自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机设计与参数优化

蒲应俊 ，柳 艺 ，杨明金 ，杨 仕 ，沈 成 ，吕江南 ，杨 玲 ※

（1. 西南大学工程技术学院,重庆 400715；
2. 农业农村部南京农业机械化研究所,南京 210014；
3. 中国农业科学院麻类研究所,长沙 410205）

苎麻是中国南方丘陵山区特有的以纺织为主要用途的重要特色经济作物，其种植面积和产量均居世界首位[1]。苎麻为多季生植物，年均收获3 次[2-3]，茎秆在收割后需要经过剥麻、开纤脱胶、干燥等工艺处理，获得的韧皮部纤维用作优质纺织原料[4]，但其剥麻环节劳动强度大、人力成本高、生产效率低。为了降低苎麻生产成本，提高作业效率，增加麻农收入，各苎麻主产区采用机械化剥麻设备替代人工[5-7]，而广泛使用的苎麻剥麻机仍依靠人力喂入及反拉以完成剥麻作业，其安全性差、剥麻质量不稳定[8]。因此，研发苎麻自动剥麻机对促进苎麻产业发展具有重要意义。

目前，国内研究学者针对苎麻剥麻机的剥麻装置设计及其工作性能开展了大量研究。苎麻剥麻机主要有以下五种：单滚筒反拉式剥麻机[9]、双滚筒反拉式剥麻机[10]、多滚筒直喂式剥麻机[11]、仿手工刮剥麻机[12]和横喂式剥麻机[13]。早期由中国农业科学院麻类研究所研制的6BZ-400 型苎麻剥麻机为单滚筒人力反拉式剥麻机，基本实现了苎麻剥麻功能[8]。在此基础上，颜波等[14]研制的凹板式山地苎麻剥麻机仍采用单滚筒反拉式结构，通过缩小滚筒尺寸并在剥麻滚筒下方安装一副凹板，利用凹板与滚筒之间的间隙实现剥麻，但鲜茎出麻率较低。龙超海等[15]研制的4BM-260 型苎麻剥麻机为双滚筒人力反拉式剥麻机，利用双滚筒刮板啮合区域剥麻，有效提高了鲜茎出麻率。上述两种机型均采用人力喂入并反拉以实现苎麻剥麻功能，但其劳动强度大、安全性差。随着苎麻种植朝着良种化、区域化、规模化发展，如何实现高效自动剥麻成为今后研究重点。苏工兵等[16]研制了全自动苎麻茎秆分离机，采用PLC 控制多辊联动剥麻作业，实现了苎麻剥麻、打麻、挤胶等多种功能。王瑛等[11]研制的苎麻自动剥麻机为多滚筒直喂式剥麻机，该机通过压麻辊、剥麻辊、夹麻辊、拉麻辊、梳麻辊等装置实现了压、刮、打、夹、梳等多道剥麻工序一次性完成。谭新建等[12]研制的提拉式苎麻剥麻机，提出了纵向劈裂和横向提拉的剥麻新方法，设计了劈麻组合刀具和提麻机构，但其作业效率较低。饶正良[17]研制的横喂式双向自动苎麻三脱机采用左右两套剥麻装置，通过机械手代替人手实现喂入与反拉，人力成本低，但存在机械手漏抓、茎秆剥麻不完全等问题。向伟等[18-19]研制的连续夹持输送式苎麻剥麻机，采用横向连续式喂入剥打方法，两副单滚筒剥麻装置分别剥制苎麻梢部和基部，采用链轮交替夹持输送茎秆，具有较高生产效率。但上述自动化苎麻剥麻机整机尺寸大、滚筒数量多、传动系统复杂、成本较高。因此，根据苎麻产业集中于南方丘陵山区的实际需求，亟需开发成本低、易操作、结构轻简、性能优的自动反拉式苎麻剥麻机。

