基于MOPSO的蕎麥秸稈育苗缽成型工藝參數(shù)優(yōu)化

收稿日期：2021-11-16

基金項(xiàng)目：國(guó)家燕麥?zhǔn)w麥產(chǎn)業(yè)體系重大專項(xiàng)（CARS-07-D-2）

通信作者：張 靜（1976—），女，博士、教授，主要從事生物質(zhì)能源利用方面的研究。sxndzhangjing@163.com

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1401 文章編號(hào)：0254-0096（2023）05-0001-09

摘 要：采用響應(yīng)面法研究蕎麥秸稈生物質(zhì)育苗缽密度、跌落破損率和承壓破損率3個(gè)物理性能與成型壓力、粘結(jié)劑用量及保壓時(shí)間的關(guān)系，并應(yīng)用多目標(biāo)粒子群優(yōu)化（MOPSO）算法對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行三響應(yīng)優(yōu)化分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)壓力為8～12 MPa、粘結(jié)劑用量為60%～90%、保壓時(shí)間為11～14 min 時(shí)，育苗缽密度可達(dá)1.041 g/cm3以上，跌落破損率和承壓破損率分別在2.97%和2.65%以下。最優(yōu)成型工藝參數(shù)為壓力11.73 MPa，粘結(jié)劑用量60.5%，保壓時(shí)間12.7 min，此條件下育苗缽密度達(dá)到1.168 g/cm3，跌落破損率和承壓破損率分別為2.52%和2.58%。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)；優(yōu)化；物理性能；秸稈育苗缽；多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法

中圖分類號(hào)：S216.2 " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

農(nóng)作物秸稈作為一種可再生清潔資源，在中國(guó)產(chǎn)量十分豐富［1］。秸稈中富含N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素，將其加工為育苗缽，可滿足幼苗生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素及礦物質(zhì)元素的需求，在一些環(huán)境下可替代泥炭資源［2］。這不僅解決了農(nóng)業(yè)廢棄物資源浪費(fèi)的問(wèn)題、改善了農(nóng)村焚燒秸稈的環(huán)境壓力，還有效緩解了育苗對(duì)泥炭的依賴。中國(guó)是蕎麥種植大國(guó)，常年種植面積約有100萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量約75萬(wàn)t［3］，而目前蕎麥僅僅作為糧食及其衍生品使用，蕎麥秸稈除了少量用作飼料外，大部分被丟棄，造成資源浪費(fèi)。

基于此，將蕎麥秸稈加工為高品質(zhì)育苗缽，是一種行之有效的作物秸稈資源化利用方法［4］。本文以蕎麥秸稈為原料，采用響應(yīng)面法［5-8］研究壓力、粘結(jié)劑用量、保壓時(shí)間對(duì)蕎麥秸稈育苗缽物理特性的影響，并應(yīng)用多目標(biāo)粒子群優(yōu)化（multi-objective particle swarm optimization， MOPSO）算法［9-11］對(duì)育苗缽成型參數(shù)進(jìn)行多響應(yīng)優(yōu)化，獲得最優(yōu)成型參數(shù)，以期為農(nóng)業(yè)廢棄物加工利用與植物栽培育苗缽制造技術(shù)提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用蕎麥秸稈原料均來(lái)源于山西省太谷縣，2019年秋季收割后置于室外自然風(fēng)干1個(gè)月，然后使用多功能粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，將粉碎后的物料放入鼓風(fēng)干燥箱中，105 ℃下烘干72 h。

1.2 壓縮成型

育苗缽成型選用冷壓工藝，其成型模具（如圖1所示）為外徑和高均為10 cm的不銹鋼圓柱體，用數(shù)顯立式油壓千斤頂對(duì)模具均勻加載直至設(shè)定壓力，保壓一定時(shí)間后脫模。將干燥后的育苗缽置于自封袋中室溫（約23 ℃）存放12 h后測(cè)量育苗缽的物理性能指標(biāo)。其中粘結(jié)劑的質(zhì)量對(duì)育苗缽物理性能有直接影響，根據(jù)粘結(jié)劑要求，即：與材料纖維應(yīng)有良好的粘合性、置于土壤后可生物降解［12］、物料混合后在一定壓力下具有良好的流動(dòng)性，選用改性后的淀粉作為粘結(jié)劑［13］，具體成分為玉米淀粉、磷酸、強(qiáng)堿、清水。

