棉秆切碎粒度对其压缩成型影响的试验研究

棉秆是一种富含韧皮纤维、木质化程度较高的硬茎秆。棉秆压缩成型可以制作高热值的燃料块,但是必须切碎才有利于成型。研究棉秆切碎粒度对压缩成型的影响规律,可以有效解决棉秆燃料块品质和棉秆切碎能耗之间的矛盾,为棉秆压缩成型的工艺和设备提供一定的研究基础。采用CSS-44000电子万能试验机对不同切碎粒度的棉秆进行压缩成型试验研究,结果表明:在相同的最大压缩密度条件下,粗粒度棉秆所需压缩力最大;相同条件下,棉秆成型块经过应力松弛后,粗粒棉秆的松弛密度最小,松弛比最大。     

玉米秸秆成型块微观结构研究

影响玉米秸秆固化成型的工艺因素包括成型压力、温度及含水率等,成型块的微观结构对其宏观性能具有重要意义。利用电子立体显微镜观察玉米秸秆固化成型后的颗粒物料之间的结合方式和显微形貌,从微观角度研究成型工艺参数与成型块微观结构的关系。结果表明,玉米秸秆成型块颗粒之间主要以机械镶嵌、天然粘结剂粘结的形式结合。在成型压力60~90MPa,物料温度75~100℃,含水率8%~16%的成型条件下,制得的玉米秸秆成型块内部颗粒结合紧密,机械镶嵌作用明显,对应得到的成型块物理品质和力学性能较好。     

秸秆固化成型工艺对成型块品质的影响

以玉米秸秆为研究对象,采用自制秸秆固化成型设备生产成型块,分别考察成型压力、加热温度及物料含水率对成型块物理品质和力学性能的影响,引入轴向位移、径向峰值位移、峰值压力和名义应力等概念衡量成型块的力学性能.研究表明:成型压力、温度及物料含水率对成型块的松弛密度、抗变形性和抗渗水性影响显著,当压力在60～90 MPa,加热温度在75～100℃,物料含水率在8%～12%时,可以生产出性能优良且便于储运的成型块.     

棉秆起拔力关键因素的研究及试验

棉秆起拔力是设计棉秆拔秆收获机械的一个重要指标参数。为了研究收获期的棉秆高度、棉秆直径、土壤含水率、土壤坚实度等因素对棉秆起拔力的影响,在新疆农垦科学院的试验田进行了棉秆起拔力的测试试验,采集了其中5块试验田棉秆起拔力、棉秆直径、土壤坚实度、土壤含水率和棉秆高度的数据。试验结果表明:在已测得5块试验田的数据中,第3组棉秆起拔力最大,单株棉秆最大起拔力为821.1 N,平均起拔力为534.49N;第2块试验田的棉秆起拔力最小,单株棉秆最大起拔力为7 2 6.1 N,棉秆平均起拔力为473.62 N。对已获取的5块试验田数据做的回归分析表明:同一块试验田的棉秆起拔力与棉秆直径成正相关关系;土壤含水率越高,起拔力越小;土壤紧实度越大,起拔力越大;棉秆高度与棉秆直径成正比。     

