小麥秸稈捆運輸前后密實度變化研究

劉金龍等

摘 要：密實度是捆型秸稈的重要參數，在運輸過程中對其散捆率、完整性有一定影響。本文通過振動模擬試驗、實際路況試驗并結合理論分析，研究了捆型小麥秸稈運輸前后密實度的變化。試驗表明，秸稈捆經過振動模擬試驗、實際路況試驗后，秸稈捆密實度均值和標準差都會變小，會使得完整性降低、散捆率升高。

關鍵詞：密實度 捆型秸稈 散捆率 完整性

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（b）-0206-02

秸稈直燃發電能夠將秸稈低效燃燒轉化為集中高效燃燒，能避免秸稈隨處焚燒現象，對防治環境污染有一定作用，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、收獲季節性強等特點，使秸稈的持續供應成為秸稈直燃發電發展的主要瓶頸[3，4]。為保證秸稈的持續供應，需將秸稈進行打捆以提高存儲運輸效率。密實度、散捆率、完整性是秸稈捆在運輸和儲藏中需要考慮的三個指標。其中，密實度是指秸稈捆內秸稈所充實的程度；散捆率是指一定數量的秸稈捆中散捆捆型占總數的百分比（通常秸稈捆有一道繩子斷裂即認定為散捆）；完整性是指搬運和運輸前后秸稈捆內部秸稈的損失比例。

1 秸稈捆密實度

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

2 試驗裝置與方法

2.1 試驗材料

小型方捆小麥秸稈捆，2道打捆繩，由撿拾打捆機打捆而成長85 cm，寬40 cm，高35 cm，質量13 kg左右。

大型方捆小麥秸稈捆，6道打捆繩，由大型臥式打捆機和豎式打捆機打捆而成，長170 cm，寬115 cm，高85 cm，質量300 kg左右。

2.2 試驗裝置

撿拾打捆機：THB1060型，上海世達爾現代農機有限公司生產。

臥式打捆機：HFJWD-100型，山東臨清市弘發棉麻機械制造公司生產。

豎式打捆機：YK2-40CK型，山東省臨清市鳴宇機械制造有限公司生產。

振動試驗臺：TPJ型，濟南試金集團有限公司生產。

密實度計：TYD-2型，浙江托普儀器有限公司生產。

2.3 試驗方法

由于目前沒有專用的秸稈捆密實度測量儀，本試驗采用測量土壤硬度和緊實度的土壤硬度計。TYD-2型土壤硬度計的測量部分為45 mm的前端為圓錐形的鐵質長桿探頭，測量時，將探頭插入被測物體，儀器會自動記錄下探頭所受力的最大值。

本試驗采用五點測量法（LW面、LH面、WH面每個面的中心和距離四個頂點10 mm處）。對于小型方捆秸稈捆，LW面探頭的插入長度為20 mm，LH面探頭的插入長度為24 mm，WH面探頭的插入長度為45 mm。而對于大型方捆秸稈捆，各面探頭均為全部插入（45 mm）。振動試驗采用小型方捆秸稈捆，實際路況試驗采用大型方捆秸稈捆。

3 試驗結果與分析

3.1 振動模擬試驗

將小型方捆秸稈捆放置在振動試驗臺的振動平臺上，用尼龍繩將其扎緊，使秸稈捆在振動時與振動平臺無相對運動。根據物流行業的相關測試標準，將振動試驗臺的振幅設置為10 mm，振動頻率設置為4 Hz。

由于振動試驗臺尺寸的限制，選取2個小型方捆小麥秸稈捆為試驗對象，在振動試驗臺上的放置方向如圖3、圖4所示，振動時間為30 min，振動方向為上下振動。2個秸稈捆的參數見表1。在振動前后，分別用密實度計對秸稈捆1和秸稈捆2各面5個測點測量密實度，取平均值，振動前后秸稈捆密實度均值變化如圖5、圖6所示，振動前后秸稈捆密實度標準差變化如圖7、圖8所示。

（1）秸稈捆1和秸稈捆2密實度均值減小（如圖5、圖6所示），其原因為：小型秸稈捆由撿拾打捆機打捆而成，其松散程度和繩子的應力要遠小于大型秸稈捆，在經過振動試驗后，秸稈捆有向外膨脹的趨勢，秸稈捆體積略有增大，使得秸稈捆內部秸稈間隙增大、充實程度降低，所以各測點密實度均值減小。

（2）秸稈捆1和秸稈捆2密實度標準差減?。ㄈ鐖D7、圖8所示），原因為高密實度區域會對低密實度區域產生擠壓的作用，使得低密實度區域的密實度增大；同時，高密實度區域會有膨脹的趨勢，使得自身密實度減小，導致秸稈捆內各點密實度差異性減小，密實度標準差變小。

3.2 實際路況試驗

在實際路況條件下，由于運輸的方便和運輸成本的限制，小型方捆秸稈捆大多數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對象。大型方捆秸稈捆的打捆設備主要有兩種：一種是臥式打捆機；另一種是豎式打捆機。

臥式打捆機和豎式打捆機由于壓縮方向的不同，所打的捆密實度的分布也不太相同。豎式打捆機的秸稈捆為豎直放置，壓縮方向為單側向下壓縮，同時采用分片式壓縮，所以豎直放置的秸稈捆的密實度出現了從上到下密實度逐漸增大的趨勢；而臥式打捆機的壓縮方向為水平方向（平行于L方向），壓縮方向為兩側向中間壓縮，同時采用分片式壓縮，所打的秸稈捆密實度分布和撿拾打捆機所打的小型方捆類似。

分別以臥式打捆機和豎式打捆機所打大型方捆秸稈捆為試驗對象，運輸起點為河南省周口市太康縣，運輸終點為國能鹿邑生物發電有限公司，用密實度計對運輸前后對大型方捆秸稈捆各面的密實度進行測量，各面為5個測點取平均值，試驗方法與振動試驗相同，密實度均值變化如圖11、圖12所示，密實度標準差變化如圖13、圖14所示。大型方捆秸稈捆在運輸后密實度均值與密實度標準差都變小，這和振動試驗的試驗結果一致。在運輸過程中，秸稈捆高密實度區域會對低密實度區域產生擠壓的作用，使得低密實度區域的密實度增大；同時，高密實度區域會有膨脹的趨勢，使得自身密實度減小，所以秸稈捆密實度均值變小。同時，由于秸稈捆不斷振動，高密實度區域和低密實度區域內部各點密實度的差異性也會減小，所以秸稈捆密實度標準差也變小。

4 結論

振動試驗臺模擬試驗和實際路況試驗均表明，小型方捆秸稈捆和大型方捆秸稈捆在經過振動后，各面密實度減小，且各點密實度差異性也減小，會導致完整性降低；在運輸過程中，秸稈捆體積有膨脹的趨勢，使得打捆繩張力增大，會導致散捆率升高。

參考文獻

[1] 馬洪儒，蘇宜虎.生物質直接燃燒技術研究探討[J].農機化研究，2007（8）：155-158.

[2] 劉建禹，翟國勛，陳榮耀.生物質燃料直接燃燒過程特性的分析[J].東北農業大學學報，2001，32（3）：290-294.

[3] 張培遠.國內外秸稈發電的比較研究[D].鄭州：河南農業大學，2007.

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