本文試驗(yàn)粘結(jié)劑的配制過(guò)程為：將400 mL清水倒入1000 mL燒杯中，加入6 g磷酸和12 g強(qiáng)堿，待酸堿中和反應(yīng)結(jié)束后，再將75 g淀粉緩緩倒入燒杯。將燒杯放入已加熱到75 ℃的水浴鍋中，用攪拌棒在燒杯中進(jìn)行攪拌，直至燒杯中的液體成為粘稠膠狀的液體。

1.3 試驗(yàn)方法

以原料顆粒度、成型壓力、粘結(jié)劑用量、保壓時(shí)間為研究因素，利用方差及響應(yīng)面分析對(duì)各因素與育苗缽物理特性（密度、跌落破損率和承壓破損率）之間的關(guān)系進(jìn)行單因素和多因素分析，找出各因素最佳參數(shù)范圍以及各因素及其互相作用對(duì)物理性能影響的顯著性，利用MOPSO算法對(duì)成型工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到蕎麥秸稈育苗缽成型的最優(yōu)參數(shù)組合。

由于顆粒度是一個(gè)范圍而非定值，因此響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案中，僅研究顆粒度為0.63～1.25 mm的樣品，通過(guò)Box-Behnken Design軟件生成設(shè)計(jì)方案，共20組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)重復(fù)4次，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表1所示。

1.4 物理性能測(cè)量方法

本文試驗(yàn)通過(guò)密度、跌落破損率、承壓破損率3個(gè)物理性能指標(biāo)來(lái)衡量蕎麥秸稈育苗缽的品質(zhì)。所有指標(biāo)測(cè)量4次，取平均值。

1.4.1 密 度

密度指物料在經(jīng)過(guò)壓縮成型后的最終密度。育苗缽成型后形狀完整，按質(zhì)量-體積公式對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。育苗缽的質(zhì)量用電子天平測(cè)量，外徑與模具外徑相同，壁厚和底厚用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算公式為：

[ρ=MV] （1）

式中：[ρ]——育苗缽密度，g/cm3；[M]——育苗缽質(zhì)量，g；[V]——育苗缽體積，cm3。

1.4.2 跌落破損率

跌落破損率指從一定高度跌落后剩余質(zhì)量與原質(zhì)量的比值，反映育苗缽成型后在承受一定跌落影響時(shí)抗跌碎的能力。根據(jù)ASTM D440-86［14］，將育苗缽從1 m高處自由垂直跌落至水平地面，每個(gè)育苗缽跌落10次，計(jì)算公式為：

[ID=m0-m1m0×100%] （2）

式中：[ID]——跌落破損率，%；[m1]——育苗缽跌落后質(zhì)量，g；[m0]——育苗缽初始質(zhì)量，g。

1.4.3 承壓破損率

承壓破損率反映其在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中承受其他重物擠壓的能力。參考王慧杰等［15］試驗(yàn)方法，在缽體上方水平放置20 kg的重物，放置10 min后卸載，稱量試驗(yàn)前后育苗缽的質(zhì)量。計(jì)算公式為：

[IC=m0-m2m0×100%] （3）

式中：[IC]——承壓破損率，%；[m2]——育苗缽承壓后質(zhì)量，g。

1.5 MOPSO算法

MOPSO算法是一種仿生物算法，通過(guò)模擬鳥(niǎo)類的覓食行為來(lái)實(shí)現(xiàn)全局尋優(yōu)。將多個(gè)優(yōu)化問(wèn)題的解簡(jiǎn)化為鳥(niǎo)群中各個(gè)飛鳥(niǎo)，通過(guò)一系列速度和位移更新過(guò)程之后確定出最優(yōu)粒子在空間中的具體位置［16-17］。在算法的迭代過(guò)程中，每個(gè)粒子都存在一個(gè)潛在解，粒子在空間中根據(jù)個(gè)體最優(yōu)粒子與全局最優(yōu)粒子飛行方向的更新迭代最后逐漸靠近最優(yōu)解集。算法流程如圖2所示。

2 結(jié)果分析

2.1 成型特性分析

回歸試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，蕎麥秸稈育苗缽的密度、跌落破損率和承壓破損率分別在0.813～1.174 g/cm3、2.19%～6.07%、2.02%～5.96%范圍內(nèi)變化。

