基于收獲加工工藝的新型牧草捆干燥設(shè)備設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

丁立利 薛紅睿 王盼盼 張家瑞 賀成柱 呂鳳玉

摘要：針對目前牧草收獲加工與干燥工藝不匹配，通過牧草收獲加工工藝的分析研究，開發(fā)內(nèi)強(qiáng)制階段式牧草干燥工藝，結(jié)合該工藝設(shè)計(jì)研發(fā)新型插針式牧草捆干燥設(shè)備?；诓堇Ω稍锕に?，進(jìn)行熱質(zhì)衡算，設(shè)計(jì)關(guān)鍵部件和智能化控制系統(tǒng)。以設(shè)計(jì)的干燥設(shè)備主要參數(shù)為指標(biāo)，進(jìn)行試驗(yàn)評價(jià)分析，試驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)備可將含水率35%左右的草捆進(jìn)行干燥處理，草捆干燥均勻，干燥后草捆含水率小于17%，處理量可達(dá)917kg/h，符合設(shè)計(jì)要求，證明了內(nèi)強(qiáng)制階段式牧草干燥工藝的可行性和新型牧草捆干燥設(shè)備的先進(jìn)性，為草捆干燥設(shè)備的進(jìn)一步優(yōu)化提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：干燥工藝；牧草捆；內(nèi)強(qiáng)制；插針式；干燥設(shè)備

中圖分類號：S817.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：20955553 （2023） 070118

08

Design and experiment of a new type of forage baling drying equipment based on

harvesting and processing technology

Ding Lili， Xue Hongrui， Wang Panpan， Zhang Jiarui， He Chengzhu， Lü Fengyu

（Gansu Academy of Mechanical Sciences Co.， Ltd.， Lanzhou， 730030， China）

Abstract： In view of the mismatch between forage harvesting， processing， and drying technologies， an internal-forced stage forage drying technology was developed through the analysis and research of forage harvesting and processing technology. Heat and mass balance calculations were carried out， and key components and intelligent control systems were designed based on the forage baling drying process. The drying test of the equipment was evaluated and analyzed based on the main parameters of the designed drying equipment. A new pin-type forage baling drying equipment was designed and developed based on this technology. The experiment showed that the equipment can dry forage bales with a moisture content of about 35%. The forage bales can be dried evenly， with a moisture content less than 17% after drying. The treatment capacity reached 917kg/h， meeting the design requirements. The results confirmed that the internal-forced stage forage drying technology is feasible and that the new forage baling drying equipment is advanced， which provides a technical reference for the further optimization of forage baling drying equipment.

Keywords： drying technology; hay baling; internal-forced; pin type; drying equipment

0 引言

近年來隨著我國畜牧業(yè)特別是草食畜牧業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化調(diào)整，傳統(tǒng)的“糧—經(jīng)—飼”三元結(jié)構(gòu)調(diào)整為“糧—經(jīng)—飼—草”四元結(jié)構(gòu)，依靠農(nóng)作物“秸稈+精料”的粗放型飼喂模式已難以為繼，滿足優(yōu)質(zhì)牧草的需要日益增加［1］。我國草產(chǎn)業(yè)迅速崛起，涌現(xiàn)出很多牧草種植和加工企業(yè)，但牧草加工設(shè)備總體規(guī)模較小，技術(shù)創(chuàng)新程度比較滯后，遠(yuǎn)滿足不了現(xiàn)階段我國草食畜牧業(yè)快速發(fā)展的需要，為了解決現(xiàn)有的困境，我國進(jìn)口牧草產(chǎn)品的比重呈現(xiàn)急劇增長趨勢［2］。因此，要想國內(nèi)牧草產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，就必須在牧草加工過程中應(yīng)用創(chuàng)新技術(shù)，該過程最有效的手段就是經(jīng)過牧草加工環(huán)節(jié)［3］。

