小麥秸稈捆運(yùn)輸前后密實(shí)度變化研究

劉金龍等

摘 要：密實(shí)度是捆型秸稈的重要參數(shù)，在運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)其散捆率、完整性有一定影響。本文通過(guò)振動(dòng)模擬試驗(yàn)、實(shí)際路況試驗(yàn)并結(jié)合理論分析，研究了捆型小麥秸稈運(yùn)輸前后密實(shí)度的變化。試驗(yàn)表明，秸稈捆經(jīng)過(guò)振動(dòng)模擬試驗(yàn)、實(shí)際路況試驗(yàn)后，秸稈捆密實(shí)度均值和標(biāo)準(zhǔn)差都會(huì)變小，會(huì)使得完整性降低、散捆率升高。

關(guān)鍵詞：密實(shí)度 捆型秸稈 散捆率 完整性

中圖分類(lèi)號(hào)：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（b）-0206-02

秸稈直燃發(fā)電能夠?qū)⒔斩挼托紵D(zhuǎn)化為集中高效燃燒，能避免秸稈隨處焚燒現(xiàn)象，對(duì)防治環(huán)境污染有一定作用，是秸稈能源化利用的一種重要方式[1，2]。秸稈分布廣、密度低、體積大、收獲季節(jié)性強(qiáng)等特點(diǎn)，使秸稈的持續(xù)供應(yīng)成為秸稈直燃發(fā)電發(fā)展的主要瓶頸[3，4]。為保證秸稈的持續(xù)供應(yīng)，需將秸稈進(jìn)行打捆以提高存儲(chǔ)運(yùn)輸效率。密實(shí)度、散捆率、完整性是秸稈捆在運(yùn)輸和儲(chǔ)藏中需要考慮的三個(gè)指標(biāo)。其中，密實(shí)度是指秸稈捆內(nèi)秸稈所充實(shí)的程度；散捆率是指一定數(shù)量的秸稈捆中散捆捆型占總數(shù)的百分比（通常秸稈捆有一道繩子斷裂即認(rèn)定為散捆）；完整性是指搬運(yùn)和運(yùn)輸前后秸稈捆內(nèi)部秸稈的損失比例。

1 秸稈捆密實(shí)度

秸稈捆密實(shí)度的大小由打捆機(jī)的性能決定，由于打捆機(jī)壓縮部件的壓力可以調(diào)節(jié)，所以密實(shí)度可以在一定范圍內(nèi)變化。密實(shí)度的設(shè)置應(yīng)綜合考慮秸稈硬度、打捆繩質(zhì)量等因素。密實(shí)度如果太大，打捆繩內(nèi)部應(yīng)力會(huì)很大，在運(yùn)輸過(guò)程中可能會(huì)造成打捆繩斷裂，以致散捆率增大；密實(shí)度如果太小，一方面，單位質(zhì)量的秸稈所需捆數(shù)增大，增加了打捆成本和運(yùn)輸成本；另一方面，秸稈捆內(nèi)部會(huì)很松散，運(yùn)輸過(guò)程容易造成秸稈損失，以致完整性降低。對(duì)于方捆打捆機(jī)，壓縮方式為分片式壓縮，秸稈捆出現(xiàn)了密實(shí)度分布不均的情況（如圖1所示）。

2 試驗(yàn)裝置與方法

2.1 試驗(yàn)材料

小型方捆小麥秸稈捆，2道打捆繩，由撿拾打捆機(jī)打捆而成長(zhǎng)85 cm，寬40 cm，高35 cm，質(zhì)量13 kg左右。

大型方捆小麥秸稈捆，6道打捆繩，由大型臥式打捆機(jī)和豎式打捆機(jī)打捆而成，長(zhǎng)170 cm，寬115 cm，高85 cm，質(zhì)量300 kg左右。

2.2 試驗(yàn)裝置

撿拾打捆機(jī)：THB1060型，上海世達(dá)爾現(xiàn)代農(nóng)機(jī)有限公司生產(chǎn)。

臥式打捆機(jī)：HFJWD-100型，山東臨清市弘發(fā)棉麻機(jī)械制造公司生產(chǎn)。

豎式打捆機(jī)：YK2-40CK型，山東省臨清市鳴宇機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)。

