小型麻剝麻機的研制

中國是擁有著名手表的國家。中國的天麻種植面積和產(chǎn)量占世界總面積和產(chǎn)量的95%以上。但苧麻纖維包裹在苧麻桿周圍的韌皮部,需要通過剝制(俗稱剝麻/刮麻)和脫膠才能得到用于精紡的苧麻纖維。因此,苧麻的剝制加工是苧麻生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其剝制加工質(zhì)量直接影響到苧麻織品的品質(zhì)。而苧麻纖維的剝制加工勞動強度大、工效低,收獲成本占整個苧麻產(chǎn)值的一半左右,因此,研制適應(yīng)生產(chǎn)需求的苧麻剝制加工機械是目前苧麻生產(chǎn)上的迫切需求。目前,我國苧麻纖維的剝制主要有兩種形式,一種是簡易刮麻器,另一種是小型苧麻剝麻機。簡易刮麻器成本低、使用維護簡單,適用零星種植的農(nóng)戶使用。小型苧麻剝麻機工效較高,是簡易刮麻器的5倍以上,適合小規(guī)模種植農(nóng)戶和丘陵山區(qū)坡地種植農(nóng)戶使用。對于苧麻種植大戶和集約化、規(guī)?；N植的苧麻基地而言,則需要研制大型高效苧麻剝麻機才能滿足要求。因此,我們認(rèn)為,苧麻纖維剝制加工機械應(yīng)該采取多途徑發(fā)展的策略,根據(jù)不同苧麻種植生態(tài)區(qū)域研制不同類型的苧麻剝麻機。本文主要介紹最新研制的一種雙滾筒小型苧麻剝麻機,重點優(yōu)化雙滾筒剝麻機的主要技術(shù)參數(shù),在保證苧麻剝麻質(zhì)量和工效的前提下,以高效、安全、工作可靠性等方面為重點,以滿足小規(guī)模種植農(nóng)戶對麻類生產(chǎn)機械的需求。1研究思路1.1研制反拉式剝麻機設(shè)備方案目前苧麻剝麻機的結(jié)構(gòu)形式主要有反拉式、直喂式兩種(多滾筒一次喂入式)。直喂式剝麻機研究力量較少,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工效和剝麻質(zhì)量不高,機型尚不成熟。而反拉式剝麻機的機型較多,剝麻質(zhì)量相對穩(wěn)定,機型成熟,但由于機型結(jié)構(gòu)、操作技術(shù)和制造質(zhì)量等方面原因,反拉式剝麻機存在工效不高、操作勞動強度偏大等問題?？紤]到目前國內(nèi)小規(guī)模種植戶是苧麻種植的主體,結(jié)合現(xiàn)有的研究基礎(chǔ),決定第一步先采取反拉式剝麻機的設(shè)計方案,以減輕勞動強度、提高剝麻質(zhì)量和剝麻工效為重點,研制樣機進(jìn)行生產(chǎn)示范。根據(jù)樣機試制結(jié)果和生產(chǎn)需求,再考慮進(jìn)行直喂式或橫向喂入式苧麻剝麻機研究,以提高剝麻工效。1.2雙滾環(huán)式麻剝麻機反拉式苧麻剝麻機主要有單滾筒和雙滾筒兩種結(jié)構(gòu)形式。單滾筒反拉式苧麻剝麻機工作原理如圖1所示。這種形式的苧麻剝麻機主要由剝麻裝置、壓板裝置、機架和傳動裝置所組成。單滾筒剝麻機的剝麻裝置只有1個滾筒,結(jié)構(gòu)較為簡單。這種剝麻機剝麻質(zhì)量較好,但工效不高、勞動強度較大,對操作者的操作技術(shù)要求相對較高。雙滾筒反拉式苧麻剝麻機結(jié)構(gòu)形式如圖2所示,它由剝麻裝置、壓板裝置、機架和傳動裝置所組成,但它的剝麻裝置有2個剝麻滾筒,其工作原理和剝麻方法與單滾筒式苧麻剝麻機完全相同。與單滾筒苧麻剝麻機相比,這種機型鮮莖出麻率較高,操作輕便省力,纖維損傷較少,對操作者的技術(shù)要求相對較低。但存在含膠率、含雜率偏高等缺陷。綜合兩種剝麻機的優(yōu)缺點,在保證剝麻質(zhì)量的基礎(chǔ)上,以減輕勞動強度和提高工效為重點,選取雙滾筒反拉式苧麻剝麻機結(jié)構(gòu)形式。2課程和設(shè)計2.1試樣系統(tǒng)的確定設(shè)計結(jié)構(gòu)參數(shù)可調(diào)的雙滾筒苧麻剝麻機試驗臺架,以影響剝麻質(zhì)量的滾筒直徑、滾筒轉(zhuǎn)速、嚙合間隙和喂入角度為影響因子,以鮮莖出麻率、原麻含雜率、原麻含膠率和單纖維強力為試驗指標(biāo),通過正交試驗篩選適宜的技術(shù)參數(shù),結(jié)合已有經(jīng)驗和實際情況確定1-2種樣機設(shè)計方案。