含水率對玉米秸稈振動致密成型的影響

丁 坤，馬彥華，哈 圖

（1. 內蒙古農業大學機電工程學院，內蒙古 呼和浩特 010000；2. 內蒙古農業大學教務處，內蒙古 呼和浩特 010018）

秸稈產量高且營養豐富，可制作成青貯飼料，用來喂養草食動物。課題組嘗試將振動力場引入生物質致密成型中，在不使用粘結劑及加溫的情況下，將生物質壓縮成型，并進行了可行性研究。本文以玉米秸稈為原料，將探討在振動力場作用下，物料含水率對致密成型產品松弛密度和壓縮比能耗的影響。

1 材料和方法

1.1 試驗物料 選用呼和浩特市郊區生產的玉米秸稈為試驗原料，用9R-40 型揉碎機將玉米秸稈揉碎，調制試驗物料的含水率分別為：15%，18%，21%，24%。

1.2 試驗系統 振動致密成型試驗是在如圖1 所示的試驗系統上進行。

圖1 生物質致密成型測試系統照片

試驗過程為：（1） 將15g 的玉米秸稈原料填入料筒；（2）壓縮活塞下行，開始壓縮物料；（3） 啟動氣壓振動系統，給氣動激振器提供0.5MPa 的氣體，相當于壓縮活塞疊加頻率為35Hz，振幅為2mm 的正弦振動信號；（4） 當壓縮活塞運行遇到下限位開關時，停止移動，并關閉氣動激振器的氣源；（5）同步測試位移信號、壓力信號、振動信號；（6） 壓縮活塞回程。每組試驗重復30 次。

1.3 試驗指標 （1） 松弛密度 是指生物質成型塊被擠出模具，在室溫條件下，放置1 周后，測得的成型塊密度。本試驗所用的測試方法是采用游標卡尺和電子天平直接測量成型塊的直徑、長度和質量，計算出體積，進而求出成型塊的密度。（2） 比能耗 是指壓縮單位質量物料所消耗的能量。本文采用試驗獲得的壓力位移曲線面積來計算比能耗：

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

2 試驗結果及分析

玉米秸稈含水率對振動致密成型過程比能耗、松弛密度的影響見圖2。

圖2 不同含水率下的試驗結果

從試驗結果可看出，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，玉米秸稈顆粒內適當的水分可以充當成型過程的潤滑劑，降低了物料與模具壁面的摩擦力以及顆粒內部的摩擦，使其流動性增強，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械特性的重要因素，在試驗的含水率范圍內，隨著含水率的提高，抗壓強度、破壞應力等力學性質均有所下降，成型塊被擠出模具所需要的最大壓力以及能耗減小，同時含水率增加，彈性模量提高，壓縮后彈性恢復量增加，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養率，提高經濟效益，還能解決草食動物飼料短缺和供應不穩定問題。

3 結 論

通過研究玉米秸稈含水率對振動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，成型塊松弛密度降低，比能耗降低；同時也能為草原畜牧業提供宜貯存、高質量和方便運輸的飼料。