不同工艺参数下苜蓿草粉环模制粒机流场的模拟与验证

环模制粒成型技术以其高效率、高成型率、强适应性等优点广泛应用于生物质能源和饲料产业等领域。该文以苜蓿草粉为原料,应用POLYFLOW软件对环模制粒机挤压区流场进行数值模拟,研究了喂料量、环模转速和物料含水率的变化对流场压力、速度、剪切速率和黏度分布特性的影响规律,并以试验验证,旨在为生产工艺的有效控制提供参考依据。结果表明:在结构参数等条件一定的情况下,增大喂料量,流场压力升高,挤压成型区域扩大,且物料以较快的速度作层流运动,流场剪切速率降低,黏度增大,出模压力和成型密度较大;减小环模转速,流场压力和挤压成型区增大,流动速度减小,剪切速率降低,黏度较大,但出模压力和成型密度降低;物料含水率降低使流场压力、黏度、出模压力和成型密度增加。通过比较得出:当喂料量为6 t/h、环模线速度为6.5 m/s和物料含水率为15%时所形成的流场有利于苜蓿草粉的制粒成型。     

干切牛肉冷冻干燥中解析干燥过程的动态模拟及优化

该文通过对干切牛肉冷冻干燥中解析阶段含水率、物料温度的动态模拟及干燥速率与耗能分析,确立干切牛肉冷冻干燥中解析干燥的优化操作条件。通过建立解析阶段中脱除水分所需干燥时间以及相应的物料表面温度、物料中心温度的数学模型,并假设解析干燥过程中物料含水率由升华结束时的10.0%下降到干燥结束的0,以含水率变化为自变量,模拟了物料厚度为6、8、12、15 mm的干切牛肉在干燥室压强10 Pa,加热板温度80℃的操作条件下含水率、物料温度随时间的动态变化。以所建模型预测厚度7、9、10、11、12、13、14 mm的干切牛肉在该操作条件下含水率、物料温度的动态值及解析干燥周期。验证试验表明：预测与实测含水率相对误差小于10%,物料中心温度计算值与实测值的绝对误差小于5℃,说明所建模型可用于模拟、预测6～15 mm干切牛肉冷冻干燥中解析干燥阶段的参数变化。比较不同厚度干切牛肉冷冻干燥中解析干燥阶段的干燥比耗时、干燥效率,结果是采用6 mm厚度切片进行干燥,生产单位产品耗能最低,且生产率最大。     

干湿循环条件下重庆地区三种土壤抗剪强度的动态变化

选择广泛分布于重庆丘陵山区的黄壤、钙质紫色土和中性紫色土3种土壤,通过对室内三轴剪切试验,测定含水率和干密度交互作用对土壤抗剪强度指标的影响,在含水率和干密度对土壤抗剪强度影响分析的基础上,3土壤按各自最优含水率和干密度制作干湿循环试验土样,进行干湿循环条件下土壤抗剪强度的动态变化分析。试验结果显示：(1)在相同干密度情况下,3种土壤粘聚力c值随着含水率的增加呈现出先增加后减小的趋势,在相同土壤含水率水平下,土壤粘聚力c值随干密度增大而增大,3种土壤内摩擦角φ值在各干密度条件下均随着含水率增加呈明显减小的趋势。(2)含水率和干密度的交互作用对土壤粘聚力c值有显著影响,粘聚力c值在1.3-1.7g/cm₃干密度范围内随着干密度的增大而增大,且每一个干密度都有一个含水率与之对应,在这样一个交互作用下粘聚力c值达到最大,含水率和干密度的交互作用对内摩擦角φ值影响相对较小,同一干密度下,其φ值差异不大,随干密度的增大缓慢增大。(3)3种土壤的粘聚力c值均随干湿循环次数的增加均呈减小趋势,且前两次循环c值衰减幅度都很大,从第三次干湿循环到第五次干湿循环粘聚力c值衰减幅度很小,趋于稳定。(4)3种土壤在干湿循环后内摩擦角φ值总体呈减小趋势,但不同土壤类型间存在差异,第五次循环结束后,黄壤为24.6?,中性紫色土为22.6?,钙质紫色土为19.3?。     

