小型麻剝麻機(jī)的研制

小型麻剝麻機(jī)的研制

中國(guó)是擁有著名手表的國(guó)家。中國(guó)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?chē)捻g皮部,需要通過(guò)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(guò)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(dòng)強(qiáng)度大、工效低,收獲成本占整個(gè)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(jī)械是目前苧麻生產(chǎn)上的迫切需求。目前,我國(guó)苧麻纖維的剝制主要有兩種形式,一種是簡(jiǎn)易刮麻器,另一種是小型苧麻剝麻機(jī)。簡(jiǎn)易刮麻器成本低、使用維護(hù)簡(jiǎn)單,適用零星種植的農(nóng)戶使用。小型苧麻剝麻機(jī)工效較高,是簡(jiǎn)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(duì)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(jī)才能滿足要求。因此,我們認(rèn)為,苧麻纖維剝制加工機(jī)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(jī)。本文主要介紹最新研制的一種雙滾筒小型苧麻剝麻機(jī),重點(diǎn)優(yōu)化雙滾筒剝麻機(jī)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(diǎn),以滿足小規(guī)模種植農(nóng)戶對(duì)麻類生產(chǎn)機(jī)械的需求。1研究思路1.1研制反拉式剝麻機(jī)設(shè)備方案目前苧麻剝麻機(jī)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(jī)研究力量較少,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工效和剝麻質(zhì)量不高,機(jī)型尚不成熟。而反拉式剝麻機(jī)的機(jī)型較多,剝麻質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定,機(jī)型成熟,但由于機(jī)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(jī)存在工效不高、操作勞動(dòng)強(qiáng)度偏大等問(wèn)題?？紤]到目前國(guó)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(jī)的設(shè)計(jì)方案,以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高剝麻質(zhì)量和剝麻工效為重點(diǎn),研制樣機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)示范。根據(jù)樣機(jī)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(jī)研究,以提高剝麻工效。1.2雙滾環(huán)式麻剝麻機(jī)反拉式苧麻剝麻機(jī)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(jī)工作原理如圖1所示。這種形式的苧麻剝麻機(jī)主要由剝麻裝置、壓板裝置、機(jī)架和傳動(dòng)裝置所組成。單滾筒剝麻機(jī)的剝麻裝置只有1個(gè)滾筒,結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。這種剝麻機(jī)剝麻質(zhì)量較好,但工效不高、勞動(dòng)強(qiáng)度較大,對(duì)操作者的操作技術(shù)要求相對(duì)較高。雙滾筒反拉式苧麻剝麻機(jī)結(jié)構(gòu)形式如圖2所示,它由剝麻裝置、壓板裝置、機(jī)架和傳動(dòng)裝置所組成,但它的剝麻裝置有2個(gè)剝麻滾筒,其工作原理和剝麻方法與單滾筒式苧麻剝麻機(jī)完全相同。與單滾筒苧麻剝麻機(jī)相比,這種機(jī)型鮮莖出麻率較高,操作輕便省力,纖維損傷較少,對(duì)操作者的技術(shù)要求相對(duì)較低。但存在含膠率、含雜率偏高等缺陷。綜合兩種剝麻機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn),在保證剝麻質(zhì)量的基礎(chǔ)上,以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和提高工效為重點(diǎn),選取雙滾筒反拉式苧麻剝麻機(jī)結(jié)構(gòu)形式。2課程和設(shè)計(jì)2.1試樣系統(tǒng)的確定設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)可調(diào)的雙滾筒苧麻剝麻機(jī)試驗(yàn)臺(tái)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(qiáng)力為試驗(yàn)指標(biāo),通過(guò)正交試驗(yàn)篩選適宜的技術(shù)參數(shù),結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況確定1-2種樣機(jī)設(shè)計(jì)方案。2.2麻剝麻機(jī)樣機(jī)指標(biāo)檢測(cè)根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)架性能試驗(yàn)結(jié)果,設(shè)計(jì)并試制1-2種苧麻剝麻機(jī)樣機(jī)。對(duì)試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行性能試驗(yàn),主要根據(jù)《苧麻》和《機(jī)剝苧麻》等國(guó)家和地方標(biāo)準(zhǔn),檢測(cè)苧麻剝麻機(jī)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(qiáng)力等麻樣指標(biāo),以及剝麻機(jī)工作噪音、剝麻工效和工作穩(wěn)定性等樣機(jī)指標(biāo)。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)樣機(jī)進(jìn)行改進(jìn),在樣機(jī)工作性能穩(wěn)定情況下,剝麻質(zhì)量達(dá)到《苧麻》國(guó)標(biāo)要求。2.3剝麻質(zhì)量及工效在我國(guó)苧麻產(chǎn)區(qū)對(duì)試制的苧麻剝麻機(jī)進(jìn)行性能試驗(yàn)與生產(chǎn)考核,檢測(cè)大面積剝麻時(shí)該機(jī)的剝麻質(zhì)量及工效。聘請(qǐng)有資質(zhì)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行性能檢測(cè),使剝麻機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。3樣品的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)3.1優(yōu)化技術(shù)人員設(shè)計(jì)3.1.1單次試驗(yàn)方案影響雙滾筒苧麻剝麻機(jī)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(duì)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(duì)苧麻剝麻機(jī)的剝麻質(zhì)量影響比較大。因此,采用正交試驗(yàn)的方法進(jìn)行雙滾筒苧麻剝麻機(jī)剝麻質(zhì)量的研究。選取試驗(yàn)因子:滾筒直徑、滾筒轉(zhuǎn)速、嚙合間隙和喂入偏角。試驗(yàn)采用四水平五因素正交表,試驗(yàn)方案如表1所示,共進(jìn)行16組試驗(yàn)。在16組試驗(yàn)中,每組進(jìn)行3次,每次試驗(yàn)30根苧麻鮮莖。