目前，隨著我國畜牧業(yè)的快速發(fā)展，飼草料短缺已成為農(nóng)牧區(qū)的一個突出問題。據(jù)統(tǒng)計，全國年產(chǎn)各類農(nóng)作物秸稈7億t，其數(shù)量相當于北方草產(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、不便于儲存、運輸費用高；直接飼喂采食率低，造成營養(yǎng)大量流失。而秸稈經(jīng)壓縮成秸稈塊后不但便于運輸貯存、使牲畜易于采食、便于營養(yǎng)吸收，同時也可制成燃能很高的生物質(zhì)燃料等，使秸稈變廢為寶，有著巨大的市場空間。
秸稈壓塊機是生產(chǎn)秸稈塊的主要機具，是一種耗能比較高的設備，為了節(jié)能降耗，提高壓塊機的生產(chǎn)率，研究壓塊機的功耗勢在必行。本研究以玉米秸稈為試驗物料，選取了5個水平的含水率，在9YK -0.4D秸稈壓塊機上進行試驗，采用CLHGM -1型應變式壓力傳感器采集壓塊機工作時壓輥把物料從環(huán)�？讐撼鰰r的最大擠出力；在電機上安裝E682 -CW23E型號的增量型編碼器，通過變頻器讀取壓塊機消耗的功率，對壓塊機的功耗進行分析研究，為壓塊機的設計提供基礎數(shù)據(jù)，進而為壓塊機的設計和改造提供依據(jù)。
1、試驗裝置和儀器
1.1試驗裝置
本研究以9YK -0.4D型秸桿壓塊機為試驗裝備。9YK -0. 4D型秸稈機主要由進料斗、螺旋喂料裝置、壓輥、環(huán)模、主軸、轉(zhuǎn)動裝置以及機座等部件組成，如圖1所示。
壓塊機工作時，物料通過喂料斗及喂入螺旋機構的輸送，被均勻、連續(xù)地喂入環(huán)模與壓輥之間的腔體中，由環(huán)模與壓輥的相對運動把物料逐漸帶入環(huán)模與壓輥的楔形間隙中，隨擠出力的增大，物料間聯(lián)結力增強被擠入環(huán)模孔內(nèi)，當擠壓力增大到能克服�？讓ξ锪系哪Σ磷枇r，不斷從環(huán)模孑L中呈條狀擠出。擠出時物料被機體外殼上的切片切成長度適宜的草塊。壓塊機工作原理如圖2所示。
1.2試驗儀器的選擇與布置
根據(jù)試驗的需要，選擇變頻器和E682 - CW23E型號的增量型編碼器獲取壓塊機的功率。編碼器通過固定支架安裝在電機主軸的末端，電機通過變頻器進行供電。主要試驗儀器如表1所示。
選取CLHGM -1型壓力傳感器采集擠出草塊時的最大擠出力，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，在壓塊機環(huán)模的內(nèi)腔底部設置底座．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)模孔中心對中。
2、試驗方法
2.1 試驗物料含水率的調(diào)制
以玉米秸稈為試驗物料，首先進行鍘切與揉碎的預加工處理，使秸稈物料的長度在20～30mm之間，對揉碎的秸稈物料進行初始狀態(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要求，含水率太高則放置在室外通風干燥一段時間，含水率低則加一定量的水，調(diào)制好后，充分攪拌后需用塑料袋密封保濕24h。試驗時，再取樣測含水率，在滿足要求后進行壓塊試驗。
2.2試驗因素及水平的選取
影響壓塊機功耗的因素有物料的特性、物料長度、環(huán)模轉(zhuǎn)速、環(huán)模間隙等。根據(jù)前面的實驗結果選定環(huán)模間隙為3mm，環(huán)模轉(zhuǎn)速為140 r/min，選取5個水平含水率進行實驗，研究物料含水率對壓塊機功耗的影響。
2.3試驗數(shù)據(jù)的獲取
2.3.1壓塊機功率的獲取
連接好變頻器、編碼器及電機的連線，啟動變頻器，設定好基本的參數(shù)。在電機空載的狀態(tài)下，輸入電機的各種性能要求，啟動電機讓其運行，當變頻器提示自學習成功后方可接上負載開始工作。試驗時壓塊機先進行試生產(chǎn)，進入正常的狀態(tài)后開始試驗，在均勻喂料的情況下，從變頻器上讀取在相應的含水率水平下壓塊機的功率N。
2.3.2草塊最大擠出力的獲取
在含水率每一水平下當壓塊機運行穩(wěn)定出塊后停機，迅速把CLHGM -l型壓力傳感器安放好，數(shù)據(jù)采集結構框圖，如圖4所示。啟動數(shù)據(jù)采集軟件UT70B，設定數(shù)據(jù)采集的時間間隔為Is，通過千斤頂?shù)募恿U平穩(wěn)加壓，通過壓力傳感器采集頂桿壓出草塊時草塊與環(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中采集草塊，測其質(zhì)量、長度和截面積，計算其濕密度，然后用干燥箱烘干，同理獲得草塊的干密度。
3、結果與分析
獲得物料含水率在5水平下草塊被頂出時擠出力的時域信號，如圖5所示。該圖是一次采樣全過程草塊擠出力，和時間的關系曲線，從圖5中可以看到開始加壓時，所施加的擠出力沒有達到草塊與環(huán)模之間的最大靜摩擦力，草塊不移動，隨時間的增加擠出，力迅速上升；當擠出力等于草塊與環(huán)模之間的最大靜摩擦力時，草塊開始移動，該點對應的力為壓塊機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。
在開始和結束采集時，擠出力不為O是因為千斤頂有一定的質(zhì)量。對含水率每一個水平下的分別進行6次采樣，通過分析計算獲得最大擠出力和平均擠出力，如表2所示。
綜合含水率每一個水平下草塊的（干、濕）密度、最大擠出力、壓塊機的功耗、生產(chǎn)率等數(shù)據(jù)，得到表3。
首先分析含水率對草塊最大擠出力影響，草塊最大擠出力F和含水率的關系，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，壓塊機消耗的功率變化不大，呈下降的趨勢，而生產(chǎn)率在含水率為19%和40%時生產(chǎn)率很低。其原因是含水率在19%時，草塊與�？椎哪Σ亮艽�，草塊移動速度緩慢，草塊成型雖好，但生產(chǎn)率很低，且生產(chǎn)出來的草塊內(nèi)部和表面焦糊現(xiàn)象嚴重；含水率在40%時，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，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間就會縮短，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，草塊與模孔的摩擦有所減小，出塊相對順暢，生產(chǎn)率得到提高，但草塊最大擠出力、壓塊機消耗的功率在此區(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、壓塊機的功率消耗、生產(chǎn)率等各項指標，確定含水率約為29 010時，最大擠出力較小、功率較低、密度適宜、生產(chǎn)率較高。
4、結論
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壓塊機的功率消耗影響較大。實驗表明：在含水率為29%時進行壓塊，壓塊機的最大擠出力較小，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、秸稈壓塊機、飼料顆粒機、秸稈顆粒機等生物質(zhì)燃料飼料成型機械設備。
