劈麻反拉式苧麻剝麻機的設計

朱炯光 郭克君

（1.佛山職業技術學院，廣東佛山 528137 ；2.國家林業和草原局哈爾濱林業機械研究所，黑龍江哈爾濱 150086）

苧麻俗稱“中國草”，是我國傳統的特色農業經濟作物，在我國有著近4700 年的種植歷史，目前其種植面積和產量分別占世界總種植面積和總產量的90%以上[1-3]。

苧麻每年可收剝3 次～4 次，纖維收剝的用工量大。目前苧麻纖維收剝作業占整個生產過程中用工量的80%左右，而且剝麻的成本約占整個收剝作業的60%以上[4,5]。苧麻纖維的剝制歷來是個難題，必需經過剝制加工獲得苧麻纖維才能供麻紡企業使用。

目前，國內苧麻剝麻機以滾筒式為主，通過在滾筒上安裝L 型刀片擠壓打碎麻骨，利用旋轉滾筒的間隙將麻骨去除以保留麻纖維。滾筒式苧麻剝麻機的兩個最大的缺點是麻條損耗大，打碎的麻骨易殘留在麻纖維里。這兩個問題造成打出的苧麻纖維品質等級低，達不到收購苧麻纖維公司的一等品標準，對農戶收入造成影響，從市場和種植戶來說需要有新的苧麻剝麻機器去解決苧麻纖維品質等級低的問題。

為解決這個問題，考慮到農村勞動力不足，結合PLC 技術，設計了自動劈麻反拉式新型苧麻剝麻機。它可以實現對苧麻桿條的自動去骨和剝皮，而且其反拉脫骨可以去除整根麻骨，有效地解決了碎麻骨殘留麻纖維和麻條損耗大這兩個問題。

1 總體結構及工作原理

1.1 總體結構

圖1 劈麻反拉式新型苧麻剝麻機結構示意圖

劈麻反拉式新型苧麻剝麻機分為送麻劈麻部分和反拉部分。送麻劈麻部分由導向機構、自定心劈麻刀具、帶式壓麻機構等組成，主要完成對喂入的麻條進行前期處理（劈開后的麻條呈上方麻骨下方麻皮的狀態），便于反拉脫皮動作的實現。反拉部分由Z 軸組件、夾麻去皮機構、直線滑軌等組成，主要完成將麻皮脫離麻骨的動作。劈麻反拉式新型苧麻剝麻機結構如圖1 所示。

1.2 工作原理

當苧麻條喂入劈麻送麻部分后，苧麻條先沿軸線被“自定心劈麻刀具”單側劈開，并被轉動膠輥壓平，此時其上方是麻骨，下方是麻纖維和麻皮。

待劈好的苧麻條傳送到Z 軸組件中的偏心夾麻裝置處并啟動限位開關后，就將開始進行反拉。具體的動作是偏心夾麻裝置夾住苧麻條然后進行上下垂直和左右水平移動。偏心夾麻裝置在啟動限位開關后夾住苧麻條再垂直向下移動，目的是將麻骨折斷，使麻骨與麻纖維開始分離。此時，偏心夾麻裝置夾住的是帶麻纖維的麻皮，再通過左右水平移動，徹底使麻骨與麻纖維分離。

2 反拉機構的設計

反拉機構的設計思路來源于純手工剝苧麻。純手工剝出的苧麻條沒有麻骨殘留，也沒有麻條長度的損失，直接就達到了一等品的要求。這些優點是現存的滾筒式苧麻剝麻機所不具備的。根據苧麻的麻骨與麻纖維的力學性能不同，考慮機械設計，將純手工剝麻動作分解為三步。這三步分別是苧麻條沿中軸線被劈裂、將劈裂后的苧麻條折斷、夾住苧麻纖維進行反拉。根據分解出的動作，結合機械自動化技術，設計出了反拉機構。反拉機構由Z 軸組件、直線齒條機構、滾珠絲杠機構、嚙合齒輪等組成，劈裂的動作通過自定心刀具來實現；夾麻動作是通過偏心夾麻裝置來實現；反拉動作是通過長短線性滑軌來實現。

2.1 計算壓縮距離

通過夾麻伺服電機的扭矩、苧麻莖稈的平均徑向圓周、苧麻莖稈的平均壓縮彈性模量可以得到壓縮距離4 mm。苧麻展平后的平均厚度為3.56 mm，壓縮距離大于平均厚度，所以偏心夾麻裝置可以把麻骨夾緊。

2.2 計算拖動阻力

通過夾麻伺服電機的扭矩、濕草和鋼之間的摩擦系數可得到拖動阻力為29.4 kg，一根麻條約重0.6 kg，所以偏心夾麻裝置在反拉過程中始終夾緊麻條[6]。

3 自動反拉系統的設計

反拉剝麻控制系統主要是實現剝麻機反拉去骨等各工序的協同配合作業，整個系統的動作部分是由偏心夾麻裝置和伺服電機組成的;控制部分由控制器、驅動器、變頻器和感應開關等組成。

控制系統與劈麻送麻工序配合運行，完成設定的PLC 程序執行。在本設計中送麻部分將苧麻條輸送到劈麻組合刀具實現單側劈裂并展平，到達偏心夾麻裝置的限位擋板后傳遞出啟動信號。PLC 接收啟動信號開始運作，使偏心夾麻裝置加緊苧麻條。然后，偏心夾麻裝置向下垂直移動折斷麻條，在下降到預定位置時進行水平方向的反拉以去除麻骨。反拉過程中的水平移動距離通過安裝在齒條下面的梁上的2 個接近開關來控制。

這三個動作需要配合好，要保證接收到啟動信號后能迅速且有效地完成相應的動作。

根據反拉剝麻控制系統的設計要求，選定三菱FX2n-24MT 型PLC 作為控制核心和8 寸的英威騰觸控屏作為顯示操作屏幕，整個硬件組成及控制面板；確定伺服電機預計的最大轉速，將轉速轉換為脈沖量，來確定PLC 控制的范圍。其中：X 軸伺服電機（控制水平移動），其工作速度為15000，單位為p/min；Y 軸伺服電機（控制垂直上下移動），其工作速度為20000，單位為p/min；Z 軸伺服電機（控制偏心夾麻輥的轉動），其工作速度為8000，單位為p/min。

4 結論

筆者提出了采用劈麻反拉的新型剝麻方式，設計出了一種劈麻反拉式苧麻剝麻機，經樣機試驗，該型剝麻機剝麻效率500 根/小時，能滿足生產需要同時大福降低勞動強度。

劈麻反拉式苧麻剝麻機有效地解決了傳統苧麻剝麻機的碎麻骨殘留麻纖維和麻條損耗大這兩個問題，并創新地發明了偏心夾麻裝置自動反拉的剝麻方式，可讓麻骨整根與麻纖維分離，不損傷麻條。