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模孔壓出時的最大擠出力,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模孔內,當擠壓力增大到能克服模孔對物料的摩擦阻力時,不斷從環模孔中呈條狀擠出。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模孔中心對中
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,物料與環模孔壁之間的摩擦力越小,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。