环模制粒粉体旋转挤压成型扭矩模型构建及试验

环模制粒成型技术以其高效率、高成型率、低污染等优点广泛应用于饲料机械、生物质能源机械、化工、制药等领域,而环模制粒过程扭矩模型的缺失已成为制约制粒技术发展的瓶颈之一。该文旨在通过理论分析、数值模拟与试验研究,建立粉体旋转挤压制粒成型过程精确扭矩模型,为粉体旋转挤压制粒成型装备的节能降耗及优化设计奠定理论基础。针对各向同性粉体物料,基于微单元受力分析及广义胡克定律,建立了旋转挤压制粒成型过程中模孔不同深度位置挤压压强的计算公式;基于DPC模型及实际辊轧工艺,建立了旋转挤压成型过程有限元分析模型,进行了压紧区应力分析;基于有限元模拟分析结果,设定变形压紧区的压强分布为二次曲线,建立了变形压紧区、挤压区的压强分布模型;最后建立了粉体旋转挤压制粒成型扭矩模型。以无线扭矩测试系统及环模制粒机为试验平台进行了鸡饲料的环模挤压制粒试验,求解得到了所有模型常量。设计了9组扭矩测试试验进行模型验证,测试结果与理论计算对比表明,试验值与计算值差距较小,最大计算误差仅为2.6%,这反映出建立的模型正确有效,对指导环模制粒机结构优化与节能降耗具有重要的意义。     

苜蓿草粉对45#钢磨损性能的影响

以苜蓿草粉为磨料在磨料磨损试验机上采用二次正交旋转回归试验法分析了磨料粒度、转速和载荷3个条件因素对45#钢磨损量的影响规律,确定了磨损试验的最佳条件。在该条件下考察了苜蓿草粉对2种不同热处理的45#钢的软磨料磨损行为,用扫描电子显微镜对磨损表面形貌进行观察。结果表明,影响45#钢磨损性能的3因素由大到小依次为转速、磨料粒度和载荷;亚温淬火比退火的45#钢的耐磨性好;苜蓿草粉磨料对45#钢表面的磨损是软、硬磨料共同作用的结果。退火45#钢的软磨料磨损以多次塑性变形萌发的低周期疲劳剥落为主要磨损机制,淬火45#钢则以显微切削为主要磨损机制。     

立式环模秸秆压块成型机作业参数优化

针对秸秆压块成型燃料生产过程中,由于作业参数不当造成的生产率低、成型燃料质量低、能耗高等问题,以玉米秸秆为原料,通过正交试验,研究原料的粒度、含水率及压块机模辊间隙3种工艺参数的不同组合对生产率、压块燃料成型率、密度、机械耐久性及吨产品能耗的影响。结果表明：从提高成型燃料质量方面来考虑,最佳工艺参数组合为原料粒度为10～20 mm、含水率为15%、模辊间隙为2 mm,从提高生产率和降低吨产品能耗方面来考虑,最佳工艺参数组合为原料粒度为10～20 mm、含水率为20%、模辊间隙为2 mm。在实际使用中,根据压块燃料成型率、密度和机械耐久性的质量要求,在能达到使用要求的情况下,可在含水率10%～20%的范围内,适当提高含水率,有利于提高生产率和降低吨产品能耗。     

含水率对草坪草常温开模成型的影响

为研究含水率对草坪草常温成型的影响规律,对草坪草修剪剩余物进行了不同含水率不同锥度模具的成型试验。结果在同一锥度模具下,随着含水率的增加,成型块密度都是由小变大再变小;含水率不变的情况下,随模具锥度增大长度减小成型块密度降低;在原料含水率11%、模具锥度25°时,成型块密度达到最大值1.10 g/cm3;原料含水率在20%及以上时,挤出的压块密度都在0.9 g/cm3以下,成型效果差或不成型。研究表明：随着生物质原料含水率增加,常温成型块密度和压缩力的变化趋势一致,都是由小变大再变小。     

水稻秸秆压块热值模型构建及其影响因子相关性分析

为建立水稻秸秆压块热值预测模型和高品质燃料压块挤压成型提供理论依据,该文以9JYK-2000A型环模式成型机生产的水稻秸秆压块作为试验样本,并以密度、含水率、挥发分为影响因素,以压块的低位热值和高位热值为试验指标进行试验研究。试验采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合设计试验方法,利用Design-Expert8.0.6软件回归分析法和响应面分析法,建立了3个因素对热值影响的数学模型,对所建立的数学模型进行了试验性验证,其误差范围小于5%。试验分析表明：各因素对低位热值的影响顺序依次是：密度＞含水率＞挥发分,对高位热值的影响顺序依次是：密度＞挥发分＞含水率;密度是1.39 g/cm3,含水率为13.68%,挥发份为0.76,可达最佳低位热值2849.45 kcal;最佳高位热值的模型指标为：密度为0.92 g/cm3,含水率为23.21%,挥发分为0.75,可达最佳高位热值4313.54 kcal。最佳综合热值模型的指标为：密度为1.18 g/cm3,含水率为11.78%,挥发分为0.78,水稻秸秆压块的低位热值为2830.48 kcal,高位热值为4488.05 kcal;密度为1.43 g/cm3,含水率为14.84%,挥发分为0.80,水稻秸秆压块的低位热值为2851.08 kcal,高位热值为4480.91 kcal。     

