)：44－46. Zhang Hanfei, Zhang Yuanming, Yu Chongwen, et al. The performance contrast of ramie fiber degummed by biological and chemical treatment[J]. Shanghai Textile Science & Technology, 2010, 38(3): 44－46. (in Chinese with English abstract)

[11] 劉正初，彭源德.苧麻纖維形態(tài)結構物理特性與脫膠方法的關系[J]. 紡織學報，1994，15(12)：31－34.

[12] 孫林. 苧麻纖維物理性能的研究[J]. 化纖與紡織技術，2004 (2)：20－22. Sun Lin. Research on physical performance of ramie fiber[J]. Chemical Fiber & Textile Technology, 2004(2)：20－22. (in Chinese with English abstract)

[13] 李振華，董頎. 苧麻快速化學脫膠技術研究[J]. 成都紡織高等專科學校學報，2000，17(4)：5－8.Li Zhenhua, Dong Qi. A study on the technique of rapid chemical degumming of ramie [J]. Joumal of Chengdu Textile College，2000，17(4)：5－8. (in Chinese with English abstract)

[14] 何敬軍，喬光，朱素娟. 麻纖維水洗機的技術研究[J]. 紡織導報，2015 (9)：37－39. He Jingjun, Qiao Guang, Zhu Sujuan. A technological study on bast fiber separation and washing machine [J]. China Textile Leader, 2015 (9)：37－39. (in Chinese with English abstract)

[15] 孫桓，陳作模，葛文杰，等. 機械原理（第七版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[16] 范云霄，尤振環(huán). 基于ADAMS的凸輪設計[J]. 煤礦機械，2011，32(2)：35－37. Fan Yunxiao, You Zhenhuan. Design of cam based on ADAMS[J]. Coal Machinery，2011，32(2)：35－37. (in Chinese with English abstract)

[17] 張春宜，王興柱. 滾子移動從動件盤形凸輪機構運動失真的判斷與最大失真量的計算[J]. 機械工程師，2002(9)：36－37.

[18] 肖幫東，黃浩，徐中. 基于Matlab和Pro/E的凸輪輪廓曲線設計及從動件運動學仿真[J]. 制造技術與機床，2016(2)：48－53. Xiao Bangdong, Huang Hao, Xu Zhong. Design of cam profile curve and kinematics simulation based on Matlab and Pro/E [J]. Manufacturing technology and machine tools, 2016 (2)：48－53. (in Chinese with English abstract)

[19] 韓先征，張云龍. 槽輪間歇機構的參數(shù)化設計與運動仿真[J]. 機械設計與制造工程，2016，45(6)：40－43. Han Xianzheng, Zhang Yunlong. Parametric design and motion simulation of grooved wheel mechanism[J]. Machine Design and Manufacturing Engineering, 2016, 45(6)：40－43. (in Chinese with English abstract)

[20] 楊志遠，王惠源，張鵬軍，等. 基于ADAMS的槽輪間歇機構設計分析[J]. 機械工程與自動化, 2016 (1)：50－51. Yang Zhiyuan, Wang Huiyuan, Zhang Pengjun, et al. Slot wheel intermittent mechanism design and analysis based on ADAMS [J]. Mechanical Engineering & Automation, 2016 (1)：50－51. (in Chinese with English abstract)

[21] 周紅英，韓繼光. 等速外槽輪組合機構分析與綜合[J]. 機械傳動, 2016，40(1)：98－101.Zhou Hongying, Han Jiguang. Analysis and synthesis of outside Geneva combined mechanism with uniform movement[J]. Journal of Mechanical Transmission, 2016, 40(1): 98－101. (in Chinese with English abstract)

[22] 董志勇. 射流力學[M]. 北京：科學出版社，2005.

[23] 袁丹青，王冠軍，烏駿，等. 多噴嘴射流泵數(shù)值模擬及試驗研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2008，24(10)：95－99. Yuan Danqing, Wang Guanjun, Wu Jun, et al. Numerical simulation and experiment study on multi-nozzle jet pump[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE). 2008, 24(10): 95－99. (in Chinese with English abstract)

[24] 李俊，張慶，周一睜. 噴嘴結構對水射流性能影響的分析[J].機械制造與自動化，2015 (5)：102－104. Li Jun, Zhangh Qing, Zhou Yizheng. Analysis of Influence of nozzle convergence on water-jet capacity[J]. Machine Building & Automation, 2015(5): 102－104. (in Chinese with English abstract)

[25] 邵運果，蘇工兵，鄒舒暢，等. 高溫射流沖擊苧麻開纖脫膠的壓力和溫度場數(shù)值模擬與試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2017，33(10)：302－309. Shao Yunguo, Su Gongbing, Zhou Shuchang, et al. Numerical simulation and experiment of pressure and temperature field for jet impinging ramie fiber separation and degumming[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017，33(10)：302－309. (in Chinese with English abstract)

[26] 邵運果，蘇工兵，鄒舒暢，等. 常壓堿煮-溫度壓力水苧麻聯(lián)合脫膠工藝研究[J]. 上海紡織科技，2017，45(8)：59－62. Shao Yunguo, Su Gongbing, Zhou Shuchang,et al. Ramie degumming combined alkali boiling and water with temperature and pressure[J]. Shanghai Textile Science & Technology, 2017, 45(8): 59－62.