棉秸秆力学特性和拉拔阻力研究

棉秆力学特性是研究棉秆收获机械的理论基础。为此,通过采集不同时期的棉秆,测定力学性能和物理性能;通过典型相关性分析,研究棉秆的物理性能与力学特性的关系;采用线性回归模型分析棉秆起拔力、土壤紧实度、棉秆直径及棉秆含水率的关系,对模型进行优化并建立棉秆的起拔力模型。试验结果表明:抗拉强度在含水率最高为61%时达到最大值37.65MPa,当含水率在在15%～50%之间,棉秆的抗拉强度变化不大,平均抗拉强度集中在21.5～25.8MPa之间;对于抗弯强度,在含水率在为15%时达到最高值33MPa,当含水率在25%～55%之间,棉秆的抗弯强度变化不大,平均抗弯强度集中在23.5～27MPa之间;对于棉秆起拔力,在土壤紧实度为最低的3.3kg/cm时达到最小值340.7N,棉秆的起拔力随着土壤紧实度的降低而减小。通过典型相关性分析可知:棉秆的弯曲破坏载荷及拉伸破坏载荷与棉秆的直径和棉秆的含水率都有着显著的相关性,且棉秆直径对弯曲和拉伸破坏载荷的影响远大于含水率对棉秆拉伸和弯曲破坏载荷的影响;含水率与棉秆的抗拉强度呈正相关,与抗弯强度呈负相关。对棉秆的起拔力与棉秆含水率、棉秆直径及土壤紧实度进行多元回归分析,得到棉秆起拔力与棉秆直径以及土壤紧实度的模型为y=-111.73707+45.39254x_1+23.89125x_2,其拟合优度为0.81,可用于对棉秆起拔力的预测和拔棉秆机的设计研究。该研究对于推进棉秆机械化回收发展具有重要的指导意义。     

移动式致密成型机秸秆含水率控制系统研究

针对秸秆致密成型机田间作业时因秸秆含水率较低而导致秸秆颗粒裂纹较大、品质差、成型率低等问题，构建了含水率控制模型，提出了一种基于SSA-Smith-LADRC的致密成型机秸秆含水率控制系统。该系统采用Smith预估器解决时滞问题，同时采用麻雀搜索算法(SSA)优化线性自抗扰控制器(LADRC)参数，达到含水率的精准调控。仿真试验表明：SSA-Smith-LADRC控制无超调，调整时间为1.53 s,含水率控制系统稳定后，受干扰恢复的时间为0.62 s,再次恢复稳态后，无振荡现象。场地试验表明：系统无超调，最大误差为2.0%,平均误差为1.5%。田间试验表明：正常作业不进行秸秆含水率调控时，秸秆颗粒成型率较低，为62.4%;人工经验控制秸秆含水率时，含水率误差变化较大，平均误差为9.83%,成型率为82.1%;含水率控制系统调控时，含水率变化的平均误差为2.82%,成型率为93.4%;SSA-Smith-LADRC相比于Smith-PID,调整时间缩短4.05 s,超调量缩小86.5%,最大误差缩小42.0%,最小误差缩小50.8%,均方差缩小60.2%。本文提出的含水率调控系统，可有效...     

秸秆多级连续冷辊压成型参数优化与试验

为得到秸秆多级辊压成型机压缩较低含水率玉米秸秆时的最优成型参数,探索成型参数对成型结果的影响规律,基于Design-Expert BBD（Box-Behnken Design）试验设计方法及原理,以玉米秸秆含水率、玉米秸秆破碎长度和成型机末级辊转速为试验因素,以成型块回弹率、密度和成型能耗为试验指标,采用三因素三水平响应面分析方法,分别建立了各因素与成型块回弹率、密度、成型能耗之间的数学模型,并分析了各因素显著交互作用对试验指标的影响规律。结果表明：成型机在压缩玉米秸秆时,各试验因素对成型块回弹率的贡献率从大到小依次为：末级辊转速、破碎长度、含水率;各试验因素对成型块密度的贡献率从大到小依次为：破碎长度、末级辊转速、含水率;各试验因素对成型能耗的贡献率从大到小依次为：末级辊转速、破碎长度、含水率。在末级辊转速为1.07r/min,含水率为21.5%~25.0%,破碎长度为64~108mm时,可获得成型块回弹率小于7.0%,成型块密度大于350kg/m3,成型能耗小于16.0kW·h/t;参数优化得到最优成型参数为：含水率24.26%、破碎长度73.25mm、末级辊转速1.07r/min,此时成型块回弹率为6.32%,成型块密度为375.6kg/m3,成型能耗为15.89kW·h/t。 研究结果可为秸秆多级连续冷辊压成型提供理论依据和技术支撑。     