對(duì)比第1組和第5組試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在粘結(jié)劑用量和保壓時(shí)間分別為80%和12 min時(shí)，育苗缽的密度從1.041 g/cm3降到0.974 g/cm3，表明壓力降低導(dǎo)致成型缽的密度隨之減小。第4組與第14組、第11組與第17組均呈相同的變化規(guī)律。這可能是由于較低壓力條件下，物料流動(dòng)性不充分，成型育苗缽壁厚和底厚增加［18］，脫模后育苗缽缽體反彈，造成體積增大和密度減小。由第1組與第2組結(jié)果可知，當(dāng)壓力和保壓時(shí)間不變，粘結(jié)劑用量從80%增至130.45%的條件下，密度由 1.041 g/cm3降到0.813 g/cm3，第4組與第8組也呈相同的變化規(guī)律。

由第4組和第11組、第6組和第20組結(jié)果可知，當(dāng)壓力和粘結(jié)劑用量不變時(shí)，保壓時(shí)間越長(zhǎng)，密度越大。結(jié)果表明成型過(guò)程中保壓時(shí)間越長(zhǎng)越有利于密度的增加，這是因?yàn)楸簳r(shí)間的延長(zhǎng)可減少物料顆粒的應(yīng)力松弛和彈性形變［19］，物料自身纖維與粘結(jié)劑能充分融合，顆粒間的粘結(jié)更加可靠。

對(duì)比第1組和第10組試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)粘結(jié)劑用量和保壓時(shí)間均相同時(shí)，壓力從8 MPa增至13.05 MPa，育苗缽的跌落破損率從2.99%增至3.25%，第12組和第8組也呈相同的變化規(guī)律。這可能是由于壓力增大造成育苗缽缽壁減薄，成型育苗缽高度增加，底部厚度逐漸減少［18］，容易破損，從而增大了破損率。對(duì)比第1組和第16組可看出，當(dāng)壓力和保壓時(shí)間均相同時(shí)，粘結(jié)劑用量從80%減至26.55%，育苗缽的跌落破損率從2.99%增至3.67%，第17組與第9組、第18組與第11組也呈相同的變化規(guī)律。在此過(guò)程中粘結(jié)劑用量減少，物料流動(dòng)性變差，不能充分融合，成型后的育苗缽強(qiáng)度下降，容易破損，增加粘結(jié)劑有利于增加成型育苗缽的強(qiáng)度，降低破損率［13］。從第3組與第1組、第11組與第4組、第17組與第14組可看出，當(dāng)壓力和粘結(jié)劑用量保持不變，保壓時(shí)間減少，粘結(jié)劑與物料纖維未得到最大程度的結(jié)合，造成成型育苗缽的內(nèi)部顆粒松散［20］，導(dǎo)致育苗缽的破損率增加。

當(dāng)粘結(jié)劑用量和保壓時(shí)間均相同時(shí)，壓力增大，承壓破損率增加，第1組和第10組中育苗缽的承壓破損率從2.73%增至3.11%，第12組與第8組也呈相同的變化規(guī)律。第1組與第16組中，當(dāng)壓力和保壓時(shí)間均相同的情況下，粘結(jié)劑用量由80%減至29.55%，承壓破損率由2.73%增至3.55%，在第9組和第17組、第11組和第18組，隨著粘結(jié)劑的減少，育苗缽承壓破損率增加。當(dāng)壓力和粘結(jié)劑用量不變時(shí)，保壓時(shí)間減少，育苗缽承壓破損率增加，這在第1組和第3組、第4組和第11組、第14組和第17組均有所體現(xiàn)。可得，與跌落破損率相同，壓力增大、粘結(jié)劑用量及保壓時(shí)間的減少均會(huì)造成育苗缽承壓破損率增加。

由表1結(jié)果可知：要保證育苗缽有較好的物理特性育苗缽的密度大于1.041 g/cm3，跌落破損率小于3%、承壓破損率小于3%、成型參數(shù)合理的取值范圍為：壓力8～12 MPa，粘結(jié)劑用量60%～90%，保壓時(shí)間11～14 min。