[27] 姜偉，韓光亭，張元明，等. 基于近紅外技術的苧麻纖維素及膠質(zhì)含量快速測定[J]. 紡織學報，2012，33(1)：6－10. Jiang Wei, Han Guangting, Zhang Yuanmimg, et al. Fast quantitative analysis of cellulose and gum content in ramie based on near-infrared technique[J]. Journal of Textile Research, 2012, 33(1)：6－10. (in Chinese with English abstract)

[28] 呂江南，龍超海，馬蘭，等. 大麻鮮莖剝皮機的設計與試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2014，30(14)：298－307.Lü Jiangnan, Long Chaohai, Ma Lan et al. Design and experiment on decorticator of hemp fresh stem[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(14): 298－307. (in Chinese with English abstract)

[29] 陽堯端, 鄧劍鋒. 苧麻機械剝制試驗與工藝參數(shù)優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2009，25(8)：93－98.Yang Yaoduan, Deng Jianfeng. Experiment on ramie peeling machine and process parameters optimization[J]. Transactionsof the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2009，25(8)：93－98. (in Chinese with English abstract)

[30] 沈成，李顯旺，張彬，等. 苧麻莖稈臺架切割試驗與分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2016，32(1)：68－76.Shen Cheng, Li Xianwang, Zhang Bin, et al. Bench experiment and analysis on ramie stalk cutting[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(1): 68－76. (in Chinese with English abstract)

Design and test of ZMFQSL-1 type ramie fiber opening and washing machine

Su Gongbing, Wu Qiming, Yuan Langjia, Zhou Huiyong

(430073,)

The successful development of this machine can provide an efficient, safe and reliable device for the ramie fiber opening and washing. It can also greatly reduce the requirement of operator technology and the work intensity, but improve the working environment. While it provides a basis not only for the upgrading and updating of ramie processing equipment but also for the scale and Standardized development of ramie production, shows a new design idea for the opening and washing of other degummed fiber at the same time. The problems of fiber opening and washing after the degumming of ramie have plagued the development of the industry for a long time. At present, because of the high labor intensity and low efficiency of manual cleaning, it is the inevitable choice to achieve the goals of mechanized and efficient water washing. Focusing on the problems of follow-up processing of degummed fiber, many technicians both here and abroad have designed many types of ramie opening machines, such as traditional circular knocking machine, rotary hammer type fiber opening machine and ramie fiber washing machine. But now people still use the traditional circular knocking machine to open the fiber and wash it in another machine, which depends on the operators’ experience to flip the fiber in the process of knocking and opening the fiber. But, the operators cannot flip so symmetrically because of the bad working environment that the opening machine misses some knockings, which results in the bad uniformity of ramie fiber. According to the technical requirements of ramie fiber automatic production, the ZMFQSL?1 type ramie fiber opening and washing machine was designed and manufactured. This prototype mainly consists of opening device, intermittent transportation device, gathering device, washing device, and system of water circulation. It adopts the combination of the opening device and intermittent transportation device to realize the process of fiber strip-shaped linear intermittent transportation, knocking and opening, and intermittent transportation. By using eccentric design of cam and cam follower assembly, the opening device can realize the hammer’s free falling motion and finish the knocking and opening of the ramie fiber. Washing device is made up of 5 sets of washing mechanisms which are in ladder arrangement, and it can complete the washing process of the ramie fiber by the pressure water washing of 2 sides during the conveying and the extrusion of the pressure roll, which achieves the further opening and washing of fiber as well as the recycling of water resource, and at the same time increases the feasibility of the popularizing of the prototype. The size of the prototype (length × width × height) is 12 000 mm × 1 100 mm × 1 780 mm, and its power of electric machinery is 14 kW. The operation widths of opening device and washing device are 850 mm, and the nozzle pressure of the washing device is 1.2 MPa. Experiment result shows that the machine works stably and performs reliably, the productivity is more than 120 kg/h and the quality of ramie fiber is uniform, the average residual gum content is less than 2.0%, the Bundle-fiber breaking force is 4.3 cN/dtex, and the splitting rate is less than 2‰, and every indicator of performance meets or exceeds the related standards. The successful development of this machine can provide an efficient, safe and reliable device for the ramie fiber opening and washing. It can also greatly reduce the requirement of operator technology and the work intensity, and improve the working environment. It provides a basis not only for the upgrading and updating of ramie processing equipment but also for the scale and standardized development of ramie production, and shows a new design idea for the opening and washing of other degummed fiber at the same time.

agricultural machinery; washing; fiber; mechanism design; performance test

蘇工兵，吳奇明，袁浪佳，周會勇. ZMFQSL-1型苧麻開纖水理設備設計與試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2018，34(7)：264－270. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.07.034 http://www.tcsae.org

Su Gongbing, Wu Qiming, Yuan Langjia, Zhou Huiyong. Design and test of ZMFQSL-1 type ramie fiber opening and washing machine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(7): 264－270. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.07.034 http://www.tcsae.org

2017-12-07

2018-03-05

國家自然科學基金項目（51375351）；湖北省協(xié)同創(chuàng)新（鄂教科（2014）6號）

蘇工兵，教授，主要從事農(nóng)業(yè)機械化工程的研究。Email：sgb6710@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.07.034

S226.7+9

A

1002-6819(2018)-07-0264-07