棉秆起拔力关键因素的研究与试验

棉秆起拔力的研究为设计棉花拔秆收获机械提供了一个重要参数依据。对棉秆起拔力的影响因素主要有棉秆直径、土壤含水率及起拔角度等因素。试验地点在新疆库尔勒尉犁县的试验田中进行,棉秆品种为新陆早45号,以棉秆直径和土壤含水率为影响因素进行单因素试验。分别在土壤含水率为25.3%、21.2%、15.8%,起拔角度为30°、45°、60°,起拔线速度为114.9、153.4、192.1mm/s条件下,进行三因素的试验组合。试验结果表明:随棉秆直径变大,棉秆起拔力呈上升趋势。组合试验结果显示:起拔角度对棉秆起拔力影响最为显著,土壤含水率比棉秆的起拔线速度影响显著;试验范围内的最佳起拔角度为30°,最佳含水率为25.3%,最佳起拔线速度为192.1mm/s。试验研究结果可以为棉秆机械收获机构的设计提供参考,也可作为棉秆力学研究的试验装置。     

国槐、海棠和向日葵农林废弃物热压成型工艺优化

为找出国槐、海棠和向日葵农林废弃物热压成型固体燃料最优成型工艺参数，为生物质固体燃料生产提供理论依据，通过单因素试验设计，研究了颗粒度、含水率、压力和温度对国槐、海棠和向日葵热压成型固体燃料密度的影响。同时利用Taguchi法分析了国槐、海棠和向日葵固体燃料的最优成型条件及各因素对燃料密度影响的主次顺序。研究结果表明，国槐、海棠固体燃料成型的最优条件均为颗粒度0.63～1.25 mm，含水率5%，温度130 ℃，压力100 MPa；向日葵固体燃料成型最优条件为颗粒度0.16～0.63 mm，含水率6%，温度140 ℃，压力120 MPa。在最优条件下，国槐、海棠和向日葵固体燃料的密度分别为1.153、1.111和1.108 g/cm3。颗粒度、含水率、温度和压力对3种物料固体燃料密度均有显著效果，含水率对国槐、海棠和向日葵固体成型密度的贡献率分别为69.06%、69.15%和53.72%，远高于其他因素的贡献率；压力（18.42%、11.99%和33.27%）次之；国槐、向日葵温度（7.54%、9.47%）较颗粒度（0.67%、2.01%）贡献率高，海棠温度（2.67%）较颗粒度（12.13%）贡献率低。因此，含水率是国槐、海棠和向日葵农林废弃物固体燃料成型的主要影响因素，实际生物质燃料生产中，必须注意含水率的控制。      

中药渣类生物质液压成型影响因素分析

以感冒清热颗粒中药渣为原料,采用液压成型机实验平台,试验研究原料含水率、原料粒度等因素对成型特性和吨能耗的影响。结果表明:松弛密度、抗跌碎性随原料含水率的增加呈现先增大后减小的变化趋势,成型吨能耗随着含水率的增加逐渐降低;随着原料粒度的不断增大,松弛密度不断减小,吨能耗不断上升,抗跌碎性呈现先升高后降低的变化趋势。经过综合分析可知:当含水率在12%~14%、粒度在2~5mm范围内时,中药渣容易压缩成型,成型块的抗跌碎性大于95%,松弛密度在1 g/cm3以上,生产过程中所需能耗较低。     

稻草、玉米芯调理牛粪堆肥成型育苗基质试验

以稻草和玉米芯为调理料,分别与主体原料牛粪按质量比1∶4混合堆沤腐熟后获得牛粪稻草基质和牛粪玉米芯基质,以这2种基质为原料进行压缩成型试验,探讨了土壤添加量、原料含水率、成型压力以及成型温度等操作因素对基质块成型品质的影响及作用规律。结果表明:牛粪稻草和牛粪玉米芯2种基质块的抗跌碎能力基本持平,其中牛粪稻草基质块的容重较大,吸水性和保水能力更强;添加土壤对2种基质块的抗破碎能力均有一定的提高,但不添加土壤2基质块也具有良好的抗破碎能力,能满足育苗过程对其机械强度的要求;适宜的原料含水率、成型压力和成型温度范围为10%~15%、10~15 k N和80~120℃。     

棉秆结构组成与横纹抗压强度的关系

为了有效开发利用棉秆资源,测定了不同直径、不同离地高度、不同蒸煮温度及不同含水率棉秆的横纹抗压强度和结构组成,结果表明:棉秆的表皮所占质量比为22.77%～36.57%,木质部为56.72%～77.02%,髓芯为0.14%～6.7%;测得棉秆的横纹抗压强度在11.69～3.15MPa之间,并随着直径的增加而增大,随着离地高度、蒸煮温度和含水率的增加而减小.这一结果为棉秆碾压梳解机的设计提供了基础数据.     

