含水率對(duì)玉米秸稈振動(dòng)致密成型的影響

丁 坤，馬彥華，哈 圖

（1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000；2. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)處，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

秸稈產(chǎn)量高且營(yíng)養(yǎng)豐富，可制作成青貯飼料，用來(lái)喂養(yǎng)草食動(dòng)物。課題組嘗試將振動(dòng)力場(chǎng)引入生物質(zhì)致密成型中，在不使用粘結(jié)劑及加溫的情況下，將生物質(zhì)壓縮成型，并進(jìn)行了可行性研究。本文以玉米秸稈為原料，將探討在振動(dòng)力場(chǎng)作用下，物料含水率對(duì)致密成型產(chǎn)品松弛密度和壓縮比能耗的影響。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)物料 選用呼和浩特市郊區(qū)生產(chǎn)的玉米秸稈為試驗(yàn)原料，用9R-40 型揉碎機(jī)將玉米秸稈揉碎，調(diào)制試驗(yàn)物料的含水率分別為：15%，18%，21%，24%。

1.2 試驗(yàn)系統(tǒng) 振動(dòng)致密成型試驗(yàn)是在如圖1 所示的試驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行。

圖1 生物質(zhì)致密成型測(cè)試系統(tǒng)照片

試驗(yàn)過(guò)程為：（1） 將15g 的玉米秸稈原料填入料筒；（2）壓縮活塞下行，開(kāi)始?jí)嚎s物料；（3） 啟動(dòng)氣壓振動(dòng)系統(tǒng)，給氣動(dòng)激振器提供0.5MPa 的氣體，相當(dāng)于壓縮活塞疊加頻率為35Hz，振幅為2mm 的正弦振動(dòng)信號(hào)；（4） 當(dāng)壓縮活塞運(yùn)行遇到下限位開(kāi)關(guān)時(shí)，停止移動(dòng)，并關(guān)閉氣動(dòng)激振器的氣源；（5）同步測(cè)試位移信號(hào)、壓力信號(hào)、振動(dòng)信號(hào)；（6） 壓縮活塞回程。每組試驗(yàn)重復(fù)30 次。

1.3 試驗(yàn)指標(biāo) （1） 松弛密度 是指生物質(zhì)成型塊被擠出模具，在室溫條件下，放置1 周后，測(cè)得的成型塊密度。本試驗(yàn)所用的測(cè)試方法是采用游標(biāo)卡尺和電子天平直接測(cè)量成型塊的直徑、長(zhǎng)度和質(zhì)量，計(jì)算出體積，進(jìn)而求出成型塊的密度。（2） 比能耗 是指壓縮單位質(zhì)量物料所消耗的能量。本文采用試驗(yàn)獲得的壓力位移曲線面積來(lái)計(jì)算比能耗：

式中：P 為壓力（N）；s 為壓縮活塞的位移（m）；m 為被壓縮物料的質(zhì)量（kg）。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

玉米秸稈含水率對(duì)振動(dòng)致密成型過(guò)程比能耗、松弛密度的影響見(jiàn)圖2。

圖2 不同含水率下的試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可看出，含水率越高，成型塊的松弛密度越低、比能耗越低。其主要原因是，在開(kāi)式壓縮條件下，玉米秸稈被壓縮的程度取決于玉米秸稈特性和物料與模具壁面間的最大靜摩擦力。一方面，玉米秸稈顆粒內(nèi)適當(dāng)?shù)乃挚梢猿洚?dāng)成型過(guò)程的潤(rùn)滑劑，降低了物料與模具壁面的摩擦力以及顆粒內(nèi)部的摩擦，使其流動(dòng)性增強(qiáng)，所以壓縮阻力降低，能耗降低，物料被壓縮的程度降低。另一方面，含水率是影響玉米秸稈機(jī)械特性的重要因素，在試驗(yàn)的含水率范圍內(nèi)，隨著含水率的提高，抗壓強(qiáng)度、破壞應(yīng)力等力學(xué)性質(zhì)均有所下降，成型塊被擠出模具所需要的最大壓力以及能耗減小，同時(shí)含水率增加，彈性模量提高，壓縮后彈性恢復(fù)量增加，成型塊的松弛密度降低。將秸稈壓縮成型，不僅能增加秸稈的利用率和營(yíng)養(yǎng)率，提高經(jīng)濟(jì)效益，還能解決草食動(dòng)物飼料短缺和供應(yīng)不穩(wěn)定問(wèn)題。

3 結(jié) 論

通過(guò)研究玉米秸稈含水率對(duì)振動(dòng)致密成型比能耗和成型塊松弛密度的影響，得出：玉米秸稈含水率由15%增加到24%時(shí)，成型塊松弛密度降低，比能耗降低；同時(shí)也能為草原畜牧業(yè)提供宜貯存、高質(zhì)量和方便運(yùn)輸?shù)娘暳稀?/p>