目前，隨著我國(guó)畜牧業(yè)的快速發(fā)展，飼草料短缺已成為農(nóng)牧區(qū)的一個(gè)突出問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)年產(chǎn)各類農(nóng)作物秸稈7億t，其數(shù)量相當(dāng)于北方草產(chǎn)量的50倍多，占全世界秸稈產(chǎn)量的20%～39%。自然狀態(tài)下的秸稈容積大、不便于儲(chǔ)存、運(yùn)輸費(fèi)用高；直接飼喂采食率低，造成營(yíng)養(yǎng)大量流失。而秸稈經(jīng)壓縮成秸稈塊后不但便于運(yùn)輸貯存、使牲畜易于采食、便于營(yíng)養(yǎng)吸收，同時(shí)也可制成燃能很高的生物質(zhì)燃料等，使秸稈變廢為寶，有著巨大的市場(chǎng)空間。
秸稈壓塊機(jī)是生產(chǎn)秸稈塊的主要機(jī)具，是一種耗能比較高的設(shè)備，為了節(jié)能降耗，提高壓塊機(jī)的生產(chǎn)率，研究壓塊機(jī)的功耗勢(shì)在必行。本研究以玉米秸稈為試驗(yàn)物料，選取了5個(gè)水平的含水率，在9YK -0.4D秸稈壓塊機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，采用CLHGM -1型應(yīng)變式壓力傳感器采集壓塊機(jī)工作時(shí)壓輥把物料從環(huán)�？讐撼鰰r(shí)的最大擠出力；在電機(jī)上安裝E682 -CW23E型號(hào)的增量型編碼器，通過(guò)變頻器讀取壓塊機(jī)消耗的功率，對(duì)壓塊機(jī)的功耗進(jìn)行分析研究，為壓塊機(jī)的設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)而為壓塊機(jī)的設(shè)計(jì)和改造提供依據(jù)。
1、試驗(yàn)裝置和儀器
1.1試驗(yàn)裝置
本研究以9YK -0.4D型秸桿壓塊機(jī)為試驗(yàn)裝備。9YK -0. 4D型秸稈機(jī)主要由進(jìn)料斗、螺旋喂料裝置、壓輥、環(huán)模、主軸、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置以及機(jī)座等部件組成，如圖1所示。
壓塊機(jī)工作時(shí)，物料通過(guò)喂料斗及喂入螺旋機(jī)構(gòu)的輸送，被均勻、連續(xù)地喂入環(huán)模與壓輥之間的腔體中，由環(huán)模與壓輥的相對(duì)運(yùn)動(dòng)把物料逐漸帶入環(huán)模與壓輥的楔形間隙中，隨擠出力的增大，物料間聯(lián)結(jié)力增強(qiáng)被擠入環(huán)�？變�(nèi)，當(dāng)擠壓力增大到能克服模孔對(duì)物料的摩擦阻力時(shí)，不斷從環(huán)模孑L中呈條狀擠出。擠出時(shí)物料被機(jī)體外殼上的切片切成長(zhǎng)度適宜的草塊。壓塊機(jī)工作原理如圖2所示。
1.2試驗(yàn)儀器的選擇與布置
根據(jù)試驗(yàn)的需要，選擇變頻器和E682 - CW23E型號(hào)的增量型編碼器獲取壓塊機(jī)的功率。編碼器通過(guò)固定支架安裝在電機(jī)主軸的末端，電機(jī)通過(guò)變頻器進(jìn)行供電。主要試驗(yàn)儀器如表1所示。
選取CLHGM -1型壓力傳感器采集擠出草塊時(shí)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?lián)p壞，在壓塊機(jī)環(huán)模的內(nèi)腔底部設(shè)置底座．CLHCM -1型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?shù)捻敆U軸線與環(huán)�？字行膶�(duì)中。
2、試驗(yàn)方法
2.1 試驗(yàn)物料含水率的調(diào)制
以玉米秸稈為試驗(yàn)物料，首先進(jìn)行鍘切與揉碎的預(yù)加工處理，使秸稈物料的長(zhǎng)度在20～30mm之間，對(duì)揉碎的秸稈物料進(jìn)行初始狀態(tài)采樣，獲得物料原始含水率。然后調(diào)制不同水平的含水率，如果秸稈物料不符合試驗(yàn)要求，含水率太高則放置在室外通風(fēng)干燥一段時(shí)間，含水率低則加一定量的水，調(diào)制好后，充分?jǐn)嚢韬笮栌盟芰洗芊獗?4h。試驗(yàn)時(shí)，再取樣測(cè)含水率，在滿足要求后進(jìn)行壓塊試驗(yàn)。
2.2試驗(yàn)因素及水平的選取
影響壓塊機(jī)功耗的因素有物料的特性、物料長(zhǎng)度、環(huán)模轉(zhuǎn)速、環(huán)模間隙等。根據(jù)前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果選定環(huán)模間隙為3mm，環(huán)模轉(zhuǎn)速為140 r/min，選取5個(gè)水平含水率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究物料含水率對(duì)壓塊機(jī)功耗的影響。
2.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取
2.3.1壓塊機(jī)功率的獲取
