碎玉米秸秆卷压过程的流变行为试验.pdf

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1、第28卷第18期农业工程学报302012年9月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringV

2、01．28NO．18Sep．2012碎玉米秸秆卷压过程的流变行为试验李汝莘，耿爱军，赵何，包伟，范修文(山东农业大学机械与电子工程学院，泰安271018)摘要：为青贮圆捆打捆机的设计和工艺提供基础的力学数据，需要探明碎玉米秸秆卷压过程的流变规律，在分析卷压成型原理的基础上，搭建了碎玉米秸秆卷压试验台，对碎玉米秸秆进行了卷压试验和应力松弛试验。研究了卷压过程中碎玉米秸秆的流变学特征，采用线性黏弹性理论，构建了伯格

3、斯模型，用残数法对应力松弛曲线进行拟合，获得了应力松弛模型及其参数，计算其决定系数。利用相关公式求解，进一步得到伯格斯模型中的黏弹性参数EI=18．33kPa、kl=994．81kPa、E2=27．64kPa、k2=2342．49kPa。由于黏性系数远大于弹性模量，可以初步判断碎玉米秸秆卷压过程的流变行为偏向于流体，这对于深入研究碎玉米秸秆的卷压工艺，实现工艺和装备的优化设计，具有积极作用。关键词：卷压发动机，流变，应力松弛，碎玉米秸秆doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2012．18．005中图分类号：$226．7+l文献标志码；A文章编号：10

4、02—6819(2012)一18—0030—06李汝莘，耿爱军，赵何，等．碎玉米秸秆卷压过程的流变行为试验[J]．农业工程学报，2012，28(18)：30—35．LiRuxin，GengAijun，ZhaoHe，eta1．Rheologicbehaviorofchoppedcornstalksduringrotarycompression[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2012，28(18)：30—35．(inChinesewithE

5、nglishabstract)0引言玉米秸秆含有丰富的营养物质，在其含水率≥50％时将其揉切成长度为20--一40mm的饲草，经过青贮后作为优质的粗饲料。但是玉米秸秆揉切后过于松散，不便于收集和运输，需要通过压缩打捆提高其密度，才有利于机械化收集和裹膜后在地上青贮。试验已证明，揉切后的玉米秸秆，由于过于细碎而无法将其打成方捆，只能采用卷压方式将其打成圆捆D-2J。以往的研究表明，压缩过程中，物料的流变特性会影响压缩设备的生产率、功耗以及物料的压缩密度和压缩后维持形态的能力等，国内外学者曾对较长的牧草或农作物秸秆(长度≥80mm)进行过方捆“闭式”和“开式”压缩流变学研究

6、【3’5J，而对于碎玉米秸秆(长度为20～40mm)流变特性的研究还未见报道。另外，卷压方式下物料不停地翻滚，承受的是连续载荷，而以往的研究是在静止或阶跃载荷下进行的，物料状态和加载方式均有不同【6’121。因此，根据碎玉米秸秆青贮要求，采用青贮圆捆机卷压打捆的方式，研究碎玉米秸秆的流变行收稿日期：2012．01．19修订日期：2012．07．25基金项目：“十二五”农村领域国家科技计划课题(2011BAD20804．03)作者简介：李汝莘(1955一)，男，博士，教授，从事机械化农业生产工艺与装备研究。泰安山东农业大学机械与电子工程学院，271018。Emaihrxl

7、i@sdau．edu．cn为，获得碎玉米秸秆的本构方程及相应的流变参数，对于分析碎玉米秸秆卷压成型规律、优化卷压设备的结构和工艺，以降低作业功耗、提高成捆率等，具有理论指导意义。1试验设备、材料与方法1．1卷压设备及成型机理试验用天津市尤耐特机械技术有限公司生产的MK5050．G型青贮圆捆机，属外缠绕式，主要由喂入机构、成型室、捆绳店0绳机构、液压油缸、传动系统和离合器等组成。成型室分成前后2部分，中间铰接，后半部分也称为仓门。配套动力为4kW电动机，挤草辊额定转速为360r／min，生产效率为30～50捆／ll，草捆尺寸多52cmx52cm。青贮圆捆机卷压过程可分为2

8、个阶段，第一阶段为草料填充阶段，成型室内草料随挤草辊的转动在不断地积集聚和翻滚(图la)；第二阶段为草料卷压成型阶段，不断喂入的草料充满成型室后，挤草辊对草料产生挤压力和摩擦力，使草料开始转动并且随着草料的连续增多而致密(图lb)。第一阶段物料在成型室内处于松散状态，研究这一阶段物料的流变行为没有意义。在第二阶段，草料的最终成型受到2方面的作用：一是挤草辊的摩擦作用，使草片沿草捆切线方向蠕动，并且由外向内层层包裹；二是挤草辊的挤压作用，使草料向草捆轴心压缩。第18期李汝莘等：碎玉米秸秆卷压过程的流变行为试验31a．物料填充阶段b．卷压成型