不同添加剂油茶壳炭粉成型性能与燃烧特性研究

以油茶壳炭粉为原料,纤维素和氧化淀粉为添加剂,采用万能试验机研究成型温度、成型压力、原料含水率对燃料成型品质的影响。研究发现,成型温度在60~100℃时成型燃料的品质较好,提高成型温度对燃料的松弛密度影响不明显,但比能耗增加,对径向抗压强度影响与添加剂种类有关。提高成型压力,成型燃料的松弛密度、比能耗和径向抗压强度都随之增大,成型压力在6~8 k N时成型燃料品质较好。提高原料含水率对降低能耗有显著作用,但原料含水率过大不利于成型,原料含水率在15%~20%时成型燃料品质较好。对成型燃料燃烧特性研究发现,纤维素和氧化淀粉的加入,着火温度能分别降低至362.5℃和324.5℃,添加氧化淀粉后燃料品质和燃烧特性最好;添加纤维素的混合成型燃料热值降低更少,且品质受成型因素影响较小。     

对辊柱塞式成型机成型参数优化

为寻求对辊柱塞式成型机锯末制粒时的最优成型参数,探索成型参数对成型结果的影响规律,以锯末含水率、成型模具长径比和主轴转速为试验因素,以成型颗粒密度和成型机生产率为试验指标,基于Design-Expert BBD(Box-Behnken Design)试验设计方法对试验数据进行了处理和分析,建立了试验因素对试验指标的回归方程。结果表明:对辊柱塞式成型机采用锯末为原料制粒时,最优成型参数为:含水率15.5%、成型模具长径比5.3、主轴转速47.25 r/min。在此条件下,成型颗粒密度和成型机生产率分别可达到1.17 g/cm3、75 kg/h;各试验因素对成型颗粒密度的贡献率从大到小依次为:成型模具长径比、主轴转速、含水率,各试验因素对成型机生产率的贡献率从大到小依次为:含水率、成型模具长径比、主轴转速;成型颗粒密度试验值与预测值最大相对误差为0.426%,成型机生产率最大相对误差为2.733%,吻合程度较高。     

稻壳热压成型工艺参数试验

采用四元二次回归正交旋转试验和响应面分析方法,并利用SPSS 11.5和Matlab 7.1软件研究了成型压力、加热温度、含水率和粘结剂添加量对稻壳成型块松弛密度的影响,建立并分析了稻壳成型块松弛密度的数学模型.结果表明,4个因素对稻壳成型块松弛密度影响次序为:加热温度、含水率、成型压力、粘结剂添加比,最优组合为成型压力10 MPa,粘结剂添加比3.5∶1,含水率16%,加热温度100℃,此时成型物松弛密度为0.945 g/cm~3,该密度可以满足成型要求,所得回归方程显著,拟合情况良好.     

棉秆拔取力测试装置正交优化分析研究

针对目前我国棉秆资源利用率低下、棉秆回收机械急需深入发展研究等问题,设计了一种移动式棉秆拔取力学参数性能测定装置。在静置状态以土壤含水率、起拔角度和起拔线速度为影响因素,利用Design Expert软件设计三因素三水平试验,结果表明:棉秆起拔角度、土壤含水率、起拔线速度的P-vaule分别为0.00539、0.01949、0.02759,均小于0.05。极差分析表明:棉秆的影响因素由大到小的次序为起拔角度、土壤含水率、起拔线速度。大田试验结果表明:棉秆测力装置最佳的起拔条件为线速度119.2mm/s、土壤含水率25.3%、棉秆的起拔角度30°,此时平均起拔力为363N。该装置可为棉花秸秆收获机械的研究提供依据及试验参考。     