連接好變頻器、編碼器及電機(jī)的連線，啟動(dòng)變頻器，設(shè)定好基本的參數(shù)。在電機(jī)空載的狀態(tài)下，輸入電機(jī)的各種性能要求，啟動(dòng)電機(jī)讓其運(yùn)行，當(dāng)變頻器提示自學(xué)習(xí)成功后方可接上負(fù)載開始工作。試驗(yàn)時(shí)壓塊機(jī)先進(jìn)行試生產(chǎn)，進(jìn)入正常的狀態(tài)后開始試驗(yàn)，在均勻喂料的情況下，從變頻器上讀取在相應(yīng)的含水率水平下壓塊機(jī)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(dāng)壓塊機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定出塊后停機(jī)，迅速把CLHGM -l型壓力傳感器安放好，數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)框圖，如圖4所示。啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集軟件UT70B，設(shè)定數(shù)據(jù)采集的時(shí)間間隔為Is，通過(guò)千斤頂?shù)募恿U平穩(wěn)加壓，通過(guò)壓力傳感器采集頂桿壓出草塊時(shí)草塊與環(huán)模的最大摩擦力，此力即為草塊的最大擠出力F。
2.3.3草塊干濕密度的獲取
在含水率每一水平的試驗(yàn)中采集草塊，測(cè)其質(zhì)量、長(zhǎng)度和截面積，計(jì)算其濕密度，然后用干燥箱烘干，同理獲得草塊的干密度。
3、結(jié)果與分析
獲得物料含水率在5水平下草塊被頂出時(shí)擠出力的時(shí)域信號(hào)，如圖5所示。該圖是一次采樣全過(guò)程草塊擠出力，和時(shí)間的關(guān)系曲線，從圖5中可以看到開始加壓時(shí)，所施加的擠出力沒(méi)有達(dá)到草塊與環(huán)模之間的最大靜摩擦力，草塊不移動(dòng)，隨時(shí)間的增加擠出，力迅速上升；當(dāng)擠出力等于草塊與環(huán)模之間的最大靜摩擦力時(shí)，草塊開始移動(dòng)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的力為壓塊機(jī)壓出草塊的最大擠出力；此后隨草塊的排出，草塊與環(huán)模的接觸面積減小，摩擦力開始減小，因此表現(xiàn)為擠出力下降趨勢(shì)。
在開始和結(jié)束采集時(shí)，擠出力不為O是因?yàn)榍Ы镯斢幸欢ǖ馁|(zhì)量。對(duì)含水率每一個(gè)水平下的分別進(jìn)行6次采樣，通過(guò)分析計(jì)算獲得最大擠出力和平均擠出力，如表2所示。
綜合含水率每一個(gè)水平下草塊的（干、濕）密度、最大擠出力、壓塊機(jī)的功耗、生產(chǎn)率等數(shù)據(jù)，得到表3。
首先分析含水率對(duì)草塊最大擠出力影響，草塊最大擠出力F和含水率的關(guān)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(qū)段，隨含水率的增加最大擠出力下降幅度很大；在29%～40%區(qū)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(jī)消耗的功率變化不大，呈下降的趨勢(shì)，而生產(chǎn)率在含水率為19%和40%時(shí)生產(chǎn)率很低。其原因是含水率在19%時(shí)，草塊與模孔的摩擦力很大，草塊移動(dòng)速度緩慢，草塊成型雖好，但生產(chǎn)率很低，且生產(chǎn)出來(lái)的草塊內(nèi)部和表面焦糊現(xiàn)象嚴(yán)重；含水率在40%時(shí)，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(huán)�？妆谥g的摩擦力越小，壓制成的草塊越較容易從環(huán)�？讛D壓出來(lái)，降低單位產(chǎn)量的能耗，但是由于摩擦力減小，草物料在環(huán)�？桌锿Ａ舻臅r(shí)間就會(huì)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(dǎo)致生產(chǎn)率較低。含水率在25%～33%區(qū)段草塊成型較好，含水率為25%時(shí)，草塊與模孔的摩擦有所減小，出塊相對(duì)順暢，生產(chǎn)率得到提高，但草塊最大擠出力、壓塊機(jī)消耗的功率在此區(qū)間仍很高，且草塊表面仍有焦糊的現(xiàn)象。因此，綜合考慮草塊的（干濕）‘密度、最大擠出力、壓塊機(jī)的功率消耗、生產(chǎn)率等各項(xiàng)指標(biāo)，確定含水率約為29 010時(shí)，最大擠出力較小、功率較低、密度適宜、生產(chǎn)率較高。
4、結(jié)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(qū)段，隨含水率的增加最大擠出力下降幅度很大；在29%～40%區(qū)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(duì)壓塊機(jī)的功率消耗影響較大。實(shí)驗(yàn)表明：在含水率為29%時(shí)進(jìn)行壓塊，壓塊機(jī)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(chǎn)率較高。
三門峽富通新能源銷售顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)、飼料顆粒機(jī)、秸稈顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料飼料成型機(jī)械設(shè)備。