为解决上述问题，本文结合苎麻剥麻工艺要求，基于双滚筒反拉式结构，以经济实用、高效省力为目的，设计一种自动夹持喂入及反拉的苎麻剥麻机。通过对剥麻滚筒、夹持装置、换位机构等关键部件的结构和工作参数进行理论分析，确定影响剥麻质量的关键因素；
构建苎麻茎秆在喂入及反拉剥麻过程中的运动学模型，通过非线性动力学仿真分析并结合正交试验，探究苎麻茎秆夹持喂入及反拉与双滚筒剥麻的互作机制，明确自动反拉式换位夹持装置的最优工作参数，以期为轻简型苎麻自动剥麻机的研制提供理论依据。

苎麻的外形尺寸和力学特性是设计反拉式换位夹持装置的主要依据。本文选用2022 年7 月产自四川省达州市大竹县“川苎11 号”苎麻鲜茎，其茎秆横截面为圆筒形，从基部到梢部逐渐变细，横截面由外到内为青皮层、韧皮部、木质部、中心髓部等，成熟期中心髓部中空，韧皮部中包含纤维，如图1 所示。随机选取去叶通直无病害鲜茎50 根，用卷尺测量总长，长度平均值为1 452.6 mm。用游标卡尺分别测得梢部、中部和基部的直径、韧皮部厚度、木质部外径和木质部厚度，由式（1）可计算苎麻茎秆木质部和韧皮部所占茎秆的体积比Vx、Vb，结果如表1 所示。

表1 苎麻茎秆尺寸Table 1 Dimension of ramie stalk

图1 苎麻及茎秆结构组成Fig.1 Ramie and stalk structure composition

式中d为空心内径，mm；
d1为木质部外径，mm；
h1为木质部厚度，mm；
D为茎秆直径，mm；
h为韧皮部厚度，mm。

苎麻在剥麻过程中主要受到拉伸和压缩载荷作用。使用ZQ-990L 型电子万能试验机对苎麻茎秆各向（轴向、径向）及各部分（茎秆、韧皮部和木质部）进行拉伸、压缩、弯曲等力学试验[20-24]，如图2 所示。韧皮部拉伸试验样本制备方法：将麻皮从茎秆剥离，使用刀片刮去青皮层，样本长80 mm、宽5 mm，截面为长方形，含水率对力学性能影响较大，需装入密封袋，防止水分流失。木质部压缩试验样本制备方法：选取同一部位茎秆，使用刀片截取10 mm 长度的茎秆，再剥离麻皮，截面为圆筒形，装入密封袋。

图2 苎麻茎秆力学性能试验Fig.2 Mechanical property test of ramie stalks

苎麻茎秆视为正交各向异性材料，建立三维坐标系，苎麻茎秆轴向为X，径向为Y和Z，如图1b 所示。通过试验得到轴向弹性模量、径向弹性模量和异性面弯曲剪切模量，假定同性泊松比为0.3，所得参数代入式（2）得到同性面扭剪模量，代入式（3）得到异性面泊松比[25]，各部分力学特性参数如表2 所示。

表2 苎麻茎秆、韧皮部、木质部力学特性参数Table 2 Mechanical properties of ramie stalk,fiber and xylem

苎麻韧皮部无法做弯曲试验，其弯曲剪切模量由式（4）计算得出[25]。

式中GXY2为苎麻韧皮部弯曲剪切模量，MPa；
GXY1为苎麻茎秆弯曲剪切模量，MPa；
GXY3为苎麻木质部弯曲剪切模量，MPa。

2.1 整机结构

本文设计的自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机先从茎秆基部开始喂入剥打，随后将夹持装置反拉后换向，进而送入茎秆梢部剥打，然后反拉得到整条韧皮部。该剥麻机主要由横向输送装置、换位夹持装置、双滚筒剥麻装置、辅助上料板、机架等组成，如图3 所示。横向输送装置含有两排平行布置的滑块导轨与传送同步带，滑块上安装换位夹持装置；
换位夹持装置包括前后两组夹持机构以及换位电机；
双滚筒剥麻装置由一对剥麻滚筒与喂料口组成。