肉羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料加工工艺参数优化

针对肉羊羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料生产过程中,由于作业参数不当造成的生产率低、成型颗粒质量差、能耗高等问题,以麦秸秆、玉米粒为主要试验材料,以原料精粗配比、物料含水率和喂料速度为试验因素,以颗粒饲料的密度、成型率、粉化率、纯工作小时生产率及吨产品能耗为试验指标,对肉羊羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料加工工艺进行了试验研究。通过物料含水率、原料精粗配比、喂料速度对颗粒饲料成型效果影响的单因素试验,在满足行业标准要求的密度、成型率、粉化率数值基础上,确定了各因素合适范围;采用正交试验法、极差法、方差法及综合平衡法,试验分析了3因素对各项指标影响的显著性及主次顺序,确定了肉羊羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料部分加工工艺的最优参数组合A_3B_1C_3。试验结果表明:在原料精粗配比4∶6,物料含水率17%,喂料速度500 r/min时,颗粒密度为1 116.48 kg/m~3,成型率为99.51%,粉化率为7.36%,纯工作小时生产率达到716 kg/h,颗粒密度符合国家行业标准要求,成型率与纯工作小时生产率达到最高,粉化率虽然不是最低,但完全符合标准要求。研究结果为肉羊羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料的生产加工提供参考数据。     

挤压参数对组织化大豆蛋白持水性的影响

试验以脱脂低温豆粕为原料,以德国布拉本德双螺杆挤压实验室工作站（DSE-25型）为设备,研究了挤压温度、物料含水率以及螺杆构型对产品持水性的影响。结果表明：物料含水率和螺杆构型对产品持水率有极显著影响（p〈0.01）;挤压温度对产品的持水率没有显著影响;挤压温度、物料含水率和螺杆构型对产品吸水率有极显著影响（p〈0.01）。影响产品持水率程度的大小顺序为物料含水率、螺杆构型、挤压温度;影响产品吸水率程度的大小顺序为螺杆构型、挤压温度、物料含水率。产品吸水率随着挤压温度的升高而增加。产品的持水率和吸水率随着物料含水率的提高先增加,随后略有降低。与配备输送元件的构型相比,配备反向元件、齿型盘和捏合块的构型显著增加了产品的持水性。工艺参数和螺杆构型对大豆组织化蛋白的吸水率的影响相对较大,对持水率影响相对较小。产品良好的组织结构是提高产品持水性的必要条件。     

水葫芦颗粒燃料成型工艺优化

为了提高水葫芦颗粒燃料的成型品质,该文对水葫芦颗粒燃料的致密成型工艺进行了试验研究,分析了加工压力、温度、原料含水率和粉碎粒度与水葫芦颗粒燃料的颗粒密度和径向抗压力的关系。单因素和多因素正交试验研究结果表明:影响水葫芦颗粒燃料的颗粒密度的主次工艺参数排序为:压力粒度温度含水率;工艺参数温度、压力和粒度的对水葫芦颗粒燃料的径向抗压力的影响差别不大,而原料含水率的影响最小。水葫芦颗粒燃料的最佳工艺参数条件为:压力6 k N、温度100℃、含水率12%、粒度0.58 mm,在此最佳工艺参数条件下,水葫芦颗粒燃料的颗粒密度和径向抗压力可分别达到1 362.21 kg/m3和1.44 k N。研究结果为工业化生产高质量的水葫芦颗粒燃料提供理论依据。     

饲料用秸秆丝化多频快速压缩成型工艺参数优化

为了进一步探明丝化后干玉米秸秆压缩成型的最佳工艺参数,利用WDW-200微机控制电子式万能试验机,以秸秆含水率、最大压缩力(能够压缩成型的最小压缩力)、压缩次数和压缩速度为影响因子,对饲料用玉米秸秆丝化后压缩成型块的松弛比进行了二次回归旋转组合试验研究。建立并分析了4个影响因子对玉米秸秆丝化压缩成型松弛比的回归模型,并进行了验证试验。结果表明:丝化后玉米秸秆压缩成型最佳工艺条件为:含水率为7.8%~18.3%,能够成型的最小压缩力为6.22 MPa,压缩次数为2~6次,压缩速度为128~337 mm/min。在此工艺条件下,干玉米秸秆丝化压缩成型的松弛比在1.2和1.5之间,均能满足实际生产中较低能耗与生产质量的要求。该试验对压缩工艺的优化、压缩设备的研制和了解压缩成型后产品的特性具有参考意义。     

