含水率对玉米秸秆振动致密成型的影响

丁 坤，马彦华，哈 图

（1. 内蒙古农业大学机电工程学院，内蒙古 呼和浩特 010000；2. 内蒙古农业大学教务处，内蒙古 呼和浩特 010018）

秸秆产量高且营养丰富，可制作成青贮饲料，用来喂养草食动物。课题组尝试将振动力场引入生物质致密成型中，在不使用粘结剂及加温的情况下，将生物质压缩成型，并进行了可行性研究。本文以玉米秸秆为原料，将探讨在振动力场作用下，物料含水率对致密成型产品松弛密度和压缩比能耗的影响。

1 材料和方法

1.1 试验物料 选用呼和浩特市郊区生产的玉米秸秆为试验原料，用9R-40 型揉碎机将玉米秸秆揉碎，调制试验物料的含水率分别为：15%，18%，21%，24%。

1.2 试验系统 振动致密成型试验是在如图1 所示的试验系统上进行。

图1 生物质致密成型测试系统照片

试验过程为：（1） 将15g 的玉米秸秆原料填入料筒；（2）压缩活塞下行，开始压缩物料；（3） 启动气压振动系统，给气动激振器提供0.5MPa 的气体，相当于压缩活塞叠加频率为35Hz，振幅为2mm 的正弦振动信号；（4） 当压缩活塞运行遇到下限位开关时，停止移动，并关闭气动激振器的气源；（5）同步测试位移信号、压力信号、振动信号；（6） 压缩活塞回程。每组试验重复30 次。

1.3 试验指标 （1） 松弛密度 是指生物质成型块被挤出模具，在室温条件下，放置1 周后，测得的成型块密度。本试验所用的测试方法是采用游标卡尺和电子天平直接测量成型块的直径、长度和质量，计算出体积，进而求出成型块的密度。（2） 比能耗 是指压缩单位质量物料所消耗的能量。本文采用试验获得的压力位移曲线面积来计算比能耗：

式中：P 为压力（N）；s 为压缩活塞的位移（m）；m 为被压缩物料的质量（kg）。

2 试验结果及分析

玉米秸秆含水率对振动致密成型过程比能耗、松弛密度的影响见图2。

图2 不同含水率下的试验结果

从试验结果可看出，含水率越高，成型块的松弛密度越低、比能耗越低。其主要原因是，在开式压缩条件下，玉米秸秆被压缩的程度取决于玉米秸秆特性和物料与模具壁面间的最大静摩擦力。一方面，玉米秸秆颗粒内适当的水分可以充当成型过程的润滑剂，降低了物料与模具壁面的摩擦力以及颗粒内部的摩擦，使其流动性增强，所以压缩阻力降低，能耗降低，物料被压缩的程度降低。另一方面，含水率是影响玉米秸秆机械特性的重要因素，在试验的含水率范围内，随着含水率的提高，抗压强度、破坏应力等力学性质均有所下降，成型块被挤出模具所需要的最大压力以及能耗减小，同时含水率增加，弹性模量提高，压缩后弹性恢复量增加，成型块的松弛密度降低。将秸秆压缩成型，不仅能增加秸秆的利用率和营养率，提高经济效益，还能解决草食动物饲料短缺和供应不稳定问题。

3 结 论

通过研究玉米秸秆含水率对振动致密成型比能耗和成型块松弛密度的影响，得出：玉米秸秆含水率由15%增加到24%时，成型块松弛密度降低，比能耗降低；同时也能为草原畜牧业提供宜贮存、高质量和方便运输的饲料。