图3 自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机结构示意图Fig.3 Structure diagram of ramie stripping machine with automatic reverse pulling type shift clamping

2.2 工作原理

剥麻机利用苎麻韧皮部与木质部的力学性能差异，通过高速旋转剥麻滚筒击碎木质部，经过反拉茎秆刮去木质部与青皮层。剥麻机作业主要有茎秆上料、基部剥麻、梢部剥麻和收取韧皮4 个工序。作业时，横向输送装置将换位夹持装置移至辅助上料板上方，直流减速电机Ⅱ旋转-45°（以顺时针方向为正）后，夹具口与辅助上料板平行，将茎秆基部从A 端夹持机构夹具口上料，使茎秆下滑至辅助上料板挡板处停止，由A 端夹持机构夹紧茎秆，完成上料；
然后直流减速电机Ⅱ旋转45°，换位夹持装置恢复水平状态，由横向输送装置将其送入双滚筒剥麻装置，使茎秆基部与部分中部木质部被击碎，再带动换位夹持装置反向移动，将茎秆基部拉出剥麻滚筒，使木质部与青皮层被刮去，完成茎秆基部剥打；
接着由横向输送装置将换位夹持装置移动至导轨中部，A、B 端夹持机构同时夹紧茎秆，直流减速电机Ⅱ旋转-180°，使A、B 端夹持机构换位，再将梢部喂入剥打并反拉，从而完成茎秆梢部剥打；
最后将换位夹持装置停留至导轨中部以便收取韧皮部；
在连续作业情况下，换位夹持装置横移至辅助上料板上方的同时，直流减速电机Ⅱ同步旋转-225°，A、B 端夹持机构恢复至上料状态位置；
若需停止工作，换位夹持装置停留在导轨中部时，直流减速电机Ⅱ旋转180°，整机复位。

换位夹持装置主要由A 端夹持机构、B 端夹持机构、翻转换向机构、柔性横移机构等组成，其结构示意图如图3 中放大图所示。其中A、B 端夹持机构由夹板、直流减速电机Ⅰ、丝杠、电机支撑板等组成，直流减速电机Ⅰ通过丝杠传动将夹板下压夹紧苎麻茎秆；
柔性横移机构由横移侧板、弹力绳、圆柱导轨Ⅱ等组成，A、B端夹持机构在横移侧板中沿圆柱导轨Ⅱ移动；
工作时，A 端夹持机构前移使苎麻喂入双滚筒剥麻机构，同时B端夹持机构在碰到喂料口时自动后移，反拉时，B 端夹持机构在弹力绳作用下复位；
翻转换向机构主要由直流减速电机Ⅱ、柔性横移机构组成，直流减速电机Ⅱ带动柔性横移机构翻转，实现A、B 端夹持机构换向，并由A、B 端夹持机构前移使苎麻另一端喂入双滚筒剥麻机构，同时A 端夹持机构松开并在碰到喂料口时后移，反拉时A 端夹持机构在弹力绳作用下复位，剥麻完成后B端夹持机构松开，从而完成苎麻茎秆剥麻过程。

在剥麻过程中，要防止夹具压碎茎秆导致无法喂入，也要确保茎秆不滑脱，因此在夹紧装置与苎麻接触部位布置有V 型橡胶垫，通过增加摩擦系数确保夹紧装置在较小径向载荷作用下使苎麻茎秆不滑脱且不被压碎。对苎麻夹持状态下的茎秆进行受力分析如图4 所示。以茎秆轴向为x轴，夹板横向为y轴，垂直夹板为z轴，将载荷FN视为均布载荷，受力分析如下：

图4 夹持状态示意图Fig.4 Schematic diagram of clamping state

通过受力分析可知，摩擦力f应大于Fx，方可夹紧茎秆；
夹紧力FN应小于茎秆最大径向载荷Fmax，防止压碎茎秆，因此得到夹紧力FN范围：

式中μ为夹板与茎秆表面摩擦力系数；
Fmax为苎麻茎秆径向最大载荷，N。

2.3 主要技术参数

结合苎麻鲜茎外形尺寸，计算确定自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机的主要技术参数如表3 所示。根据苎麻机械剥麻质量要求的国家标准GB/T7699-1999，确定自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机的主要技术指标：鲜茎出麻率大于4%，原麻含杂率低于2%。

