苏 宁，郭克君*，吴立国，满大为，朱炯光，2

(1.国家林业和草原局哈尔滨林业机械研究所，黑龙江 哈尔滨 150086；2.中国林业科学研究院，北京100091)

苎麻作为一种重要的麻纤维原料作物，在我国江西、湖南、四川、贵州等省份均有广泛种植。由于剥离困难，流程复杂，目前国内的苎麻剥皮工作主要依靠人工，既费时又费力，且作业成本高，严重影响苎麻产业的发展[1]。针对这一问题，哈尔滨林业机械研究所研制了一种田间苎麻剥麻机，其结构简单，成本较低，非常适合在田间地头进行苎麻剥麻作业，并能适应当前国内苎麻小、散、密的种植模式，为机械化剥麻研究和使用提供参考。本文基于前人研究[2-5]，对该苎麻机进行了正交试验并对实际参数进行了优选。

1 结构及工作原理

如图1所示，剥麻机主要包括车轮、机架、柴油机、刮板滚筒、传动皮带和齿轮组。该套旋转式苎麻剥麻机采用目前较为成熟的双滚筒剥麻形式[6]，上下滚筒的刮板相互交错，间距可通过更换不同预制孔位的刮板来调整。工作时柴油机通过皮带和齿轮组带动两对刮板滚筒相向转动。可通过柴油机上的油门及调速拨片控制转速。

剥麻机的工作原理是利用相向转动的滚筒将喂入的麻杆带入上下刮板间交错的空隙，从而使麻杆多次弯折、碾压并折碎麻骨。之后人工反拉麻杆，使刮板反向刮擦麻纤维上粘连的碎骨，刮离麻骨保留麻纤维，达到脱麻去骨的目的。在实际作业过程中发现，麻杆的粗细、滚筒转速的高低以及不同规格刮板对整体剥麻质量有较大的影响，需通过试验进行检验及优化。

图1 苎麻剥麻机结构1.齿轮组；2.刮板滚筒；3.车轮；4.机架；5.传动皮带；6.柴油机

2 试验设计

主要针对苎麻杆粗细程度、滚筒转速、刮板规格三组参数进行调试。

苎麻杆粗细程度用字母D表示。本次试验用苎麻品种为“赣苎一号”，收获批次为7～8月在江西分宜收获的“二麻”。由于个体差异，苎麻粗细不一。为便于试验分析，将苎麻人工分选为“粗”、“中”、“细”三个梯度。杆直径以麻杆根部向上10 cm处的测量值为准，其中直径在10～12 mm(10 mm≤D<12 mm)的为“细”组，直径在12～14 mm(12 mm≤D<14 mm)的为“中”组，直径在14～16 mm(14 mm≤D<16 mm)的为“粗”组。

剥麻机滚筒转速用字母V表示。通过调节柴油机油门及调速拨片来改变滚筒转速，利用优利德科技(中国)股份有限公司生产的UT372型转速计测量确认。将转速分为“高”、“中”、“低”三档。滚筒转速200～250 r/min(200 r/min≤V<250 r/min)为“低”档，滚筒转速250～300 r/min(250 r/min≤V<300 r/min)为“中”档，滚筒转速在300～350 r/min(300 r/min≤V<350 r/min)为“高”档。

刮板规格用字母H表示。共设置3种刮板规格组合，分别为40 mm×40 mm、40 mm×43 mm和40 mm×46 mm。每个滚筒上安装12条刮板，上下刮板依次交错，安装后用游标卡尺测量确认距离，保证伸出长度一致。

将上述内容整理得到因素水平表见表1。

采用综合评分法对剥麻机的工作质量进行量化评价，参考前人研究[7]以及实际生产经验制定了评分标准，见表2。依据表中评分规则将苎麻划分成A、B、C、D、E五个评分等级，每个级别以2分递增进行主观打分，满分10分。

采用三因素三水平试验设计，每两个因素的交互作用要占两列，三个因素的所有交互作用共有三个，共占6列，连同三个因素H、V、D，在正交表中共占9列，应当选正交表L27(313)。考虑交互作用，作出各因素及其交互作用的安排，连同试验结果一起列在表3中。

表1 三因素三水平

水平因素管板规格H/mm滚筒转速V/r·min-1麻杆直径D/mm140×40200～250(200≤V<250)10～12(10≤D<12)240×43250～300(250≤V<300)12～14(12≤D<14)340×46300～350(300≤V<350)14～16(14≤D<16)