牧草加工中草捆加工約占生產(chǎn)總量的56%［3］，草捆干燥方式是影響飼草產(chǎn)品營養(yǎng)品質(zhì)的重要環(huán)節(jié)［45］，干草品質(zhì)的好壞取決于牧草的刈割時(shí)間、晾曬時(shí)水分散失的速度和達(dá)到安全水分需要時(shí)間的長短［68］。國內(nèi)外牧草干燥設(shè)備的研究和開發(fā)以轉(zhuǎn)筒干燥設(shè)備為主［9］，其主要干燥散草，而且收獲加工與干燥工藝不匹配，智能化程度不高，后期需經(jīng)二次打捆貯存，整個(gè)加工工藝流程復(fù)雜，降低草的品質(zhì)，不利于大規(guī)模、高效率的現(xiàn)代化生產(chǎn)。

本文通過針對目前干燥設(shè)備存在的不足和傳統(tǒng)牧草收獲加工工藝的分析研究，開發(fā)了內(nèi)強(qiáng)制階段式牧草捆干燥工藝，并結(jié)合該干燥工藝和牧草收獲工藝研制新型針式牧草干燥設(shè)備，并搭建一套智能化控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測干燥設(shè)備的作業(yè)狀態(tài)。

1 新型草捆干燥工藝

草捆干燥設(shè)備一般采用兩種干燥形式：外強(qiáng)制熱風(fēng)干燥和內(nèi)強(qiáng)制熱風(fēng)干燥。干燥草捆時(shí)，因草捆密實(shí)度一般達(dá)到300kg/m3，采用外強(qiáng)制熱風(fēng)形式的干燥設(shè)備效率較低且干燥不均勻，影響干燥牧草的營養(yǎng)品質(zhì)。因此，本文新型牧草干燥設(shè)備采用內(nèi)強(qiáng)制熱風(fēng)干燥形式，并開發(fā)運(yùn)用階段式的草捆干燥工藝（圖1），大大提高了干燥設(shè)備的效率，也使牧草營養(yǎng)價(jià)值流失較少。

內(nèi)強(qiáng)制階段式牧草捆干燥工藝：將草捆置于干燥單元上，向草捆內(nèi)部刺入熱風(fēng)風(fēng)針，草捆干燥工藝過程有四個(gè)階段：干燥準(zhǔn)備階段（Ⅰ階段），送風(fēng)系統(tǒng)向刺入草捆的風(fēng)針通2～5min的常溫氣流，使牧草之間的通風(fēng)間隙得到疏松，便于進(jìn)入草捆內(nèi)部的氣體能及時(shí)排出；干燥快速階段（Ⅱ階段），熱風(fēng)系統(tǒng)通過風(fēng)針向草捆通5～10min 120℃的熱風(fēng)氣流；干燥降速階段（Ⅲ階段），待草捆含水率降至25%時(shí)將熱風(fēng)溫度降為80℃，草捆含水率降至17%時(shí)，停止熱風(fēng)供應(yīng)；延時(shí)排濕階段（Ⅳ階段），熱風(fēng)系統(tǒng)停止熱風(fēng)輸送后，繼續(xù)向草捆通2～5min的常溫氣流，以便排出留存在牧草間隙中的濕氣，同時(shí)防止高溫牧草在急劇降溫后使牧草返潮。草捆干燥完成后，熱風(fēng)風(fēng)針退出，干燥的草捆被送出。

2 新型針式牧草干燥設(shè)備總體結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 總體結(jié)構(gòu)

新型針式牧草干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由機(jī)架、熱風(fēng)交換裝置、熱風(fēng)輸送管、干燥單元和控制系統(tǒng)等組成。熱風(fēng)針管垂直布置，實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)，可插入或撥出草捆。本設(shè)備可延伸干燥單元的數(shù)量，提高其干燥效率，增強(qiáng)其拓展性。