采用高速摄影技术测定油葵籽粒三维碰撞恢复系数

为了建立油葵籽粒在收获、输送等机械化生产环节中与机具零部件间作用的碰撞模型。该文基于镜面反射原理和运动学原理,设计了模拟三维空间坐标系的油葵籽粒碰撞恢复系数测定装置。选取新疆收获期矮大头DW667品种油葵籽粒作为研究对象,借助高速摄影技术,记录油葵籽粒在空间碰撞运动中的三维动态坐标。针对影响油葵恢复系数的因素:碰撞材料、下落高度、碰撞角度、碰撞部位、材料厚度和含水率等开展了单因素试验和正交试验研究。单因素试验结果表明,油葵籽粒与Q235、铝合金、有机玻璃、橡胶等碰撞材料之间恢复系数依次减小;油葵籽粒与Q235之间恢复系数,随碰撞角度的整体变化趋势是随碰撞角度增加而增大,随着下落高度的增加而减小,随着材料厚度的增加而增大,随着含水率增大而降低,且在碰撞部位试验中,籽粒上侧与碰撞材料碰撞恢复系数最大。建立了下落高度、碰撞角度、材料厚度、含水率与恢复系数的回归方程,且方程的决定系数均大于0.95。正交试验结果表明,影响恢复系数各因素的次序为:碰撞材料>碰撞部位>下落高度>碰撞角度>材料厚度>含水率,其中碰撞材料、下落高度、碰撞角度、碰撞部位影响极显著,材料厚度、含水率影响显著。对比试验结果表明:基于古典牛顿法求解的恢复系数值小于能量角度求解的恢复系数值;三维碰撞法比二维碰撞法求解的恢复系数值高。验证试验结果表明:三维碰撞法计算出的预测反弹高度值更接近油葵籽粒实际反弹高度值。该研究结果可为油葵机械化生产关键部件优化设计提供参考以及为农业物料参数求解提供新的思路。     

完整稻秆卷压过程应力松弛试验

为深入研究完整稻秆在卷捆压缩过程中的流变特性,该文利用自制的钢辊式圆捆机卷压试验台进行了完整稻秆卷压过程应力松弛试验研究。选择稻秆含水率、草捆干物质质量、卷捆钢辊转速、稻秆喂入速度为试验因素,并以应力松弛时间和平衡弹性模量作为应力松弛特性评价指标,进行4因素5水平正交旋转组合试验。结果表明:完整稻秆卷压过程应力松弛模型可用1个Maxwell单元和1个弹簧并联组成的三元件方程表示;各因素对应力松弛时间贡献率排序依次为稻秆含水率、草捆干物质质量、稻秆喂入速度、卷捆钢辊转速;对平衡弹性模量贡献率排序依次为草捆干物质质量、稻秆含水率、稻秆喂入速度、卷捆钢辊转速;当稻秆含水率为65%、草捆干物质质量为17 kg、卷捆钢辊转速为257 r/min、稻秆喂入速度为1.6 kg/s时,应力松弛时间和平衡弹性模量可分别达最佳值17.08 s和4.01 k Pa。试验结果可为圆型打捆机对完整稻秆的卷压工艺优化及其压缩机理分析提供必要的理论与技术支持。     

模拟沟灌条件下辽西褐土产流起始时间的影响因素

[目的]明确不同坡度、容重、含水率、灌水量对辽西褐土沟灌侵蚀产流起始时间的影响,以减少褐土沟灌侵蚀,指导农田灌溉。[方法]采用正交设计进行了室内模拟垄沟冲刷试验,采用4因素3水平的响应曲面分析法建立产流起始时间、侵蚀量的二次多项式数学模型。[结果]产流时间都在20.05s之内,最小的为3.03s;产流起始时间、侵蚀量的二次多项式数学模型决定系数R2分别为0.998 9和0.999 2。[结论]坡度、灌水量、土壤容重、土壤含水率与产流时间呈负相关关系,对产流时间有着显著影响,且灌水量坡度土壤含水率土壤容重;试验中建立的二次多项式数学模型拟合效果良好。通过数值计算,提出不同坡度下满足侵蚀量最小时的灌溉模式。     