表3 自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机主要技术参数Table 3 Main technical parameters of the automatic reverse pulling type shift clamping device for ramie stripping machine

3.1 苎麻茎秆喂入及反拉受力分析

由于剥麻装置直接影响苎麻剥打质量[25]，根据马兰等[26]开展的双滚筒苎麻剥麻机主要工作部件参数优化分析，本机剥麻装置采用直径相同的双滚筒剥麻方式，由换位夹持装置夹持茎秆，并通过直流减速电机Ⅱ调整喂入角度，在同步带的驱动下将茎秆喂入双滚筒剥麻装置，双滚筒剥打示意图如图5a 所示。

图5 双滚筒剥麻示意图及受力分析Fig.5 Schematic diagram of double-drum ramie stripping and force analysis

参考邹舒畅等[27]对苎麻茎秆机械分离过程的力学建模与分析，如图5b 所示。本文对滚筒打板对茎秆的剥离力进行分析，以茎秆受力点为坐标点，以滚筒轴心连线方向为y轴，其垂直方向为x轴，将剥离力沿着x轴、y轴分解，由电机扭矩可计算得到剥麻滚筒打板剥离力F及其分力Fx与Fy，分析可得：

式中T为动力电机扭矩，N·m；
P为动力电机功率，kW；
i为动力电机带传动减速比；
n0为动力电机转速，r/min。

Fy的作用使茎秆木质部折断，Fx使木质部从韧皮部剥离，并与反拉过程的受力情况有关。苎麻茎秆在外力作用下易发生弯曲，上述受力分析无法直接建立剥离力分力Fx与茎秆喂入角度θ的数学模型。因此，需要通过力学试验分析苎麻剥离力与茎秆喂入角度间的关系。

将苎麻茎秆置于角度调节平台上，拉力传感器与苎麻茎秆一端连接，其另一端放入双滚筒剥麻装置喂入口，调节平台通过调节螺母调节角度，其数值由数显角度计校准；
然后通过丝杠直线模块实现苎麻茎秆横向移动，剥离力数值通过PST-50kg 拉力传感器采集，采样频率为0.2 s，剥离力采集系统示意图如图6a 所示，其测试平台如图6b 所示。

图6 剥离力测试Fig.6 Stripping force test

参考相关文献[10,13]以及预试验，将剥麻滚筒转速设置为550 r/min，反拉速度设置为0.2 m/s，喂入角度范围从0～ 20°，递增区间设置为5°，完成5 次试验。

喂入方向剥离力是导致苎麻茎秆从夹具滑脱的主要原因，因此分析各组试验结果中力的最大值更具代表性。将测得的剥离力分力取最大值，试验结果如图7 所示，分析得出：喂入角度与剥离力分力Fx二者呈极显著的线性负相关，决定系数（R2）为0.994，P＜ 0.01。

图7 喂入角度与剥离力回归分析Fig.7 Regression analysis of feeding angle and stripping force

3.2 双滚筒苎麻剥打仿真分析

3.2.1 单因素设计

为深入揭示自动反拉剥麻流程中影响剥麻质量的原因以及明确参数范围，基于有限元法进行单因素仿真试验[28-30]。自动反拉剥麻流程中主要可调参数为剥麻滚筒转速、苎麻茎秆喂入反拉速度和喂入角度，为研究剥麻滚筒转速对剥麻质量的影响，设置固定反拉速度为0.3 m/s，喂入角度为10°，分别以滚筒转速为200、350、500、650 和800 r/min 开展试验；
为研究反拉速度对剥麻质量的影响，设置固定滚筒转速为500 r/min，喂入角度为10°，分别以反拉速度为0.1、0.2、0.3、0.4 和0.5 m/s开展试验；
为研究喂入角度对剥麻质量的影响，设置固定滚筒转速为500 r/min，反拉速度为0.3 m/s，分别以喂入角度为0、5、10、15 和20°开展试验。