2.2 工作原理

新型針式牧草捆干燥設(shè)備中熱風(fēng)是從草捆內(nèi)向草捆外流動(dòng)，該方式容易實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)對整個(gè)草捆的干燥。工作時(shí)，先開啟控制系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)檢測工位就緒情況，無異常報(bào)警后用叉草機(jī)將草捆運(yùn)送到干燥單元上，待草捆放置穩(wěn)定后熱風(fēng)針管刺入草捆，先啟動(dòng)風(fēng)機(jī)向系統(tǒng)送入常溫空氣氣流，待通入的常溫氣流達(dá)到設(shè)定輸送時(shí)間時(shí)，啟動(dòng)熱風(fēng)交換加熱裝置，此時(shí)風(fēng)機(jī)向熱風(fēng)交換裝置提供的空氣被加熱并連續(xù)送入輸送管進(jìn)入草捆。從熱交換裝置送出的熱風(fēng)在出口處分為兩路，分別從干燥單元兩端進(jìn)口進(jìn)入，干燥單元兩端熱風(fēng)進(jìn)入后分為六路熱風(fēng)支管路，每路支管路下部均布九支風(fēng)針，熱風(fēng)從風(fēng)針側(cè)面的針孔送出進(jìn)入草捆，熱風(fēng)氣流將草捆中的水分通過牧草之間的間隙排出，當(dāng)草捆含水率降至預(yù)設(shè)值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉熱風(fēng)交換裝置的加熱，但風(fēng)機(jī)繼續(xù)送入常溫空氣，直到草捆內(nèi)部的溫度降至設(shè)定值后關(guān)閉風(fēng)機(jī)，干燥完成。在整個(gè)干燥過程中采用階段式干燥工藝，干燥氣流通過熱風(fēng)輸送管依次向草捆強(qiáng)制輸入常溫空氣—加熱空氣—常溫空氣，整個(gè)過程系統(tǒng)自動(dòng)識別控制。

新型針式牧草干燥設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)見表1。

3 干燥過程的熱質(zhì)衡算

以干燥前后草捆作為衡算對象，對干燥過程進(jìn)行總體熱質(zhì)衡算［10］。物料衡算見圖3。

3.1 物料衡算

在整個(gè)干燥過程中，干燥前濕物料的量為G1，依據(jù)干燥過程中干物質(zhì)是不變的，只有水分在變化。則蒸發(fā)物料中的含水量所需的新鮮空氣消耗量

V=（0.772+1.244M1）（t0+273.15）（W1-W2）P0G1

273.15（1-W2）（M2-M1）P

（1）

式中：

V——新鮮空氣的消耗量，m3/h；

G1——濕物料的量，kg；

W1——干燥前物料的含水率，%；

W2——干燥后物料的含水率，%；

M1——

干燥前進(jìn)入空氣的濕含量，kg（水）/kg；

M2——

干燥后排出空氣的濕含量，kg（水）/kg；

t0——初始溫度，℃；

P0——

標(biāo)況下的大氣壓力，取101325Pa；

P——操作工況下的大氣壓力，取84310Pa。

根據(jù)濕法收獲工藝，草捆含水率為35%。采用內(nèi)強(qiáng)制階段式干燥工藝，牧草經(jīng)過干燥加速階段，含水率降至25%左右，干燥降速階段，含水率降至17%以下。濕物料量為1150kg，初始溫度為20℃時(shí)空氣的濕含量為0.0147kg（水）/kg，干燥后排出空氣的濕含量為0.0865kg（水）/kg，根據(jù)式（1）計(jì)算得新鮮空氣消耗量為3540m3/h。

3.2 熱量衡算

在熱量衡算時(shí)，應(yīng)考慮各種可能性，干燥過程根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行簡化處理。物料在干燥過程中消耗的熱量主要有三部分：加熱空氣的耗熱量、蒸發(fā)水分耗熱量和加熱濕物料耗熱量。即

