试验表明秸秆含水率对秸秆压块机功耗的影响
时间：2015-11-15 09:26:52 点击:289次 作者:杜甫机械
秸秆含水率是影响压块成型的重要因素之一。为了提高秸秆压块产品的生产率,降低压块机的功率,本试验以玉米秸秆为试验物料,选取5个水平含水率,在秸秆压块机进行试验。压力传感器测取压块机工作时压辊把物料从环�？籽钩鍪钡淖畲蠹烦隽�,在电机上安装增量型编码器,通过变频器获取压块机消耗的功率。试验结果表明,物料含水率为29%时压块机消耗的功率较小,草块成型较好且密度较高。
目前,随着我国畜牧业的快速发展,饲草料短缺已成为农牧区的一个突出问题。据统计 [1] ,全国年产各类农作物秸秆7亿t,其数量相当于北方草产量的50倍多,占全世界秸秆产量的20%～39%。自然状态下的秸秆容积大、不便于储存、运输费用高;直接饲喂采食率低,造成营养大量流失 [2-8] 。而秸秆经压缩成秸秆块后不但便于运输贮存、使牲畜易于采食、便于营养吸收,同时也可制成燃能很高的生物质燃料等，使秸秆变废为宝,有着巨大的市场空间 。
压块机是生产秸秆块的主要机具,是一种耗能比较高的设备 ,为了节能降耗 ,提高压块机的生 产率,研究压块机的功耗势在必行。
一、试验装置和仪器
（1）压块机工作时,物料通过喂料斗及喂入螺旋机构的输送,被均匀、连续地喂入环模与压辊之间的腔体中 ,由环模与压辊的相对运动把物料逐渐带入环模 与压辊的楔形间隙中,随挤出力的增大,物料间联结力增强被挤入环�？啄�,当挤压力增大到能克服模孔对物料的摩擦阻力时,不断从环�？字谐侍踝醇烦�。挤出时物料被机体外壳上的切片切成长度适宜的草块。压块机工作原理如图2所示
（2） 试验仪器的选择与布置 根据试验的需要,选择变频器和增量型编码器获取压块机的功率。编码器通过固定支架安装在电机主轴的末端,电机通过变频器进行供电。主要试验仪器如表1所示
选取压力传感器采集挤出草块时的最大挤出力,安装位置如图3所示。为了保证传感器正常使用而不致损坏,在压块机环模的内腔底部设置底座,压力传感器平放在底座上,然后把千斤顶平放在传感器上,使千斤顶的顶杆轴线与环�？字行亩灾�
二、试验方法
（1）试验物料含水率的调制 以玉米秸秆为试验物料,首先进行铡切与揉碎的预加工处理,使秸秆物料的长度在20～30mm之间,对揉碎的秸秆物料进行初始状态采样,获得物料原始含水率。然后调制不同水平的含水率,如果秸秆物料不符合试验要求,含水率太高则放置在室外通风干燥一段时间,含水率低则加一定量的水,调制好后,充分搅拌后需用塑料袋密封保湿24h。试验时,再取样测含水率,在满足要求后进行压块试验。
（2） 试验因素及水平的选取 影响压块机功耗的因素有物料的特性、物料长度、环模转速、环模间隙等。根据前面的实验结果选定环模间隙为3mm,环模转速为140r/min,选取5个水平含水 率进行实验,研究物料含水率对压块机功耗的影响
（3） 试验数据的获取压块机功率的获取 连接好变频器、编码器及电机的连线,启动变频器,设定好基本的参数。在电机空载的状态下,输入电机的各种性能要求,启动电机让其运行,当变频器提示自学习成功后方可接上负载开始工作。试验时压块机先进行试生产,进入正常的状态后开始试验,在均匀喂料的情况下,从变频器上读取在相应的含水率水平下压块机的功率N。2.3.2 草块最大挤出力的获取 在含水率每一水平下当压块机运行稳定出块后�；�,迅速把CLHGM-1型压力传感器安放好,数据采集结构框图,如图4所示。启动数据采集软件UT70B,设定数据采集的时间间隔为1s,通过千斤顶的加力杆平稳加压,通过压力传感器采集顶杆压出草块时草块与环模的最大摩擦力,此力即为草块的最大挤出力F
（4）草块干湿密度的获取 在含水率每一水平的试验中采集草块,测其质量、长度和截面积,计算其湿密度,然后用干燥箱烘干,同理获得草块的干密度。
三、 结果与分析
获得物料含水率在5水平下草块被顶出时挤出力的时域信号,如图5所示。该图是一次采样全过程草块挤出力F和时间的关系曲线,从图5中可以看到开始加压时,所施加的挤出力没有达到草块与环模之间的最大静摩擦力,草块不移动,随时间的增加挤出力迅速上升;当挤出力等于草块与环模之间的最大静摩擦力时,草块开始移动,该点对应的力为压块机压出草块的最大挤出力;此后随草块的排出,草块与环模的接触面积减小,摩擦力开始减小,因此表现为挤出力下降趋势
在开始和结束采集时,挤出力不为0是因为千斤顶有一定的质量。对含水率每一个水平下的分别进行6次采样,通过分析计算获得最大挤出力和平均挤出力,如表2所示。
首先分析含水率对草块最大挤出力影响,草块最大挤出力F和含水率的关系,如图6所示 。
由图6可以看出最大挤出力随着含水率的升高而降低,在19%～29%区段,随含水率的增加最大挤出力下降幅度很大;在29%～40%区段,随含水率的增加最大挤出力变化较小。从表3中可知随含水率的增加,压块机消耗的功率变化不大,呈下降的趋势,
而生产率在含水率为19%和40%时生产率很低。其原因是含水率在19%时,草块与�？椎哪Σ亮艽�,草块移动速度缓慢,草块成型虽好,但生产率很低,且生产出来的草块内部和表面焦糊现象严重;含水率在40%时,虽然消耗的功率较少,但草块成型不好,为片层状,很容易碎裂,且碎末较多。这是由于物料含水率越高,物料与环�？妆谥涞哪Σ亮υ叫�,压制成的草块越较容易从环模孔挤压出来,降低单位产量的能耗,但是由于摩擦力减小,草物料在环�？桌锿Ａ舻氖奔渚突崴醵�,使草块的密度较低和表面粗糙,造成草块的成型率低,导致生产率较低。含水率在25%～33%区段草块成型较好,含水率为25%时,草块与�？椎哪Σ劣兴跣�,出块相对顺畅,生产率得到提高,但草块最大挤出力、压块机消耗的功率在此区间仍很高,且草块表面仍有焦糊的现象。因此,综合考虑草块的(干湿)密度、最大挤出力、压块机的功率消耗、生产率等各项指标,确定含水率约为29%时,最大挤出力较小、功率较低、密度适宜、生产率较高。
四、 结论
1)草块的最大挤出力随秸秆物料的含水率的增加而降低,即在19%～29%区段,随含水率的增加最大挤出力下降幅度很大;在29%～40%区段,随含水率的增加最大挤出力变化较小。
2)秸秆物料的含水率对压块机的功率消耗影响较大。实验表明:在含水率为29%时进行压块,压块机的最大挤出力较小,消耗的功率较小,密度适宜,成型较好,生产率较高。