蛋白原料及其混合粉料理化性质对颗粒饲料加工质量的影响

该研究旨在探究豆粕、棉粕、菜粕、酒糟蛋白(Distillers Dried Grains with Solubles,DDGS)、乙醇梭菌蛋白5种蛋白原料及其混合粉料的营养指标和理化性质的差异,确定影响颗粒饲料质量和制粒能耗的关键指标,对5种蛋白原料的制粒效果进行综合评价。以豆粕为对照组,仅改变蛋白原料,采用相同的加工参数制备颗粒饲料,比较不同蛋白原料的制粒效果,进行主成分分析及偏最小二乘回归分析(Partial Least Squares Regression,PLS)。结果表明:在原料营养指标和理化特性方面,乙醇梭菌蛋白具有高蛋白含量、高蛋白溶解度、低脂肪、低纤维的特点,棉粕具有高纤维的特点,菜粕具有高纤维和低蛋白溶解度的特点,DDGS具有低蛋白和高脂肪的特点。蛋白原料吸水性强弱排列顺序为乙醇梭菌蛋白、豆粕、棉粕、菜粕、DDGS,水溶性与之相反。乙醇梭菌蛋白组和棉粕组的制粒能耗较高,豆粕组的制粒能耗最低;棉粕组和乙醇梭菌蛋白组的修正耐久性(Modified Pellet Durability Index,MPDI)较高分别为92.72%和90.57%,菜粕组的MPDI最低为79.68%;乙醇梭菌蛋白组的硬度最高为130.95N,DDGS组的硬度最低为74.26N;乙醇梭菌蛋白组的糊化度最高为45.56%,DDGS组的糊化度最低为31.36%。通过偏最小二乘回归模型得到,蛋白含量、蛋白溶解度和吸水性的增加会提高颗粒饲料硬度、PDI和MPDI;粗纤维含量、蛋白溶解度和吸水性的增加会增加制粒能耗。综合分析5种蛋白原料制粒特性,由高到低排序为乙醇梭菌蛋白、棉粕、豆粕、菜粕、DDGS。研究结果为实际生产颗粒饲料时蛋白原料的选择提供参考依据。     

苜蓿秸秆压缩仿真离散元模型参数标定

为了提高苜蓿秸秆压缩过程中离散元仿真研究所用参数的准确度,该研究采用物理试验和仿真优化设计相结合的方法对离散元仿真参数进行标定。首先,以接触参数物理试验结果为仿真参数选择依据,利用Plackett-Burman试验对初始参数进行显著性筛选,方差分析结果表明,苜蓿秸秆-苜蓿秸秆静摩擦系数、苜蓿秸秆-苜蓿秸秆滚动摩擦系数、苜蓿秸秆-45钢静摩擦系数对仿真休止角影响显著。进一步以休止角的相对误差值为评价指标,对3个显著性参数进行最陡爬坡试验,优化显著性参数取值范围,并基于Box-Behnken试验建立休止角与显著性参数的二阶回归模型,以物理试验得到的38.88°休止角为目标值,对显著性参数进行寻优,得到最优组合:苜蓿秸秆-苜蓿秸秆静摩擦系数为0.45、苜蓿秸秆-苜蓿秸秆滚动摩擦系数为0.08、苜蓿秸秆-45钢的静摩擦系数为0.54。最后利用T检验得到P0.05,表明仿真休止角与物理试验值无显著性差异,验证了最优参数组合的可靠性。研究结果表明,应用上述各优化试验来标定离散元仿真参数是可行的,同时标定的参数可为苜蓿秸秆的其它仿真试验提供参考。     

畜禽粪污固液分离机断齿螺旋脱水装置运行参数优化

固液分离是畜禽粪便后续处理利用的重要环节,针对现有固液分离机处理高浓度粪污混合物存在效率低、分离效果差等问题,该文设计了一种断齿螺旋脱水装置,以高浓度猪粪为试验对象,采用Box-Benhnken中心组合试验对断齿螺旋脱水装置的工作参数进行了优化试验,以螺旋转速、间断距离、配重位置为影响因素,以分离效率和挤出物含水率为目标函数,建立了影响因素与目标函数之间的多元数学回归模型。通过试验并结合生产实际,最终获出最佳工作参数组合为:间断距离37 mm,转速56 r/min、配重块处于配重杆309 mm位置处(相对位置),此时分离效率为5.43 m3/h,挤出物含水率为53.52%,试验结果与理论优化值间的误差小于10%,最优参数组合下固体回收率实测值为54.91%,表明该文得出的多元数学回归模型与真实值间的拟合度较高,可为高浓度粪污混合物固液分离机的设计与应用提供参考。