Q=Q1+Q2+Q3

（2）

式中：

Q——干燥過程中消耗的熱量，kJ/h；

Q1——加熱空氣的耗熱量，kJ/h；

Q2——蒸發(fā)水分耗熱量，kJ/h；

Q3——加熱濕物料耗熱量，kJ/h。

則有

Q=

1.01L（t2-t0）+w（r00+Cvt2）+

GCm（θ2-θ1）

（3）

式中：

L——新鮮空氣用量，kg/h；

t2——加熱后空氣的溫度，℃；

w——

干燥過程中熱空氣帶走的水分，kg/h；

r00——

水的汽化潛熱，查得汽化潛熱值為2335.3kJ/kg；

Cv——

水蒸氣的比熱，查得水蒸氣的比熱值為1.88kJ/（kg·℃）；

G——物料絕干物質(zhì)的量，kg/h；

Cm——

物料的比熱，查得牧草比熱值為2.31kJ/（kg·℃）；

θ1——濕物料干燥前的溫度，℃；

θ2——濕物料干燥后的溫度，℃。

根據(jù)實(shí)際草捆干燥，結(jié)合內(nèi)強(qiáng)制階段式干燥工藝，新鮮空氣用量為3473.5kg/h，加熱后空氣的溫度為100℃，濕物料干燥前后的溫度分別為20℃、50℃，根據(jù)濕物料和干燥前后的物料含水率，可得熱空氣帶走的水分為250kg/h，絕干物質(zhì)的量為747.5kg，由式（3）計(jì)算得干燥過程所消耗熱量為229766Kcal/h，則可配套的熱交換裝置的功率為267kW。

4 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

4.1 熱風(fēng)均風(fēng)裝置

新型針式牧草干燥設(shè)備熱風(fēng)均風(fēng)裝置主要將熱交換后的空氣均布配送，由漸擴(kuò)管、分流板、導(dǎo)風(fēng)板和出風(fēng)板組成，如圖4所示。

氣流從上游經(jīng)過漸擴(kuò)管進(jìn)入下游管，在通過上下游兩斷面之間的局部構(gòu)件時(shí)，產(chǎn)生能量損失［11］。則可得以下關(guān)系

p1γ+H1+α1v122g=

p2γ+H2+α2v222g+∑hf

（4）

式中：

p1、p2——

截面1和2上的壓力，Pa；

α1、α2——

截面1和2上的動(dòng)能修正系數(shù)，一般取1；

v1、v2——

截面1和2上的熱風(fēng)流速，m/s；

H1、H2——

截面1和2到某一基準(zhǔn)水平面的高度，m；

g——重力加速度，m/s2；

γ——空氣容重，kg/m3；

hf——

單位質(zhì)量的氣體沿截面1流動(dòng)到截面2的阻力損失，m。

氣流在突然變大的熱風(fēng)管中流動(dòng)，當(dāng)管道截面積變大或其變化角α不是很大時(shí)，氣流經(jīng)過漸擴(kuò)管窄端時(shí)，因粘性力小于慣性力，氣流通過變化截面區(qū)域前與熱風(fēng)管的壁面脫離并在兩側(cè)形成渦流區(qū)，變化角α越大，形成的渦流區(qū)也越大，造成的能量損失就越大，即阻力增大，也是漸擴(kuò)管產(chǎn)生損失的主要原因。因此，要減小漸擴(kuò)管的阻力，就需要減小變化角α的角度，一般變化角小于45°［12］，也可以變換結(jié)構(gòu)型式，采用導(dǎo)流板和分流板，減小兩側(cè)脫離區(qū)的面積。圖5為氣流在漸擴(kuò)管中的流動(dòng)情況。

干燥熱風(fēng)均風(fēng)裝置是整個(gè)送風(fēng)系統(tǒng)的主要組成部分，合理設(shè)計(jì)均風(fēng)裝置的結(jié)構(gòu)關(guān)系到熱風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和成本。輸送一定量的熱風(fēng)空氣所需風(fēng)管的截面面積和風(fēng)速成反比，截面積小，風(fēng)速就大，材料的用量和占用體積就小，但阻力損失大，耗能增加。因此需要有個(gè)合適的經(jīng)濟(jì)風(fēng)速問題。另外，熱風(fēng)風(fēng)速的確定，也要考慮其他條件的限制，如安裝結(jié)構(gòu)、風(fēng)管截面變大的影響等，所以管內(nèi)熱風(fēng)風(fēng)速不能太小。目前，在內(nèi)強(qiáng)制干燥熱風(fēng)系統(tǒng)中采用高速送風(fēng)系統(tǒng)。因此，設(shè)計(jì)選取熱風(fēng)均風(fēng)裝置上游主管道的熱風(fēng)流速v1為26.5m/s［12］。根據(jù)新鮮空氣消耗量，選取風(fēng)機(jī)風(fēng)量3540m3/h。則上游主管道管徑