2.2 多因素試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果方差分析及顯著性檢驗(yàn)應(yīng)用Box-Behnken Design軟件進(jìn)行，結(jié)果如表2所示。由表2可知，粘結(jié)劑用量對(duì)蕎麥秸稈育苗缽密度有極其顯著的影響（[Plt;0.0001]），壓力、粘結(jié)劑用量及保壓時(shí)間對(duì)育苗缽密度、跌落破損率、承壓破損率均有顯著影響（[Plt;0.05]）。壓力、粘結(jié)劑用量和保壓時(shí)間這3個(gè)因素的互相作用對(duì)育苗缽密度均有顯著影響（[Plt;0.05]）。壓力和保壓時(shí)間、粘結(jié)劑用量和保壓時(shí)間這兩組的交互作用對(duì)密度也有顯著影響（[Plt;0.05]）。粘結(jié)劑與保壓時(shí)間的互相作用對(duì)蕎麥秸稈育苗缽承壓破損率影響顯著（[Plt;0.05]）。

將回歸模型以編碼值作為自變量，可得：

[Q1=1.05+0.02A-0.099B+0.017C-0.045AB-" " " " 0.026AC-0.044BC-0.014A2-0.02B2-0.019C2] （4）

[Q2=2.94-0.33A+0.46B-0.31C+0.27AB+" " " " "0.36AC+0.88BC+0.19A2+0.67B2+0.15C2]" " " " （5）

[Q3=2.79-0.31A+0.49B-0.34C+0.31AB+" " " "0.32AC+0.85BC+0.2A2+0.69B2+0.17C2]" " " " " （6）

式中：[Q1]——密度，g/cm3；[Q2]——跌落破損率，%；[Q3]——承壓破損率，%。

2.2.1 密 度

各參數(shù)對(duì)蕎麥秸稈育苗缽密度的影響如圖3所示。由圖3a可看出，當(dāng)壓力和粘結(jié)劑用量同時(shí)增加時(shí)，育苗缽密度可保持不變。當(dāng)粘結(jié)劑用量減少時(shí)，較小的壓力就可保證較高的密度，這是由于當(dāng)粘結(jié)劑用量減少時(shí)，較小的壓力不會(huì)使育苗缽缽體內(nèi)部的水分輕易擠出，也就發(fā)揮出了粘結(jié)劑的粘合作用，使顆粒間的內(nèi)摩擦減小、流動(dòng)性變強(qiáng)，增進(jìn)粒子間的相互嵌合［21-22］。當(dāng)粘結(jié)劑用量增加時(shí)，顆粒表面會(huì)產(chǎn)生粘液，降低物料顆粒間的粘合作用，這時(shí)增加壓力可擠出缽體內(nèi)部過(guò)剩的粘結(jié)劑，使粘結(jié)劑能在缽體內(nèi)充分流動(dòng)發(fā)揮促進(jìn)作用，從而實(shí)現(xiàn)育苗缽密度的穩(wěn)定。由圖3b可知，壓力增加和保壓時(shí)間減少育苗缽密度保持不變，這可能是因?yàn)殡S著壓力的增加，粘結(jié)劑已充分在缽體內(nèi)流動(dòng)，這時(shí)只需較短的保壓時(shí)間即可實(shí)現(xiàn)育苗缽內(nèi)部顆粒粘結(jié)。由圖3c可知，粘結(jié)劑的用量和保壓時(shí)間同時(shí)增加，密度保持穩(wěn)定。這是因?yàn)楫?dāng)粘結(jié)劑用量增加之后，如果保壓時(shí)間太短，壓出來(lái)的育苗缽還未完全成型就開(kāi)始發(fā)生膨松現(xiàn)象，進(jìn)而體積增大、密度降低。相反，如果保壓時(shí)間足夠，物料中的粘結(jié)劑完全發(fā)揮了其促進(jìn)流動(dòng)的作用，制出的育苗缽缽體堅(jiān)硬、形狀完整。

2.2.2 跌落破損率

各參數(shù)對(duì)蕎麥秸稈育苗缽跌落破損率的影響如圖4所示。從圖4a、圖4b可看出，當(dāng)壓力高于某一值時(shí)，保壓時(shí)間和壓力增加能保持育苗缽跌落破損率不變。這是因?yàn)樵趬毫ψ饔孟?，育苗缽?nèi)部的粘結(jié)劑與物料之間的纖維受到粘結(jié)的作用，但當(dāng)保壓時(shí)間增大到某一數(shù)值時(shí)，較高的壓力會(huì)使顆粒間的粘結(jié)劑出現(xiàn)溢出，故需通過(guò)減少保壓時(shí)間來(lái)維持跌落破損率的穩(wěn)定。