油茶壳连续热解炭粉成型及其燃烧特性研究

以油茶壳炭粉为原料,纤维素和氧化淀粉为添加剂,采用万能试验机研究成型温度、成型压力、原料含水率对燃料成型品质的影响。研究发现成型温度在60～100℃时成型燃料的品质较好,成型温度提高对燃料的松弛密度影响不明显,但比能耗增加,对径向抗压强度影响与添加剂种类有关。提高成型压力,成型燃料的松弛密度、比能耗和径向抗压强度都随之增大,在6～8k N压力下成型后燃料品质较好。提高含水率对降低能耗有显著作用,但含水率过大将不利于成型,控制在15%～20%时成型燃料品质较好。对成型燃料燃烧特性研究,发现纤维素和氧化淀粉的加入能降低着火温度分别至362.5℃和324.5℃,添加氧化淀粉后燃料品质和燃烧特性最好;但添加纤维素的混合成型燃料热值降低更少且品质受成型因素影响较小。     

秸秆多级连续冷辊压成型试验研究

为了研究秸秆多级连续冷辊压成型方法的可行性,设计并试制了样机,采用正交试验方法,以玉米秸秆含水率、秸秆破碎方式、破碎长度、喂料方式为试验因素,以成型块回弹率、密度、坚实度为试验指标,进行了四因素三水平正交试验研究,研究试验因素对试验指标的影响。试验表明,交叉铆固的喂料方式最能限制成型块的回弹;成型块密度主要受破碎方式的影响,受破碎长度的影响较小;成型块坚实度主要受破碎方式的影响,受含水率的影响较小。通过综合分析确定该成型机的较优成型参数为：秸秆含水率20%,破碎方式为揉搓破碎,破碎长度80mm,喂料方式为交叉铆固。在较优成型参数下进行试验,测试秸秆多级辊压成型机的性能指标,结果表明,该成型机生产的玉米秸秆成型块的回弹率为7.26%,成型密度为363.28kg/m3,坚实度为90.23%。本研究可为生物质常温致密成型技术及其设备的研发提供参考。     

环模旋转秸秆成型机的结构设计与试验研究

本试验采用自主研制的环模旋转秸秆成型机,进行了秸秆成型块加工的试验研究。通过分析秸秆含水率与成型块密度、生产率、成型率和单位能耗的关系,找出了环模旋转秸秆成型机适合秸秆成型的环模转速、成型腔长度和秸秆含水率的范围,并分析了秸秆成型块的直接生产成本。     

压捆试验平台及其测试系统的设计与试验

为研究在开式压缩过程中,棉秆物理特征参数(棉秆含水率、棉秆切断长度)和压捆机构的工艺参数(棉秆喂入量、压缩活塞频率)与棉秆压捆时的功率消耗、压缩活塞拉压力、压缩室压力和压捆密度的关系,设计了一种基于侧喂入打捆机的压捆试验平台及其测试系统。通过对打捆机的改造,在主轴处添加扭矩传感器、曲柄滑块机构的连杆处添加拉压传感器、压缩室处添加压力传感器,使其能够一次性实时检测棉秆在开式压缩过程中打捆机主要零部件的运动学及动力学参数,并通过数据采集系统将试验数据以Excel表格和波形图的形式保存下来。分别进行单因素和多因素正交试验,单因素试验结果表明:棉秆切断长度为25cm、喂入量为3.5kg/s、压缩频率为90Hz、含水率为30%时,压捆功率消耗、压缩活塞拉压力和压缩室压力相对较小,且压捆密度相对较大。多因素正交试验结果表明:各因素对压缩活塞拉压力和压缩室压力影响最大的是棉秆切断长度,其次为含水率,喂入量和压缩频率对其的影响差不多;各因素对压捆密度影响程度从大到小依次为含水率、棉秆切断长度、压缩频率、喂入量,且当含水率为30%、喂入量为2.5kg/s、压缩频率为90Hz、棉秆切断长度为20cm时,棉秆压捆密度最好。