D=10004L′πv1

（5）

式中：

D——上游主管道管徑，mm；

L′——

上游主管道通過的熱風(fēng)流量，m3/h。

風(fēng)機(jī)送風(fēng)主管分為兩路，即上游主管道，其通過的熱風(fēng)流量為1770m3/h，熱風(fēng)流速為26.5m/s，由式（5）可知，上游主管直徑為155mm。

4.2 熱風(fēng)風(fēng)針干燥系統(tǒng)

新型針式牧草干燥設(shè)備熱風(fēng)風(fēng)針干燥系統(tǒng)主要將熱風(fēng)氣流送入草捆內(nèi)部，由熱風(fēng)均風(fēng)裝置、熱風(fēng)引導(dǎo)支管、風(fēng)針和在線水分檢測儀組成，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

熱風(fēng)風(fēng)針干燥管道是輸送熱風(fēng)氣流的通道，它將均風(fēng)裝置、熱風(fēng)引導(dǎo)支管和風(fēng)針連接成一個(gè)整體，考慮管道布置和送風(fēng)系統(tǒng)阻力損失，采用方形和圓形管道結(jié)合的結(jié)構(gòu)。

假設(shè)熱風(fēng)引導(dǎo)支管內(nèi)部氣流流動(dòng)是不可壓縮且為連續(xù)介質(zhì)。主管路與引導(dǎo)支管路出口之間設(shè)置一段直管路，以降低不均勻氣流的存在［13］。熱風(fēng)進(jìn)入風(fēng)針干燥系統(tǒng)后，經(jīng)過均風(fēng)裝置將熱風(fēng)送入6個(gè)支管路，引導(dǎo)支管路采用80mm×80mm的方形管。引導(dǎo)支管路均布9個(gè)圓柱形風(fēng)針管，每個(gè)針管上設(shè)有四列交錯(cuò)布置的等距針孔（圖7），風(fēng)針管內(nèi)徑為26mm，針孔直徑為6mm。風(fēng)針錐頭在工作時(shí)要刺入草捆中，其錐角取為30°，風(fēng)針柄主要是將風(fēng)針與熱風(fēng)引導(dǎo)支管連接固定。

4.3 干燥單元

干燥單元是新型牧草干燥設(shè)備的核心部件，主要由熱風(fēng)風(fēng)針干燥系統(tǒng)、拓展機(jī)架、導(dǎo)向板、伸縮油缸、止捆板和限位板組成，如圖8所示。

加熱過的空氣經(jīng)均風(fēng)裝置送入干燥單元。干燥單元的作用是將熱空氣從引導(dǎo)支管分散進(jìn)入各個(gè)風(fēng)針管，最后從風(fēng)針針孔送出進(jìn)入到草捆中，熱空氣從草捆到大氣的過程中將草捆中的水分帶走，在熱風(fēng)動(dòng)能和熱能的作用下，草捆中的含水率降低。

風(fēng)針刺入或拔出草捆由伸縮油缸完成，設(shè)備適用干燥草捆的尺寸為：方草捆2000mm×1200mm×900mm，圓草捆Φ1 000mm×850mm，伸縮油缸行程設(shè)計(jì)為1000mm。

為了使風(fēng)針錐頭退出草捆后保持穿過導(dǎo)向板，草捆上面到導(dǎo)向板底面距離不小于90mm，則風(fēng)針刺入草捆后上部和下部的針孔分別距草捆上、下邊緣的距離都不小于100mm。為保證插入草捆的風(fēng)針保持在允許誤差范圍內(nèi)，草捆左右兩側(cè)面距限位板不大于50mm。用搬運(yùn)設(shè)備將草捆運(yùn)送到干燥單元上，利于卸捆方便，在拓展機(jī)架外沿設(shè)置止捆板，其高度為80mm。

