0、引 言
秸稈類生物質壓塊是以農作物秸稈為原料經粉碎、調濕、壓力成型為規則幾何形狀的生物質固體能源產品。與普通薪柴燃料相比，它具有密度高、形狀和性質均一、燃燒性能好、熱值高、便于運輸和裝卸等特點。本文研究對象為應用廣泛的環模式壓塊成型機，這種成型設備的特點是無需外部熱源，僅通過生產過程中自身產熱即可使原料中的木質素軟化、粘結成型，從而降低整體成型能耗。
秸稈類生物質壓塊棱角撕裂倒鈍是指壓塊成品在出模過程中棱角邊緣被撕裂，橫截面直角處的原料剝落后形成粗糙的圓角裂痕。模孔棱角處淤塞的原料會增加壓塊設備運行阻力，嚴重時會影響產品正常出模。因此，壓塊棱角撕裂倒鈍現象對壓塊成品質量以及壓塊成型設備本身均有影響，但在國內外文獻中尚未見到相關研究的報道。本文將針對此現象的形成機理進行數值模擬分析，并通過試驗對比研究，從原料特性和設備結構方面人手提出改進措施，為壓塊成型工藝及成型設備的改進提供技術依據。
1、
秸稈壓塊機模壓原理與棱角撕裂倒鈍現象的影響
環模式壓塊設備（如圖1）的主要工作部件為環模和壓輥。其工作過程如下：秸稈原料經過預處理工序，由螺旋進料設備輸送至成型部件處；壓輥同時圍繞自身中心0’及環模中心0做旋轉運動，運動方向見圖1；A區的原料在壓輥一環模相對運動摩擦力、壓輥徑向壓力的共同作用下沿楔向進入模孔中，從而形成壓塊成品，富通新能源生產銷售環模式秸稈顆粒機、秸稈壓塊機等生物質成型機械設備。
壓輥上的作用力欲將秸稈原料壓入環模模孔內，應滿足關系式：
因此，壓輥對物料的包角應滿足使壓輥產生相對滾動而不滑動的條件。
棱角撕裂倒鈍現象對壓塊質量以及壓塊設備的影響：
1)淤塞在模孔棱角處的原料增大了壓塊與模孔內壁間的摩擦力，壓塊出模過程中克服摩擦所消耗的能量增多，從而導致設備整體能耗增加；同時模孔工作應力提高，易加劇應力集中引起的短期疲勞，模具產生裂紋、剝落；
2)增大的壓塊出模阻力導致超負荷運轉，增大傳動部件的輸出扭矩，致使傳動部件與環模、壓輥等零部件的磨損加劇、工作壽命縮短；
3)破損毛糙的外形影響壓塊成品外觀質量，同時周邊碳化殼被破壞會降低成品抗跌碎性、抗變形性等耐久性指標，而耐久性是評價壓塊品質的重要性能指標；
4)在后續原料壓入力不變的情況下，摩擦阻力的增大延長了壓塊在模孔內滯留時間，導致壓塊致密程度提高。當壓塊密度超出一定范圍后，其點火性能減弱，燃燒過程中內部揮發分溢出阻力加大，燃燒速度降低，易造成“燒不透”的現象。
2、試驗方案
2.1試驗內容
為使試驗數據更具對比性，試驗過程中選取的環模式生物質壓塊成型設備除模孔截面形狀不同外，其余結構參數完全相同，其結構組成示意圖見圖2；試驗所需原料種類、粒度、含水率亦完全相同。試驗以收獲2月后的玉米秸稈為原料，將其含水率調節至20%，粉碎粒度80mm，原料含水率采用快速含水率測定儀測量，原料粉碎粒度通過調節鍘草機鍘切長度得到。
在圖2中，符合試驗條件的原料由上料輸送機經由螺旋進料器輸送至成型部件處被壓制成壓塊成品；螺旋進料器與主成型部件由電機驅動，二者通過同一根主軸連接，主軸轉速通過減速機調節至合理生產轉速(120r/min)。本試驗在相同測試條件下對比未經過棱角倒圓處理的成型模孔（孔型工）與經倒圓處理的模孔（孔型Ⅱ）壓塊成型的難易程度，以判定不同孔型對秸稈壓塊出模阻力的影響。孔型I與孔型Ⅱ的橫截面尺寸見對比圖3。
2.2試驗結果
試驗過程中溫度由手持式紅外測溫儀測定，孔型I環模的外壁溫度為91.OqC，孔型Ⅱ環模的外壁溫度為104.3℃，測試環境溫度29℃。試驗中不同孔型壓塊成型設備的產量．能耗關系見圖4。圖中孑L型I的噸產能耗在a點之后異常增大，此時出模的壓塊成品中出現較明顯的棱角撕裂倒鈍現象，圖5為此階段出模的壓塊成品與正常出模的成品外形對比圖。正常出模的秸稈壓塊周邊光滑、4個棱角邊線清晰分明；產生棱角撕裂倒鈍現象后的秸稈壓塊無明顯棱角且表面毛糙不光滑，甚至導致壓塊的橫截面呈圓形。
在整個試驗過程中，孔型I的能耗曲線均在孔型Ⅱ的之上，說明孔型I的壓塊在出模過程中克服的阻力大于孔型Ⅱ，增大的摩擦力同時造成環模溫度升高。可見經倒圓角處理后的模孔與壓塊之間在棱角處的相互作用力明顯下降，設備能耗也大幅降低。而孔型I在a點發生棱角撕裂倒鈍現象后能耗突增的現象，進一步說明出模阻力是影響壓塊成型設備噸產能耗的最主要因素。