2.2.3 承壓破損率

各參數(shù)對(duì)蕎麥秸稈育苗缽承壓破損率的影響如圖5所示。由圖5可知，粘結(jié)劑用量增加和保壓時(shí)間減少可保持育苗缽的跌落破損率和承壓破損率不變，合適的保壓時(shí)間和一定的粘結(jié)劑可使育苗缽有較低的跌落破損率和承壓破損率，從而減小成型育苗缽在運(yùn)輸過(guò)程中的損失。粘結(jié)劑作為成型實(shí)驗(yàn)中必不可少的一項(xiàng)，其使用可改善育苗缽的成型效果，但如果保壓時(shí)間太短，添加了粘結(jié)劑的物料來(lái)不及在模具內(nèi)完全成型，脫模后缽體會(huì)發(fā)生反彈，導(dǎo)致其體積增大、密度變小，跌落破損率和承壓破損率相應(yīng)增大。

2.3 基于MOPSO算法的成型參數(shù)優(yōu)化

2.3.1 確定目標(biāo)函數(shù)與約束條件

利用MOPSO算法對(duì)蕎麥秸稈育苗缽成型工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，首先需要得到育苗缽密度、跌落破損率和承壓破損率與其壓力、粘結(jié)劑用量和保壓時(shí)間之間的函數(shù)關(guān)系。本文通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)，分別得到育苗缽密度[Q1]、跌落破損率[Q2]和承壓破損率[Q3]的函數(shù)，表達(dá)式為：

[Q1=1.05+0.02A-0.099B+0.017C-0.045AB-" " " " "0.026AC-0.044BC-0.014A2-0.02B2-0.019C2] （7）

[Q2=2.94-0.33A+0.46B-0.31C+0.27AB+" " " " 0.36AC+0.88BC+0.19A2+0.67B2+0.15C2]" " " " " （8）

[Q3=2.79-0.31A+0.49B-0.34C+0.31AB+" " " " 0.32AC+0.85BC+0.2A2+0.69B2+0.17C2]" " " " " " （9）

本文優(yōu)化的目標(biāo)是希望得到一組最優(yōu)的育苗缽成型壓力[A]、粘結(jié)劑用量[B]和保壓時(shí)間[C]的參數(shù)組合，使最終制成的育苗缽密度[Q1]最大，跌落破損率[Q2]和承壓破損率[Q3]均最小。根據(jù)以上分析，這里將蕎麥秸稈育苗缽成型參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題簡(jiǎn)化為以下目標(biāo)函數(shù)。

[A*，B*，C*=argmin-Q1，Q2，Q3s.t." " A*∈3，13，" B*∈30，130，" C*∈7，17] （10）

式中：（[A*，B*，C*]）——當(dāng)育苗缽密度的相反數(shù)、跌落破損率和承壓破損率均達(dá)到最小時(shí)，得到的育苗缽成型壓力、粘結(jié)劑用量和保壓時(shí)間的最優(yōu)組合；A*∈（3，13）、B*∈（30，130）、C*∈（7，17）——該優(yōu)化問(wèn)題的約束條件，分別表示使育苗缽能成型的壓力、粘結(jié)劑用量和保壓時(shí)間的范圍。

2.3.2 優(yōu)化結(jié)果與分析

經(jīng)過(guò)MOPSO算法250次迭代后，結(jié)果如圖6所示。在圖6a中，每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)包含壓力、粘結(jié)劑用量和保壓時(shí)間這3種信息的粒子，粒子對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)則表示在該條件下的育苗缽密度[Q1]、跌落破損率[Q2]和承壓破損率[Q2]。由圖6b可看出，蕎麥秸稈育苗缽密度的相反數(shù)與跌落破損率之間呈正比關(guān)系，即育苗缽密度與跌落破損率之間呈反比關(guān)系，隨著密度的增加，跌落破損率降低。圖6c中，蕎麥育苗缽密度的相反數(shù)與承壓破損率之間呈反比關(guān)系，即育苗缽密度

與跌落破損率之間呈正比關(guān)系，承壓破損率隨密度的增加而增加。由圖6d可知，蕎麥跌落破損率與承壓破損率呈反比關(guān)系。根據(jù)以上分析可知，這3種評(píng)價(jià)指標(biāo)無(wú)法同時(shí)達(dá)到最小，若要3種指標(biāo)表現(xiàn)盡可能好，需找到一個(gè)折衷解，這個(gè)解應(yīng)位于圖6a的坐標(biāo)中央位置。