2.2麻剝麻機樣機指標(biāo)檢測根據(jù)試驗臺架性能試驗結(jié)果,設(shè)計并試制1-2種苧麻剝麻機樣機。對試驗樣機進(jìn)行性能試驗,主要根據(jù)《苧麻》和《機剝苧麻》等國家和地方標(biāo)準(zhǔn),檢測苧麻剝麻機所剝苧麻的鮮莖出麻率、原麻含雜率、原麻含膠率和單纖維強力等麻樣指標(biāo),以及剝麻機工作噪音、剝麻工效和工作穩(wěn)定性等樣機指標(biāo)。通過試驗結(jié)果對樣機進(jìn)行改進(jìn),在樣機工作性能穩(wěn)定情況下,剝麻質(zhì)量達(dá)到《苧麻》國標(biāo)要求。2.3剝麻質(zhì)量及工效在我國苧麻產(chǎn)區(qū)對試制的苧麻剝麻機進(jìn)行性能試驗與生產(chǎn)考核,檢測大面積剝麻時該機的剝麻質(zhì)量及工效。聘請有資質(zhì)的檢測機構(gòu)對樣機進(jìn)行性能檢測,使剝麻機的各項性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求。3樣品的設(shè)計和實驗3.1優(yōu)化技術(shù)人員設(shè)計3.1.1單次試驗方案影響雙滾筒苧麻剝麻機剝麻質(zhì)量的技術(shù)參數(shù)主要包括剝麻滾筒直徑、滾筒轉(zhuǎn)速、滾筒打板數(shù)量、打板安裝偏轉(zhuǎn)角度、滾筒嚙合間隙和滾筒相對角度、喂入偏角等。在以上技術(shù)參數(shù)中,滾筒直徑、轉(zhuǎn)速、嚙合深度、喂入偏角對苧麻剝麻機的剝麻質(zhì)量影響比較大。因此,采用正交試驗的方法進(jìn)行雙滾筒苧麻剝麻機剝麻質(zhì)量的研究。選取試驗因子:滾筒直徑、滾筒轉(zhuǎn)速、嚙合間隙和喂入偏角。試驗采用四水平五因素正交表,試驗方案如表1所示,共進(jìn)行16組試驗。在16組試驗中,每組進(jìn)行3次,每次試驗30根苧麻鮮莖。取3次試驗測試結(jié)果的均值作為試驗數(shù)據(jù)。試驗方案設(shè)計及結(jié)果分析在SAS8.0軟件中完成。試驗因素和試驗水平值的選取是在前期單因素試驗基礎(chǔ)上確定的。3.1.2正交試驗結(jié)果分析采用綜合加權(quán)評分法對多指標(biāo)正交試驗結(jié)果進(jìn)行極差分析。綜合加權(quán)評分法便于對多項試驗指標(biāo)進(jìn)行綜合選優(yōu),其各權(quán)值的確定是關(guān)鍵?？紤]實際生產(chǎn)過程中農(nóng)戶對剝麻機的性能要求以及麻紡業(yè)對麻纖維的要求,給出鮮莖出麻率的權(quán)重為0.35,含雜率的權(quán)重是0.35,單纖維強力的權(quán)重為0.10,含膠率的權(quán)重為0.20。分析結(jié)果如表2所示。從表2可以看出,在本試驗范圍內(nèi),各因素和交互作用對試驗指標(biāo)的影響,是交互作用A×B,然后是因素C,接著是B,D和A。交互作用A×C對指標(biāo)的影響較大,即因素A、B的交互作用超過了A,B單獨對指標(biāo)的影響,A和B因素間不同水平的搭配是重要的,不能忽略。所以試驗處理中要考慮交互作用,計算出不同的搭配條件下,試驗指標(biāo)的平均值,列出交互作用搭配表,見表3。表3中的12組數(shù)據(jù)的差異反映了因素A和B的不同搭配對試驗指標(biāo)的影響。可見,A2B4的搭配使綜合評分指標(biāo)最小。因此,取A2和B4作為因素A和B的最優(yōu)水平是可靠。影響顯著的交互作用A×B的搭配A2B4和表2中的選取是一致的,可見上述分析是可靠的,也體現(xiàn)了正交表所具有的綜合可比的優(yōu)越性。由表2可見C因素取3水平最好,B因素取4水平最好,D因素取2水平最好,A因素取2水平最好?？梢娫摯卧囼灥淖顑?yōu)方案為C3B4D2A2,嚙合深度為5mm,滾筒轉(zhuǎn)速為900r/min,喂入角度為20°,滾筒直徑為φ260mm為最佳。3.2筒到副剝麻滾刀上螺釘雙滾筒苧麻剝麻機從動力到剝麻滾筒有二級傳動,第一級是電機到主剝麻滾筒(下滾筒),第二級是主剝麻滾筒到副剝麻滾筒(上滾筒)。