表2 评分标准

等级要求评分范围A麻骨与麻皮纤维完全剥离,无粘连碎骨9～10B麻骨与麻皮纤维80%以上(含)被剥离,80%长度以上(含)未粘连碎骨7～8C麻骨与麻皮纤维50%以上被剥离,50%长度以上(含)未粘连碎骨5～6D麻骨与麻皮纤维30%以上被剥离,30%长度以上(含)未粘连碎骨3～4E麻骨与麻皮纤维30%以下被剥离,30%长度以下未粘连碎骨0～2

表3 苎麻剥麻机评分指标输出结果

序号组号 1234567811HV(H×V)1(H×V)2D(H×D)1(H×D)2(V×D)1(V×D)2评分xk11111111112211112222263111133333104122211123151222222315612223331287133311132281333222136913333332110102123123111112123231225122123312338132231123230142231231315152231312128162312123321172312231135182312312219193132132110203132213225213132321339223213132231233213213315243213321129253321132321263321213135273321321219

3 直观分析

从表3的试验评分结果可见，评分超过5分(含)的共有18组，其中第3组(刮板规格H40 mm×40 mm、滚筒转速V200～250 r/min、麻杆直径D14～16 mm)和第9组(刮板规格40 mm×40 mm、滚筒转速V300～350 r/min、麻杆直径D14～16 mm)的得分最高，为满分10分。

评分低于2分(含)的共有8组，其中有2组得到了0分评价，分别是第13组(刮板规格H40 mm×43 mm、滚筒转速V250～300 r/min、麻杆直径D10～12 mm)和第19组(刮板规格H40 mm×46 mm、滚筒转速V200～250 r/min、麻杆直径D10～12 mm)。

通过直观结果可见，在各个因素水平组合下，评分结果具有较大差异，这在一定程度上说明，当选取不同的刮板规格、设定不同的滚筒转速、投入不同直径的麻杆时，会对剥麻效果和质量产生较大影响。

另外，由表3中数据可见，在刮板规格、滚筒转速和麻杆直径取同一水平时，各交互作用的各水平下的评分也有较大差异，说明刮板规格、滚筒转速和麻杆直径之间的某些交互作用对剥麻效果和质量也有一定影响。

为了对因素影响的重要程度(显著性)给出精确的定量估计，给出较优的剥麻参数组合，需要对试验结果进行方差分析[8]。

4 方差分析

本次试验的交互作用不考虑顺序，故主要考察因素H、V、D以及交互作用H×V、H×D、V×D对试验结果的影响。在前期计算中，交互作用H×D、V×D对应的离差平方和SH×D与SV×D都很小，故可与误差项合并作为误差项，所得方差分析表见表4。

表4 方差分析

方差来源离差平方和自由度平均离差平方和F值临界值显著性优方案H3.85221.92614.34∗∗H1V2.07421.0377.72F0.01(2,16)=6.23∗∗V3D280.5192140.2591044.69∗∗D3H×V2.37040.5934.42F0.01(4,16)=4.77∗H1V3H×D0.5934F0.05(2,16)=3.63V×D0.37040.134误差1.1858F0.05(4,16)=3.01合计290.96326

注：“**”表示因素对指标影响高度显著；“*”表示因素对指标影响显著；无“**”、“*”表示因素对指标影响不显著[9]。

从表中的F值与临界值比较可以看出，因素H、V、D对试验结果的影响为高度显著，交互作用H×V对试验结果的影响为显著。从F值的大小看出，因素D对试验结果的影响最显著，以下依次为H、V、H×V。

5 结论与讨论

(1)对于本次剥麻试验，选取刮板规格H、滚筒转速V、麻杆直径D这三个参数作为试验的影响因素是合理的。在三个参数中，麻杆直径D对剥麻效果影响最显著，其次是刮板规格H，最后是滚筒转速V。

(2)在三组影响因素的交互作用中，刮板规格H与滚筒转速V之间的交互作用对剥麻效果有一定程度影响，在设计改进中应予以考虑。而刮板规格H与麻杆直径D间的交互作用以及滚筒转速V与麻杆直径D之间的交互作用对剥麻质量无显著影响，在设计改进中可不予考虑。

(3)通过试验，田间苎麻剥麻机的较优参数组合为D3H1V3，即当麻杆直径D为14～16 mm(14 mm≤D<16 mm)、刮板规格H为40 mm×40 mm、滚筒转速V为300～350 r/min(300 r/min≤V<350 r/min)时，剥麻效果和质量是试验范围内最优的，该组参数可为后期设备改进提供理论参考。