試驗(yàn)表明秸稈含水率對秸稈壓塊機(jī)功耗的影響
時間：2015-11-15 09:26:52 點(diǎn)擊:289次 作者:杜甫機(jī)械
秸稈含水率是影響壓塊成型的重要因素之一。為了提高秸稈壓塊產(chǎn)品的生產(chǎn)率,降低壓塊機(jī)的功率,本試驗(yàn)以玉米秸稈為試驗(yàn)物料,選取5個水平含水率,在秸稈壓塊機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。壓力傳感器測取壓塊機(jī)工作時壓輥把物料從環(huán)模孔壓出時的最大擠出力,在電機(jī)上安裝增量型編碼器,通過變頻器獲取壓塊機(jī)消耗的功率。試驗(yàn)結(jié)果表明,物料含水率為29%時壓塊機(jī)消耗的功率較小,草塊成型較好且密度較高。
目前,隨著我國畜牧業(yè)的快速發(fā)展,飼草料短缺已成為農(nóng)牧區(qū)的一個突出問題。據(jù)統(tǒng)計(jì) [1] ,全國年產(chǎn)各類農(nóng)作物秸稈7億t,其數(shù)量相當(dāng)于北方草產(chǎn)量的50倍多,占全世界秸稈產(chǎn)量的20%～39%。自然狀態(tài)下的秸稈容積大、不便于儲存、運(yùn)輸費(fèi)用高;直接飼喂采食率低,造成營養(yǎng)大量流失 [2-8] 。而秸稈經(jīng)壓縮成秸稈塊后不但便于運(yùn)輸貯存、使牲畜易于采食、便于營養(yǎng)吸收,同時也可制成燃能很高的生物質(zhì)燃料等，使秸稈變廢為寶,有著巨大的市場空間 。
壓塊機(jī)是生產(chǎn)秸稈塊的主要機(jī)具,是一種耗能比較高的設(shè)備 ,為了節(jié)能降耗 ,提高壓塊機(jī)的生 產(chǎn)率,研究壓塊機(jī)的功耗勢在必行。
一、試驗(yàn)裝置和儀器
（1）壓塊機(jī)工作時,物料通過喂料斗及喂入螺旋機(jī)構(gòu)的輸送,被均勻、連續(xù)地喂入環(huán)模與壓輥之間的腔體中 ,由環(huán)模與壓輥的相對運(yùn)動把物料逐漸帶入環(huán)模 與壓輥的楔形間隙中,隨擠出力的增大,物料間聯(lián)結(jié)力增強(qiáng)被擠入環(huán)模孔內(nèi),當(dāng)擠壓力增大到能克服模孔對物料的摩擦阻力時,不斷從環(huán)模孔中呈條狀擠出。擠出時物料被機(jī)體外殼上的切片切成長度適宜的草塊。壓塊機(jī)工作原理如圖2所示
（2） 試驗(yàn)儀器的選擇與布置 根據(jù)試驗(yàn)的需要,選擇變頻器和增量型編碼器獲取壓塊機(jī)的功率。編碼器通過固定支架安裝在電機(jī)主軸的末端,電機(jī)通過變頻器進(jìn)行供電。主要試驗(yàn)儀器如表1所示
選取壓力傳感器采集擠出草塊時的最大擠出力,安裝位置如圖3所示。為了保證傳感器正常使用而不致?lián)p壞,在壓塊機(jī)環(huán)模的內(nèi)腔底部設(shè)置底座,壓力傳感器平放在底座上,然后把千斤頂平放在傳感器上,使千斤頂?shù)捻敆U軸線與環(huán)模孔中心對中
二、試驗(yàn)方法
（1）試驗(yàn)物料含水率的調(diào)制 以玉米秸稈為試驗(yàn)物料,首先進(jìn)行鍘切與揉碎的預(yù)加工處理,使秸稈物料的長度在20～30mm之間,對揉碎的秸稈物料進(jìn)行初始狀態(tài)采樣,獲得物料原始含水率。然后調(diào)制不同水平的含水率,如果秸稈物料不符合試驗(yàn)要求,含水率太高則放置在室外通風(fēng)干燥一段時間,含水率低則加一定量的水,調(diào)制好后,充分?jǐn)嚢韬笮栌盟芰洗芊獗?4h。試驗(yàn)時,再取樣測含水率,在滿足要求后進(jìn)行壓塊試驗(yàn)。
（2） 試驗(yàn)因素及水平的選取 影響壓塊機(jī)功耗的因素有物料的特性、物料長度、環(huán)模轉(zhuǎn)速、環(huán)模間隙等。根據(jù)前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果選定環(huán)模間隙為3mm,環(huán)模轉(zhuǎn)速為140r/min,選取5個水平含水 率進(jìn)行實(shí)驗(yàn),研究物料含水率對壓塊機(jī)功耗的影響