3.2.2 仿真设置与模型建立

苏工兵[31]利用有限元软件对苎麻茎秆进行了动载击打作用下的模拟仿真分析，分析了击打过程中应力、压力、击打深度的变化，在此研究基础上，参考旋转滚筒中柔性甘蔗叶片数值模拟分析[32]与桑树枝条[33]、棉花秸秆[34]和玉米秸秆[35]仿真模型的建立，将苎麻茎秆剥打的有限元分析视作非线性动力学问题，在SolidWorks 建模软件中建立剥麻滚筒与苎麻茎秆剥打模型，将其输出为Parasolid 的.x_t 格式文件导入ANSYS/LS-DYNA 软件中，考虑到SOLID 元件接触分析的复杂性，需要简化模型的接触，通过忽略剥麻滚筒的螺栓和螺母来简化模型，为减少计算时间并提高精确度，在SpaceClaim 软件中将苎麻茎秆进行中间面处理，再将茎秆面进行曲面分段切割，将进入剥麻区域的网格加密，剥打模型如图8 所示。

图8 剥麻滚筒与苎麻茎秆剥打模型示意图Fig.8 Schematic diagram of the stripping roller and ramie stalk stripping model

分别设置苎麻茎秆韧皮部与木质部的材料属性，韧皮部密度和木质部密度均由排水法测得，分别为888.94 和867.46 kg/m3；
线性弹性选择Orthotropic Elasticity，根据表2 力学特性参数设置数值。

剥麻滚筒直径260 mm，剥麻滚筒打板数量16 块，均设置为刚性体；
在预试验中，相对于苎麻茎秆中部与基部，梢部纤维损失量更大，因此茎秆仿真模型参数以表1 茎秆梢部尺寸作为依据，苎麻茎秆总长设置为700 mm，木质部厚度取平均值1.2 mm，韧皮部厚度取最小值0.4 mm，均设置为柔性体；
剥麻滚筒材料设置为结构钢；
此外，将韧皮部与木质部接触面设置摩擦连接，并分别设置为自表面接触。整体网格划分单元尺寸为6 mm，滚筒设置为10 mm，茎秆端部200 mm 为喂入剥打部分，此部分网格加密设置为2 mm，提高计算精度。

根据国家标准GB/T7699-1999，鲜茎出麻率和原麻含杂率是评价苎麻机械剥麻质量的主要评价指标，但是仿真试验无法直接得出鲜茎出麻率和原麻含杂率。由于苎麻中心髓部与青皮层对剥麻影响较小，因此对该仿真模型进行简化，通过仿真结果发现可以通过喂入部分木质部节点去除量与韧皮部节点损失量来间接表征苎麻剥打效果。在仿真过程中，若木质部去除节点越多，则表示原麻含杂率较小；
韧皮部节点损失量越大，则反映了鲜茎出麻率越低。

3.2.3 仿真结果分析

后处理中，使用LS-PrePost 软件分析茎秆仿真结果，将木质部去除量、韧皮部损失量作为评价指标，韧皮部节点损失情况如图9 所示，红圈中为损失节点。为区分损失节点属性，在统计韧皮部节点损失数量时，可将仿真结果中木质部模型与滚筒模型进行消隐；
统计木质部损失节点时，则取消消隐。

图9 节点损失情况Fig.9 Node losses situation

仿真结果表明，苎麻茎秆剥打过程中，韧皮部纤维的损失主要发生在反拉茎秆的过程中，当反向拉力大于剥离力时，部分纤维发生断裂飞出。对各组单因素试验的仿真过程进行逐帧分析，统计出木质部节点与韧皮部节点的损失量，得到如图10 所示的不同因素对木质部去除量和韧皮部损失量的影响。