根據(jù)傳動效率要求和主副剝麻滾筒的嚙合精度要求,第一級采用普通V帶傳動即可滿足傳動要求。第二級傳動較為關(guān)鍵,由于主副剝麻滾筒之間有一定的嚙合深度,因此第二級傳動設(shè)計既要保證傳動精度,又要保證傳動平衡,減少傳動噪音。課題組通過認(rèn)真分析,考慮了三種傳動方案并進(jìn)行了試驗。3.2.1筒之間的閉合直接用一對大小相同的直齒輪來實現(xiàn)主副滾筒之間的嚙合運動。優(yōu)點是設(shè)計簡單,傳動平穩(wěn),傳動精度高;缺點是主副剝麻滾筒之間嚙合間隙不可調(diào)節(jié),傳動齒輪尺寸較大。3.2.2直齒傳動改變旋轉(zhuǎn)方向在主副剝麻滾筒之間增加懸臂軸,懸臂軸上安裝一個齒輪和鏈輪。主滾筒和懸臂軸之間通過一對直齒傳動以改變旋轉(zhuǎn)方向;同時在懸臂軸和副剝麻滾筒軸上安裝一對鏈輪,通過鏈傳動把動力傳到副剝麻滾筒上。這種設(shè)計可以調(diào)整主副剝麻滾筒之間的嚙合間隙,減小鏈輪和齒輪尺寸。缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,傳動精度比齒輪傳動差,傳動速度不宜過高。3.2.3懸臂軸和副剝麻現(xiàn)實傳動的傳動在主副滾筒之間增加懸臂軸,懸臂軸上安裝兩個齒輪。主滾筒和懸臂軸之間通過一對直齒傳動以改變旋轉(zhuǎn)方向;同時懸臂軸和副剝麻滾筒之間也通過一對直齒將動力傳到副剝麻滾筒上。這種傳動的優(yōu)點是副剝麻滾筒可以沿主剝麻滾筒作嚙合運動,嚙合間隙和角度可調(diào),齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸較小。缺點是懸臂軸的設(shè)計和安裝較復(fù)雜,強度要求較高,這給設(shè)計帶來不便。3.3樣品的設(shè)計和實驗3.3.1結(jié)構(gòu)形式苧麻剝麻機采用直徑相同的雙滾筒反拉結(jié)構(gòu)形式。3.3.2主要技術(shù)考慮到剝麻機出麻率和便于操作,對正交試驗最優(yōu)方案中的嚙合間隙和喂入偏角進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,選取雙滾筒苧麻剝麻機主要技術(shù)參數(shù)如表4。3.3.3傳輸類型第一級為普通V帶傳動,第二級為直齒傳動,減化設(shè)計,降低制造成本,減少傳動噪音,保證傳動精度。3.3.4第一代樣機設(shè)計與制備綜合考慮樣機結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及試驗結(jié)果,選取B4D1A2C2為樣機結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)選方案,進(jìn)行樣機設(shè)計與試制。第一代樣機主要由機架底座1、動力2、一級傳動3、機架4、副剝麻滾筒5、嚙合齒輪6、上蓋板7、喂料斗8、主剝麻滾筒9等組成。其結(jié)構(gòu)如圖6所示。3.4樣機所剝麻情況根據(jù)臺架試驗結(jié)果,設(shè)計并試制出第一代雙滾筒苧麻剝麻機樣機。初步試驗結(jié)果表明,樣機所剝苧麻質(zhì)量如下:苧麻含雜率≤1.5%,苧麻含膠率30%左右,單纖維強力51~54cN。樣機原麻生產(chǎn)率為12.09kg/h.樣機空轉(zhuǎn)噪音平均為93.11db,負(fù)載噪音為99.32db(表5)。4雙滾回徑管作為雙滾反滲透麻剝麻機的第一代試樣根據(jù)目前苧麻生產(chǎn)需求開展了雙滾筒小型苧麻剝麻機的研究工作,采取正交試驗方法對苧麻剝麻機的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,綜合考慮苧麻剝麻機的結(jié)構(gòu)形式和工作穩(wěn)定性,確定了第一代苧麻剝麻機的主要技術(shù)參數(shù),研究設(shè)計出雙滾筒小型苧麻剝麻機。取得如下結(jié)果:(1)確定第一代樣機為雙滾筒反拉式,主副剝麻滾筒直徑相同,轉(zhuǎn)速相同。主要技術(shù)參數(shù)為:滾筒直徑260mm,滾筒轉(zhuǎn)速900r/min,主副滾筒嚙合間隙4mm,喂入角度15°。(2)苧