取3次試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的均值作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及結(jié)果分析在SAS8.0軟件中完成。試驗(yàn)因素和試驗(yàn)水平值的選取是在前期單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上確定的。3.1.2正交試驗(yàn)結(jié)果分析采用綜合加權(quán)評(píng)分法對(duì)多指標(biāo)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析。綜合加權(quán)評(píng)分法便于對(duì)多項(xiàng)試驗(yàn)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(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中農(nóng)戶對(duì)剝麻機(jī)的性能要求以及麻紡業(yè)對(duì)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(qiáng)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(yàn)范圍內(nèi),各因素和交互作用對(duì)試驗(yàn)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(duì)指標(biāo)的影響較大,即因素A、B的交互作用超過(guò)了A,B單獨(dú)對(duì)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(yàn)處理中要考慮交互作用,計(jì)算出不同的搭配條件下,試驗(yàn)指標(biāo)的平均值,列出交互作用搭配表,見(jiàn)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(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響?？梢?jiàn),A2B4的搭配使綜合評(píng)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(jiàn)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(jiàn)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?jiàn)該次試驗(yàn)的最優(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(jī)從動(dòng)力到剝麻滾筒有二級(jí)傳動(dòng),第一級(jí)是電機(jī)到主剝麻滾筒(下滾筒),第二級(jí)是主剝麻滾筒到副剝麻滾筒(上滾筒)。根據(jù)傳動(dòng)效率要求和主副剝麻滾筒的嚙合精度要求,第一級(jí)采用普通V帶傳動(dòng)即可滿足傳動(dòng)要求。第二級(jí)傳動(dòng)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(jí)傳動(dòng)設(shè)計(jì)既要保證傳動(dòng)精度,又要保證傳動(dòng)平衡,減少傳動(dòng)噪音。課題組通過(guò)認(rèn)真分析,考慮了三種傳動(dòng)方案并進(jìn)行了試驗(yàn)。3.2.1筒之間的閉合直接用一對(duì)大小相同的直齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)主副滾筒之間的嚙合運(yùn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,傳動(dòng)平穩(wěn),傳動(dòng)精度高;缺點(diǎn)是主副剝麻滾筒之間嚙合間隙不可調(diào)節(jié),傳動(dòng)齒輪尺寸較大。3.2.2直齒傳動(dòng)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(gè)齒輪和鏈輪。主滾筒和懸臂軸之間通過(guò)一對(duì)直齒傳動(dòng)以改變旋轉(zhuǎn)方向;同時(shí)在懸臂軸和副剝麻滾筒軸上安裝一對(duì)鏈輪,通過(guò)鏈傳動(dòng)把動(dòng)力傳到副剝麻滾筒上。這種設(shè)計(jì)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,傳動(dòng)精度比齒輪傳動(dòng)差,傳動(dòng)速度不宜過(guò)高。3.2.3懸臂軸和副剝麻現(xiàn)實(shí)傳動(dòng)的傳動(dòng)在主副滾筒之間增加懸臂軸,懸臂軸上安裝兩個(gè)齒輪。主滾筒和懸臂軸之間通過(guò)一對(duì)直齒傳動(dòng)以改變旋轉(zhuǎn)方向;同時(shí)懸臂軸和副剝麻滾筒之間也通過(guò)一對(duì)直齒將動(dòng)力傳到副剝麻滾筒上。這種傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是副剝麻滾筒可以沿主剝麻滾筒作嚙合運(yùn)動(dòng),嚙合間隙和角度可調(diào),齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸較小。缺點(diǎn)是懸臂軸的設(shè)計(jì)和安裝較復(fù)雜,強(qiáng)度要求較高,這給設(shè)計(jì)帶來(lái)不便。3.3樣品的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)3.3.1結(jié)構(gòu)形式苧麻剝麻機(jī)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(jī)出麻率和便于操作,對(duì)正交試驗(yàn)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(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表4。3.3.3傳輸類型第一級(jí)為普通V帶傳動(dòng),第二級(jí)為直齒傳動(dòng),減化設(shè)計(jì),降低制造成本,減少傳動(dòng)噪音,保證傳動(dòng)精度。3.3.4第一代樣機(jī)設(shè)計(jì)與制備綜合考慮樣機(jī)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及試驗(yàn)結(jié)果,選取B4D1A2C2為樣機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)選方案,進(jìn)行樣機(jī)設(shè)計(jì)與試制。第一代樣機(jī)主要由機(jī)架底座1、動(dòng)力2、一級(jí)傳動(dòng)3、機(jī)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(jī)所剝麻情況根據(jù)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果,設(shè)計(jì)并試制出第一代雙滾筒苧麻剝麻機(jī)樣機(jī)。初步試驗(yàn)結(jié)果表明,樣機(jī)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(qiáng)力51~54cN。樣機(jī)原麻生產(chǎn)率為12.09kg/h.樣機(jī)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(jī)的第一代試樣根據(jù)目前苧麻生產(chǎn)需求開(kāi)展了雙滾筒小型苧麻剝麻機(jī)的研究工作,采取正交試驗(yàn)方法對(duì)苧麻剝麻機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),綜合考慮苧麻剝麻機(jī)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(jī)的主要技術(shù)參數(shù),研究設(shè)計(jì)出雙滾筒小型苧麻剝麻機(jī)。取得如下結(jié)果:(1)確定第一代樣機(jī)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