在大規(guī)模草捆干燥生產(chǎn)時(shí)，干燥單元通過疊加延伸若干個(gè)同類型模塊來提高生產(chǎn)效率，具有很好的拓展性，一般可串接3～6個(gè)模塊。

5 智能化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 控制系統(tǒng)硬件

控制系統(tǒng)硬件主要由上位機(jī)系統(tǒng)、下位機(jī)系統(tǒng)和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成，如圖9所示。

上位機(jī)系統(tǒng)主要由觸摸屏組成，可以顯示人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)對各動(dòng)力系統(tǒng)單元的遠(yuǎn)控，可以對各關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示和記錄，并形成曲線報(bào)表。下位機(jī)系統(tǒng)主要由PLC組成，通過各接口實(shí)現(xiàn)各模擬量和數(shù)字量的采集和控制，通過各通訊口實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的互聯(lián)。動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是給干燥裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供動(dòng)力的電氣控制柜和液壓系統(tǒng)組合，主要由液壓站、變頻器和電動(dòng)機(jī)組成，變頻器利用其優(yōu)異的矢量控制性能實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的控制，液壓電磁閥、變頻器和PLC通過通訊模塊建立連接，實(shí)時(shí)監(jiān)測運(yùn)行狀態(tài)，記錄各狀態(tài)下運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)停止。在線水分檢測儀、熱風(fēng)風(fēng)速變速器和溫度變送器支持RS485通訊接口，并通過PLC進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)集中控制。

5.2 控制系統(tǒng)軟件

控制系統(tǒng)通過人機(jī)交互界面收發(fā)指令，實(shí)現(xiàn)干燥設(shè)備的工作控制，控制系統(tǒng)的功能流程如圖10所示。

新型針式牧草干燥設(shè)備的交互界面由主界面、功能參數(shù)菜單、可視化數(shù)據(jù)曲線、歷史數(shù)據(jù)庫等組成。在主界面上，可實(shí)時(shí)監(jiān)測干燥過程的運(yùn)行狀態(tài)；在功能參數(shù)菜單中，可設(shè)置工作時(shí)的熱風(fēng)溫度、草捆的目標(biāo)含水率；在可視化數(shù)據(jù)曲線界面，可選擇時(shí)間、溫度、含水率等參數(shù)，在線繪制特性曲線，生成曲線報(bào)表。

6 試驗(yàn)評價(jià)分析

為驗(yàn)證新型針式牧草捆干燥設(shè)備和強(qiáng)制階段式干燥工藝的工作效果，2022年在甘肅省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程技術(shù)研究中心生產(chǎn)基地進(jìn)行不同條件下的干燥試驗(yàn)。以苜蓿方捆為干燥對象，草捆尺寸為1800mm×1200mm×900mm，干燥前草捆平均含水率為35%。

6.1 試驗(yàn)指標(biāo)

草捆干燥后含水率和干燥強(qiáng)度是評價(jià)新型針式牧草干燥設(shè)備的主要性能指標(biāo)。

6.1.1 草捆含水率

隨機(jī)抽取一個(gè)苜蓿草捆作為樣本，在草捆長邊方向?qū)⑵渚譃槲宸?，在每份的中間取一份小樣，切碎成長度為15mm的碎草，各份取碎草樣品50g，裝入鋁盒稱其重量，在105℃恒定溫度下烘干至質(zhì)量不變?yōu)橹梗〕龇Q其質(zhì)量［14］，苜蓿草捆的含水率