振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)：TPJ型，濟(jì)南試金集團(tuán)有限公司生產(chǎn)。

密實(shí)度計(jì)：TYD-2型，浙江托普儀器有限公司生產(chǎn)。

2.3 試驗(yàn)方法

由于目前沒(méi)有專(zhuān)用的秸稈捆密實(shí)度測(cè)量?jī)x，本試驗(yàn)采用測(cè)量土壤硬度和緊實(shí)度的土壤硬度計(jì)。TYD-2型土壤硬度計(jì)的測(cè)量部分為45 mm的前端為圓錐形的鐵質(zhì)長(zhǎng)桿探頭，測(cè)量時(shí)，將探頭插入被測(cè)物體，儀器會(huì)自動(dòng)記錄下探頭所受力的最大值。

本試驗(yàn)采用五點(diǎn)測(cè)量法（LW面、LH面、WH面每個(gè)面的中心和距離四個(gè)頂點(diǎn)10 mm處）。對(duì)于小型方捆秸稈捆，LW面探頭的插入長(zhǎng)度為20 mm，LH面探頭的插入長(zhǎng)度為24 mm，WH面探頭的插入長(zhǎng)度為45 mm。而對(duì)于大型方捆秸稈捆，各面探頭均為全部插入（45 mm）。振動(dòng)試驗(yàn)采用小型方捆秸稈捆，實(shí)際路況試驗(yàn)采用大型方捆秸稈捆。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 振動(dòng)模擬試驗(yàn)

將小型方捆秸稈捆放置在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的振動(dòng)平臺(tái)上，用尼龍繩將其扎緊，使秸稈捆在振動(dòng)時(shí)與振動(dòng)平臺(tái)無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)物流行業(yè)的相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，將振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的振幅設(shè)置為10 mm，振動(dòng)頻率設(shè)置為4 Hz。

由于振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)尺寸的限制，選取2個(gè)小型方捆小麥秸稈捆為試驗(yàn)對(duì)象，在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上的放置方向如圖3、圖4所示，振動(dòng)時(shí)間為30 min，振動(dòng)方向?yàn)樯舷抡駝?dòng)。2個(gè)秸稈捆的參數(shù)見(jiàn)表1。在振動(dòng)前后，分別用密實(shí)度計(jì)對(duì)秸稈捆1和秸稈捆2各面5個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量密實(shí)度，取平均值，振動(dòng)前后秸稈捆密實(shí)度均值變化如圖5、圖6所示，振動(dòng)前后秸稈捆密實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)差變化如圖7、圖8所示。

（1）秸稈捆1和秸稈捆2密實(shí)度均值減?。ㄈ鐖D5、圖6所示），其原因?yàn)椋盒⌒徒斩捓τ蓳焓按蚶C(jī)打捆而成，其松散程度和繩子的應(yīng)力要遠(yuǎn)小于大型秸稈捆，在經(jīng)過(guò)振動(dòng)試驗(yàn)后，秸稈捆有向外膨脹的趨勢(shì)，秸稈捆體積略有增大，使得秸稈捆內(nèi)部秸稈間隙增大、充實(shí)程度降低，所以各測(cè)點(diǎn)密實(shí)度均值減小。

（2）秸稈捆1和秸稈捆2密實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)差減小（如圖7、圖8所示），原因?yàn)楦呙軐?shí)度區(qū)域會(huì)對(duì)低密實(shí)度區(qū)域產(chǎn)生擠壓的作用，使得低密實(shí)度區(qū)域的密實(shí)度增大；同時(shí)，高密實(shí)度區(qū)域會(huì)有膨脹的趨勢(shì)，使得自身密實(shí)度減小，導(dǎo)致秸稈捆內(nèi)各點(diǎn)密實(shí)度差異性減小，密實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)差變小。