图10 不同因素对木质部去除量与韧皮部损失量的影响Fig.10 Effects of different factors on amount of xylem removal and loss of bast fiber layer

如图10a 所示，随着滚筒转速增加，韧皮部损失量Q1与木质部去除量Q2整体呈逐渐上升趋势，当转速达到350 r/min 以上时，木质部去除量Q2上升平缓，节点损失数在75 个以上，木质部去除量较好；
当转速小于650 r/min 时，韧皮部节点损失数量在15 个以下，韧皮部损失量较低，综合韧皮部损失量Q1与木质部去除量Q2结果分析，滚筒转速在350～ 650 r/min 范围内剥麻效果较好。如图10b 所示，随着反拉速度的增加，韧皮部损失量Q1呈现缓慢上升趋势，而木质部去除量Q2先上升再下降，当反拉速度小于0.3 m/s 时，韧皮部损失量低于10 个，而木质部去除量在反拉速度为0.3 m/s 时到达峰值，然后逐渐下降，因此，反拉速度在0.2～0.4 m/s的剥麻质量较好。如图10c 所示，随着喂入角度的增加，韧皮部损失量Q1呈现先下降再上升趋势，木质部去除量Q2先上升再下降，喂入角度为10°时，韧皮部损失量最小而木质部去除量最大，在5°～ 15°范围内，韧皮部损失量Q1小于20 个，木质部去除量Q2大于75 个，剥麻效果较好。

4.1 试验材料与设备

为确定自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机最佳工作参数，于2022 年11 月在西南大学农机实验室进行样机性能试验，如图11 所示。试验对象仍选用“川苎11 号”新鲜苎麻茎秆作为试验材料，茎秆长度为978.4～1 214.3 mm，茎秆直径为9.08～12.68 mm，茎秆含水率为76.42%～83.71%。

图11 剥麻机试验样机及原麻样品Fig.11 Experimental prototype of stripping machine and raw ramie samples

主要仪器设备包括：反拉式换位夹持苎麻剥麻样机，LQ-C20002 型电子秤（量程2 000 g，精度0.01 g），GX30BE型远红外干燥箱，游标卡尺等。

4.2 试验方法与指标

根据自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机的参数设计及理论分析，结合单因素仿真分析结果，选取反拉速度、滚筒转速和喂入角度作为试验因素，试验因素水平如表4所示。

表4 试验因素水平Table 4 Experiment factors and levels

试验时，每组试验剥打10 根苎麻茎秆，3 次重复，结果取平均值。根据国家标准GB/T20793-2015《苎麻精干麻》，结合样机实际作业情况，确定鲜茎出麻率和原麻含杂率作为评价指标，鲜茎出麻率和原麻含杂率计算公式如下：

式中Y1为鲜茎出麻率，%；
Wr为含水率14%的苎麻纤维质量，kg；
Wj为去叶苎麻茎秆质量，kg；
Y2为原麻含杂率，%；
W1为纤维试样拣前质量，g；
W2为纤维试样拣后质量，g。

4.3 试验结果与分析

采用Design-Expert 13 软件对试验数据进行多元回归拟合分析，构建鲜茎出麻率Y1、原麻含杂率Y2与喂入角度、滚筒转速、反拉速度之间的数学模型，检验其显著性，分析交互作用影响规律，试验结果如表5 所示。

表5 试验结果Table 5 Experimental results

对表中数据进行多元线性回归拟合及方差分析，结果如表6 所示。

表6 鲜茎出麻率与原麻含杂率方差分析Table 6 Variance analysis of fiber percentage of fresh stalk and impurity rate of raw fiber

对鲜茎出麻率Y1数据分析可知，在P＜0.05 水平上X1、X2、X3、X1X2、X12 的系数显著，其余的不显著；
鲜茎出麻率模型显著，失拟不显著，剔除不显著变量项后，回归方程为