HC=mq-mhmq×100%

（6）

式中：

HC——草捆的含水率，%；

mq——烘干前樣品的質(zhì)量，g；

mh——烘干后樣品的質(zhì)量，g。

6.1.2 干燥強(qiáng)度

干燥強(qiáng)度是物料干基含水率隨時(shí)間的變化率，計(jì)算公式如式（7）所示［15］。

A=dmddt=md，i+1-md，iti+1-ti

（7）

式中：

A——干燥強(qiáng)度，g/（g·min）；

md，i+1——

ti+1時(shí)刻物料的干基含水率，g/g；

md，i——

ti時(shí)刻物料的干基含水率，g/g；

t——干燥時(shí)間，min。

6.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

本試驗(yàn)通過在三種干燥溫度下測定苜蓿草捆干燥后的含水率和干燥強(qiáng)度來分析新型針式牧草捆干燥設(shè)備運(yùn)用強(qiáng)制分段式干燥工藝的干燥效果，干燥過程中風(fēng)機(jī)送風(fēng)量保持不變，整個(gè)干燥時(shí)間為30min，草捆質(zhì)量依次為602.5kg、589.6kg、615.6kg，所測得干燥前后的草捆含水率和測試方案如表2所示。

從圖11可以看出，在不同干燥溫度DT下，草捆含水率隨時(shí)間而減小。相同干燥時(shí)間內(nèi)，在干燥Ⅰ階段是向草捆送入常溫空氣，草捆含水率變化很??；在干燥Ⅱ階段DT為150℃時(shí)，干燥含水率減少最快，但干燥不均勻，干燥后草捆內(nèi)局部有發(fā)黃，草品質(zhì)受影響；干燥Ⅱ階段DT為100℃時(shí)，干燥含水率減少最慢，未達(dá)到安全水分以下，干燥效率較低；干燥Ⅱ階段DT為120℃時(shí)，含水率減少速度在以上兩種階段之間；在干燥Ⅲ階段，草捆2的含水率變化浮動(dòng)最?。辉诟稍铫綦A段，通入5min的常溫空氣，將草捆內(nèi)的濕氣排出，此時(shí)，草捆1和草捆2的含水率達(dá)到安全水分，草捆2干燥比較均勻，且有效保證了草捆的品質(zhì)。

從圖12可知，在不同干燥溫度下，干燥強(qiáng)度達(dá)到峰值所用的時(shí)間都是10min，其強(qiáng)度的大小與干燥溫度的大小有關(guān)，此時(shí)苜蓿草的水分散失主要以游離水為主，所以干燥溫度越大，干燥的就越快。當(dāng)干燥時(shí)間超過10min，干燥強(qiáng)度逐漸減小，此時(shí)苜蓿草的水分散失主要是以結(jié)合水為主，不易干燥。

綜上分析，在干燥Ⅱ階段選用干燥溫度為120℃時(shí)，草捆2的干燥品質(zhì)為最佳，干燥處理量為917kg/h，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)論

1）? 根據(jù)目前干燥設(shè)備的不足和傳統(tǒng)牧草收獲加工工藝的分析研究，開發(fā)了內(nèi)強(qiáng)制階段式牧草捆干燥工藝，采用內(nèi)強(qiáng)制階段式牧草捆干燥工藝研制出新型針式牧草干燥設(shè)備，通過熱質(zhì)衡算和關(guān)鍵部件參數(shù)計(jì)算，得到干燥過程中需要的新鮮空氣消耗量為3 540m3/h，消耗的熱量為229766Kcal/h，配套的熱交換裝置功率為267kW，并對關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，開發(fā)干燥設(shè)備智能化控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測干燥設(shè)備的作業(yè)參數(shù)。

2）? 通過試驗(yàn)表明，開發(fā)的干燥設(shè)備可將含水率35%左右的草捆進(jìn)行內(nèi)強(qiáng)制階段式干燥處理，草捆干燥均勻，干燥后草捆含水率小于17%，處理量可達(dá)917kg/h，滿足設(shè)計(jì)需求。同時(shí)證明內(nèi)強(qiáng)制階段式牧草干燥工藝的可行性和開發(fā)的新型牧草捆干燥設(shè)備的先進(jìn)性，為草捆干燥設(shè)備的進(jìn)一步優(yōu)化提供了技術(shù)參考。

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