經(jīng)過(guò)MOPSO算法250迭代優(yōu)化后，得到在［[-Q1，Q2]， [Q3]］=［[-1.168，]2.524，2.584］時(shí)，[-Q1、Q2、Q3]同時(shí)達(dá)到最小，此時(shí)蕎麥育苗缽的壓力[A]、粘結(jié)劑用量[B]和保壓時(shí)間[C]［[A，B，C]］=［11.73，60.5，12.7］，即最優(yōu)成型條件為：壓力11.73 MPa，粘結(jié)劑用量60.5%，保壓時(shí)間12.7 min，此對(duì)育苗缽密度為1.185 g/cm3，跌落破損率和承壓破損率分別為2.539%和2.572%（見(jiàn)表3）。

為驗(yàn)證MOPSO算法優(yōu)化值的可靠性，將MOPSO算法預(yù)測(cè)得到的最優(yōu)結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。由表3可見(jiàn)，利用MOPSO算法預(yù)測(cè)的最優(yōu)工藝參數(shù)值制成的蕎麥秸稈生物質(zhì)育苗缽的密度、跌落破損率、承壓破損率實(shí)際指標(biāo)值與預(yù)測(cè)最優(yōu)指標(biāo)值很接近，相對(duì)誤差較小，分別為1.435%、0.591%、0.467%。表3結(jié)果表明：預(yù)測(cè)最優(yōu)值和實(shí)測(cè)值誤差較小，模型擬合度較好，利用MOPSO算法優(yōu)化蕎麥秸稈生物質(zhì)育苗缽成型工藝參數(shù)的方法可靠

3 結(jié) 論

本文研究壓力、粘結(jié)劑用量、保壓時(shí)間對(duì)蕎麥秸稈育苗缽密度、跌落破損率、承壓破損率的影響規(guī)律，建立了響應(yīng)面模型，并通過(guò)MOPSO算法進(jìn)行了優(yōu)化，得到成型工藝的最優(yōu)參數(shù)，所得主要結(jié)論如下：

1）壓力、粘結(jié)劑用量、保壓時(shí)間3個(gè)因素對(duì)育苗缽的密度、跌落破損率、承壓破損率均有顯著影響。在物料含水率為6%，顆粒度為0.63～1.25 mm條件下，當(dāng)壓力為8～12 MPa，粘結(jié)劑用量為60%～90%、保壓時(shí)間11～14 min時(shí)，所成型的育苗缽密度大于1.041 g/cm3，跌落破損率和承壓破損率分別為2.97%以下和2.65%以下。

2）應(yīng)用MOPSO算法協(xié)調(diào)生物質(zhì)育苗缽的密度、跌落破損率和承壓破損率3項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的工藝條件為：壓力11.73 MPa，粘結(jié)劑用量60.5%，保壓時(shí)間12.7 min，此時(shí)生物質(zhì)育苗缽的密度、跌落破損率和承壓破損率分別達(dá)到1.185 g/cm3，2.539%和2.572%。

3）蕎麥秸稈育苗缽具有優(yōu)良的物理性能，可經(jīng)受儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中發(fā)生的載荷，是一種優(yōu)良的生物質(zhì)育苗缽原料。

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OPTIMIZATION OF PROCESS PARAMETERS OF BUCKWHEAT STRAW SEEDLING BOXING BASED ON MOPSO

Yang Jie1， Zhang Jing1， Sun Xinyi2， Zhang Yingnan1， Zheng Decong1

（1. College of Agricultural Engineering， Shanxi Agricultural University， Taigu 030801， China；

2. College of information Science and Engineering， Shanxi Agricultural University， Taigu 030801， China）

Abstract：Response surface methodology （RSM） is used to study the relationship between three physical properties of biomass seedling pot density， drop breakage rate and pressure breakage rate of buckwheat straw and molding pressure， dosage of binder and holding time. MOPSO optimization algorithm is used to carry out three response optimization analysis of process parameters. The experimental results show that when the pressure is 8-12 MPa， the amount of binder is 60%-90%， and the pressure holding time is 11-14 min， the seedling pot density can reach above 1.041 g/cm3， and the drop damage rate and pressure damage rate are below 2.97% and 2.65%， respectively. When the optimal molding parameters are pressure 11.73 MPa， binder dosage 60.5% and holding time 12.7 min， the seedling pot density reaches 1.168 g/cm3， and the drop damage rate are 2.52% and 2.58%， respectively.

Keywords：biomass； optimization； physical properties； straw seedling pot； MOPSO