喂入角度X1和滚筒转速X2的交互作用对鲜茎出麻率与原麻含杂率有显著影响，如图12a 所示。当喂入角度和反拉速度不变时，鲜茎出麻率随滚筒转速增大而降低，其可能原因是随着滚筒转速的增加，单位时间内滚筒打板击打茎秆次数增加，多次击打导致纤维断裂造成损失；
当滚筒转速一定时，随着反拉速度的提高，单位时间内击打次数减少，纤维损失量降低，鲜茎出麻率提高。另外，鲜茎出麻率在反拉速度和喂入角度取中间水平时最高，其原因可能是随着喂入角度的改变，滚筒打板击打部位发生改变，在此角度范围内的韧皮部受力较小不易发生断裂。

图12 交互作用对鲜茎出麻率与原麻含杂率的影响Fig.12 Effect of interaction on the fiber percentage of fresh ramie stalk and impurity rate of raw fiber

对原麻含杂率Y2数据分析可知，在P＜0.05 水平上X1、X3、X1X2、X12、X22、X32的系数显著，其余的不显著；
原麻含杂率模型显著，失拟不显著，剔除不显著变量项后，回归方程为:

由回归方程Y2可知，喂入角度X1和滚筒转速X2的交互作用对原麻含杂率有显著影响，如图12b 所示。当反拉速度和喂入角度不变时，原麻含杂率随滚筒转速增大而降低，其原因可能是单位时间内滚筒打板对茎秆木质部击打次数增加，木质部碎屑体积减小，反拉时更易脱落，使韧皮部碎屑减少；
当滚筒转速不变时，原麻含杂率在反拉速度和喂入角度取中间水平时最低，其原因可能是在喂入角度处于中间水平时，滚筒打板能更好地作用在茎秆青皮层，多次刮擦将青皮层去除，使得原麻含杂率较小。

在Design-Expert 13 软件中进行作业参数优化求解，设定约束条件如式（15）所示。

得到最优参数为：剥麻滚筒转速451.047 r/min，反拉速度0.319 m/s，喂入角度10.728°，此时模型预测的鲜茎出麻率为5.11%，原麻含杂率为1.07%。

为了实现自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机工作性能达到最佳，需对样机试验中的最优参数进行验证。采用上述最优参数进行3 次重复试验，取3 次结果的平均值为试验值，考虑试验的可行性，将剥麻滚筒转速设置为450 r/min，反拉速度为0.32 m/s，喂入角度为11°，在此优化方案下进行试验验证。

通过试验分析可知，鲜茎出麻率试验值与优化值相对误差为1.56%，原麻含杂率试验值与优化值相对误差小于6.5%，因此参数优化模型准确可靠，在此优化参数作业下，鲜茎出麻率为5.03%，原麻含杂率为1.14%。

1）以苎麻鲜茎外形尺寸和力学性能参数为依据，设计了一种自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机，对其剥麻装置和夹持机构进行了结构设计和理论分析，通过单因素力学试验，得出茎秆喂入角度与苎麻剥离力在喂入方向的分力呈极显著线性负相关，进而表明喂入角度对剥麻质量有显著影响。

2）构建了双滚筒剥麻过程运动学仿真模型，以滚筒转速、反拉速度和喂入角度为单因素，以木质部去除量和韧皮部损失量为评价指标，利用ANSYS/LS-DYNA 仿真软件分析不同单因素取值时的剥麻效果。仿真结果表明，当滚筒转速、反拉速度和喂入角度分别在350～650 r/min、0.2～0.4 m/s、5°～15°范围内时，苎麻茎秆剥打效果较好。

3）以滚筒转速、反拉速度、喂入角度为试验因素，鲜茎出麻率和原麻含杂率作为试验指标开展了三因素二次回归正交组合试验，通过优化试验得出最优参数为：滚筒转速451.047 r/min，反拉速度0.319 m/s，喂入角度10.728°，在该条件下的鲜茎出麻率为5.11%，原麻含杂率为1.07%。样机试验验证表明，最优工作参数下的平均鲜茎出麻率和平均原麻含杂率分别为5.03%和1.14%，满足苎麻剥麻机技术要求。

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