3.2 實(shí)際路況試驗(yàn)

在實(shí)際路況條件下，由于運(yùn)輸?shù)姆奖愫瓦\(yùn)輸成本的限制，小型方捆秸稈捆大多數(shù)都被重新打成大型方捆秸稈捆，選取大型方捆小麥秸稈捆為試驗(yàn)對(duì)象。大型方捆秸稈捆的打捆設(shè)備主要有兩種：一種是臥式打捆機(jī)；另一種是豎式打捆機(jī)。

臥式打捆機(jī)和豎式打捆機(jī)由于壓縮方向的不同，所打的捆密實(shí)度的分布也不太相同。豎式打捆機(jī)的秸稈捆為豎直放置，壓縮方向?yàn)閱蝹?cè)向下壓縮，同時(shí)采用分片式壓縮，所以豎直放置的秸稈捆的密實(shí)度出現(xiàn)了從上到下密實(shí)度逐漸增大的趨勢(shì)；而臥式打捆機(jī)的壓縮方向?yàn)樗椒较颍ㄆ叫杏贚方向），壓縮方向?yàn)閮蓚?cè)向中間壓縮，同時(shí)采用分片式壓縮，所打的秸稈捆密實(shí)度分布和撿拾打捆機(jī)所打的小型方捆類(lèi)似。

分別以臥式打捆機(jī)和豎式打捆機(jī)所打大型方捆秸稈捆為試驗(yàn)對(duì)象，運(yùn)輸起點(diǎn)為河南省周口市太康縣，運(yùn)輸終點(diǎn)為國(guó)能鹿邑生物發(fā)電有限公司，用密實(shí)度計(jì)對(duì)運(yùn)輸前后對(duì)大型方捆秸稈捆各面的密實(shí)度進(jìn)行測(cè)量，各面為5個(gè)測(cè)點(diǎn)取平均值，試驗(yàn)方法與振動(dòng)試驗(yàn)相同，密實(shí)度均值變化如圖11、圖12所示，密實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)差變化如圖13、圖14所示。大型方捆秸稈捆在運(yùn)輸后密實(shí)度均值與密實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)差都變小，這和振動(dòng)試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果一致。在運(yùn)輸過(guò)程中，秸稈捆高密實(shí)度區(qū)域會(huì)對(duì)低密實(shí)度區(qū)域產(chǎn)生擠壓的作用，使得低密實(shí)度區(qū)域的密實(shí)度增大；同時(shí)，高密實(shí)度區(qū)域會(huì)有膨脹的趨勢(shì)，使得自身密實(shí)度減小，所以秸稈捆密實(shí)度均值變小。同時(shí)，由于秸稈捆不斷振動(dòng)，高密實(shí)度區(qū)域和低密實(shí)度區(qū)域內(nèi)部各點(diǎn)密實(shí)度的差異性也會(huì)減小，所以秸稈捆密實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)差也變小。

4 結(jié)論

振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)模擬試驗(yàn)和實(shí)際路況試驗(yàn)均表明，小型方捆秸稈捆和大型方捆秸稈捆在經(jīng)過(guò)振動(dòng)后，各面密實(shí)度減小，且各點(diǎn)密實(shí)度差異性也減小，會(huì)導(dǎo)致完整性降低；在運(yùn)輸過(guò)程中，秸稈捆體積有膨脹的趨勢(shì)，使得打捆繩張力增大，會(huì)導(dǎo)致散捆率升高。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬洪儒，蘇宜虎.生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)研究探討[J].農(nóng)機(jī)化研究，2007（8）：155-158.

[2] 劉建禹，翟國(guó)勛，陳榮耀.生物質(zhì)燃料直接燃燒過(guò)程特性的分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，32（3）：290-294.

[3] 張培遠(yuǎn).國(guó)內(nèi)外秸稈發(fā)電的比較研究[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

[4] 張展，王利生，張培棟.區(qū)域秸稈資源最優(yōu)化收集路徑與運(yùn)輸成本分析[J].可再生能源，2009，27（3）：102-106.endprint