（3） 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取壓塊機(jī)功率的獲取 連接好變頻器、編碼器及電機(jī)的連線,啟動變頻器,設(shè)定好基本的參數(shù)。在電機(jī)空載的狀態(tài)下,輸入電機(jī)的各種性能要求,啟動電機(jī)讓其運(yùn)行,當(dāng)變頻器提示自學(xué)習(xí)成功后方可接上負(fù)載開始工作。試驗(yàn)時壓塊機(jī)先進(jìn)行試生產(chǎn),進(jìn)入正常的狀態(tài)后開始試驗(yàn),在均勻喂料的情況下,從變頻器上讀取在相應(yīng)的含水率水平下壓塊機(jī)的功率N。2.3.2 草塊最大擠出力的獲取 在含水率每一水平下當(dāng)壓塊機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定出塊后停機(jī),迅速把CLHGM-1型壓力傳感器安放好,數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)框圖,如圖4所示。啟動數(shù)據(jù)采集軟件UT70B,設(shè)定數(shù)據(jù)采集的時間間隔為1s,通過千斤頂?shù)募恿U平穩(wěn)加壓,通過壓力傳感器采集頂桿壓出草塊時草塊與環(huán)模的最大摩擦力,此力即為草塊的最大擠出力F
（4）草塊干濕密度的獲取 在含水率每一水平的試驗(yàn)中采集草塊,測其質(zhì)量、長度和截面積,計(jì)算其濕密度,然后用干燥箱烘干,同理獲得草塊的干密度。
三、 結(jié)果與分析
獲得物料含水率在5水平下草塊被頂出時擠出力的時域信號,如圖5所示。該圖是一次采樣全過程草塊擠出力F和時間的關(guān)系曲線,從圖5中可以看到開始加壓時,所施加的擠出力沒有達(dá)到草塊與環(huán)模之間的最大靜摩擦力,草塊不移動,隨時間的增加擠出力迅速上升;當(dāng)擠出力等于草塊與環(huán)模之間的最大靜摩擦力時,草塊開始移動,該點(diǎn)對應(yīng)的力為壓塊機(jī)壓出草塊的最大擠出力;此后隨草塊的排出,草塊與環(huán)模的接觸面積減小,摩擦力開始減小,因此表現(xiàn)為擠出力下降趨勢
在開始和結(jié)束采集時,擠出力不為0是因?yàn)榍Ы镯斢幸欢ǖ馁|(zhì)量。對含水率每一個水平下的分別進(jìn)行6次采樣,通過分析計(jì)算獲得最大擠出力和平均擠出力,如表2所示。
首先分析含水率對草塊最大擠出力影響,草塊最大擠出力F和含水率的關(guān)系,如圖6所示 。
由圖6可以看出最大擠出力隨著含水率的升高而降低,在19%～29%區(qū)段,隨含水率的增加最大擠出力下降幅度很大;在29%～40%區(qū)段,隨含水率的增加最大擠出力變化較小。從表3中可知隨含水率的增加,壓塊機(jī)消耗的功率變化不大,呈下降的趨勢,
而生產(chǎn)率在含水率為19%和40%時生產(chǎn)率很低。其原因是含水率在19%時,草塊與模孔的摩擦力很大,草塊移動速度緩慢,草塊成型雖好,但生產(chǎn)率很低,且生產(chǎn)出來的草塊內(nèi)部和表面焦糊現(xiàn)象嚴(yán)重;含水率在40%時,雖然消耗的功率較少,但草塊成型不好,為片層狀,很容易碎裂,且碎末較多。這是由于物料含水率越高,物料與環(huán)模孔壁之間的摩擦力越小,壓制成的草塊越較容易從環(huán)模孔擠壓出來,降低單位產(chǎn)量的能耗,但是由于摩擦力減小,草物料在環(huán)模孔里停留的時間就會縮短,使草塊的密度較低和表面粗糙,造成草塊的成型率低,導(dǎo)致生產(chǎn)率較低。含水率在25%～33%區(qū)段草塊成型較好,含水率為25%時,草塊與模孔的摩擦有所減小,出塊相對順暢,生產(chǎn)率得到提高,但草塊最大擠出力、壓塊機(jī)消耗的功率在此區(qū)間仍很高,且草塊表面仍有焦糊的現(xiàn)象。因此,綜合考慮草塊的(干濕)密度、最大擠出力、壓塊機(jī)的功率消耗、生產(chǎn)率等各項(xiàng)指標(biāo),確定含水率約為29%時,最大擠出力較小、功率較低、密度適宜、生產(chǎn)率較高。
四、 結(jié)論
1)草塊的最大擠出力隨秸稈物料的含水率的增加而降低,即在19%～29%區(qū)段,隨含水率的增加最大擠出力下降幅度很大;在29%～40%區(qū)段,隨含水率的增加最大擠出力變化較小。
2)秸稈物料的含水率對壓塊機(jī)的功率消耗影響較大。實(shí)驗(yàn)表明:在含水率為29%時進(jìn)行壓塊,壓塊機(jī)的最大擠出力較小,消耗的功率較小,密度適宜,成型較好,生產(chǎn)率較高。
