試驗表明秸稈含水率對秸稈壓塊機功耗的影響
時間：2015-11-15 09:26:52 點擊:289次 作者:杜甫機械
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品的生產率,降低壓塊機的功率,本試驗以玉米秸稈為試驗物料,選取5個水平含水率,在秸稈壓塊機進行試驗。壓力傳感器測取壓塊機工作時壓輥把物料從環�？讐撼鰰r的最大擠出力,在電機上安裝增量型編碼器,通過變頻器獲取壓塊機消耗的功率。試驗結果表明,物料含水率為29%時壓塊機消耗的功率較小,草塊成型較好且密度較高。
目前,隨著我國畜牧業的快速發展,飼草料短缺已成為農牧區的一個突出問題。據統計 [1] ,全國年產各類農作物秸稈7億t,其數量相當于北方草產量的50倍多,占全世界秸稈產量的20%～39%。自然狀態下的秸稈容積大、不便于儲存、運輸費用高;直接飼喂采食率低,造成營養大量流失 [2-8] 。而秸稈經壓縮成秸稈塊后不但便于運輸貯存、使牲畜易于采食、便于營養吸收,同時也可制成燃能很高的生物質燃料等，使秸稈變廢為寶,有著巨大的市場空間 。
壓塊機是生產秸稈塊的主要機具,是一種耗能比較高的設備 ,為了節能降耗 ,提高壓塊機的生 產率,研究壓塊機的功耗勢在必行。
一、試驗裝置和儀器
（1）壓塊機工作時,物料通過喂料斗及喂入螺旋機構的輸送,被均勻、連續地喂入環模與壓輥之間的腔體中 ,由環模與壓輥的相對運動把物料逐漸帶入環模 與壓輥的楔形間隙中,隨擠出力的增大,物料間聯結力增強被擠入環�？變�,當擠壓力增大到能克服�？讓ξ锪系哪Σ磷枇r,不斷從環�？字谐蕳l狀擠出。擠出時物料被機體外殼上的切片切成長度適宜的草塊。壓塊機工作原理如圖2所示
（2） 試驗儀器的選擇與布置 根據試驗的需要,選擇變頻器和增量型編碼器獲取壓塊機的功率。編碼器通過固定支架安裝在電機主軸的末端,電機通過變頻器進行供電。主要試驗儀器如表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損壞,在壓塊機環模的內腔底部設置底座,壓力傳感器平放在底座上,然后把千斤頂平放在傳感器上,使千斤頂的頂桿軸線與環�？字行膶χ�
二、試驗方法
（1）試驗物料含水率的調制 以玉米秸稈為試驗物料,首先進行鍘切與揉碎的預加工處理,使秸稈物料的長度在20～30mm之間,對揉碎的秸稈物料進行初始狀態采樣,獲得物料原始含水率。然后調制不同水平的含水率,如果秸稈物料不符合試驗要求,含水率太高則放置在室外通風干燥一段時間,含水率低則加一定量的水,調制好后,充分攪拌后需用塑料袋密封保濕24h。試驗時,再取樣測含水率,在滿足要求后進行壓塊試驗。
（2） 試驗因素及水平的選取 影響壓塊機功耗的因素有物料的特性、物料長度、環模轉速、環模間隙等。根據前面的實驗結果選定環模間隙為3mm,環模轉速為140r/min,選取5個水平含水 率進行實驗,研究物料含水率對壓塊機功耗的影響
（3） 試驗數據的獲取壓塊機功率的獲取 連接好變頻器、編碼器及電機的連線,啟動變頻器,設定好基本的參數。在電機空載的狀態下,輸入電機的各種性能要求,啟動電機讓其運行,當變頻器提示自學習成功后方可接上負載開始工作。試驗時壓塊機先進行試生產,進入正常的狀態后開始試驗,在均勻喂料的情況下,從變頻器上讀取在相應的含水率水平下壓塊機的功率N。2.3.2 草塊最大擠出力的獲取 在含水率每一水平下當壓塊機運行穩定出塊后停機,迅速把CLHGM-1型壓力傳感器安放好,數據采集結構框圖,如圖4所示。啟動數據采集軟件UT70B,設定數據采集的時間間隔為1s,通過千斤頂的加力桿平穩加壓,通過壓力傳感器采集頂桿壓出草塊時草塊與環模的最大摩擦力,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中采集草塊,測其質量、長度和截面積,計算其濕密度,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到草塊與環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;當擠出力等于草塊與環模之間的最大靜摩擦力時,草塊開始移動,該點對應的力為壓塊機壓出草塊的最大擠出力;此后隨草塊的排出,草塊與環模的接觸面積減小,摩擦力開始減小,因此表現為擠出力下降趨勢
在開始和結束采集時,擠出力不為0是因為千斤頂有一定的質量。對含水率每一個水平下的分別進行6次采樣,通過分析計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%區段,隨含水率的增加最大擠出力下降幅度很大;在29%～40%區段,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,壓塊機消耗的功率變化不大,呈下降的趨勢,
而生產率在含水率為19%和40%時生產率很低。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,但生產率很低,且生產出來的草塊內部和表面焦糊現象嚴重;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�？妆谥g的摩擦力越小,壓制成的草塊越較容易從環模孔擠壓出來,降低單位產量的能耗,但是由于摩擦力減小,草物料在環�？桌锿Ａ舻臅r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,導致生產率較低。含水率在25%～33%區段草塊成型較好,含水率為25%時,草塊與模孔的摩擦有所減小,出塊相對順暢,生產率得到提高,但草塊最大擠出力、壓塊機消耗的功率在此區間仍很高,且草塊表面仍有焦糊的現象。因此,綜合考慮草塊的(干濕)密度、最大擠出力、壓塊機的功率消耗、生產率等各項指標,確定含水率約為29%時,最大擠出力較小、功率較低、密度適宜、生產率較高。
四、 結論
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%區段,隨含水率的增加最大擠出力下降幅度很大;在29%～40%區段,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的功率消耗影響較大。實驗表明:在含水率為29%時進行壓塊,壓塊機的最大擠出力較小,消耗的功率較小,密度適宜,成型較好,生產率較高。
