狗尾草的压缩打包试验分析

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1、狗尾草的压缩打包试验分析　　0、引言　　我国草物料资源丰富，包括天然的和人工种植的牧草以及农作物残留秸秆等，是一种非常经济实惠的可再生资源，可作为养殖牲畜的饲料或发电厂的原料等，具有很高的经济价值。据统计，我国各类非人工种植的草地面积就达4亿hm2，世界上居第二位。可见，我国草资源非常丰富，潜在非常巨大的经济效益。　　其中，天然草原约有3．6亿hm2，农耕区山坡和丘陵上生长的草资源有0．9亿hm2，滩涂、沼泽草地等约有0．12亿hm2，它们是我国草物料生产的主要场所，是我国畜牧业发展的重要生产资源。　　据不完全估计，全世界每年可产生近20亿t的秸秆，我国年产作物秸秆约6亿t多，占全世界秸

2、秆总产量的20%～30%。这些草资源的利用涉及到了整个农业生态系统中土壤肥力、水土保持、环境安全以及可再生资源有效利用等可持续发展问题。对草物料的合理开发利用不但可以实现可观的经济价值，而且还可以改善人类的生存环境。目前，草物料资源的开发己引起世界各国的普遍关注，并逐步发展成为可持续性农业的重要方面。2013年中央一号文件仍继续关注三农问题，第一次定义了家庭农场的工作模式，激励农民创办家庭农场，这就需要大量的草产品。　　但由于牧草、农作物秸秆等草物料资源都有一个共同的特点，即在自然堆放状态下比较松散、占用空间比较大、密度比较小，导致运输费用高同时不便储藏。所以需要制成草产品，增大草物料的

3、密度，而无论将这类草物料资源开发成成品还是半成品，一般都需要中间的压缩这一环节。压缩是对松散物料施以压力，使其体积减小、密度增大。农业纤维物料属于粘弹性生物物料，其压缩特性必然会对农业纤维物料的压缩工艺、压缩设备和压缩后产品的质量等有影响。因此，弄清这些特性对完善压缩理论及压缩设备的研制、优化尤为重要。本文主要研究压缩的基本规律，最终为压缩设备及压缩工艺的优化提供理论依据。　　1、试验方案　　1．1试验装置的设计　　物料压缩方式分为闭式压缩和开式压缩两种，且我国主要以闭式压缩为主。压捆室为草物料压缩试验台的主要工作部件，一般采用厚板焊合结构。压捆室焊合后，在压缩室全长范围的内侧尺寸偏差不

4、低于GB/T1800．3－1998规定的公差等级IT16，取正值。　　本文根据试验要求，设计了如图1所示的压缩装置。材料为钢材，压缩室的内部截面尺寸设置为230mm230mm，压缩室的高度为350mm，活塞杆的材料为45钢。为了压缩过程的顺利进行，压板与压缩室内壁留有2mm的间隙。　　1．2试验材料和试验设备　　本次试验所用狗尾草皆选自山东青岛(位于北纬35°东经119°附近)，且均已晒干，晒干后的狗尾草含水率在(5±1)%。　　本次试验在Pa，此时狗尾草的体积模量数值也比较小，说明此时狗尾草有很好的可压缩性;当200kg/m3＜ρ＜800kg/m3

5、时，狗尾草所受的压力随压缩密度的增加也迅速增长，说明此时狗尾草的可压缩性在减弱，所需施加的压力也比较大，为0．2MPa＜P＜3．6MPa;当ρ＞800kg/m3时，压力随压缩密度的增加激增，且呈线性关系，所需施加的压力也比较大，P＞0．3MPa。　　　2．4压缩密度与压缩量的关系　　从图6可以看出，狗尾草的压缩密度随着压缩量的增加而不断增加，且压缩密度的增长速率也不断提高，整条压缩密度与压缩量的关系曲线大致可以分为3个阶段:第1阶段，压缩量s＜80mm时，压缩密度呈二次抛物线关系增长;第2阶段，压缩量80mm＜s＜120mm时，压缩密度呈指数关系增长;第3阶段，压缩量s＞120m

6、m时，压缩密度呈二次抛物线关系增长。　　从图6可以看出，密度增长速率随压缩量的变化趋势可以分为两个阶段，缓慢增长阶段和急速增长阶段。缓慢增长阶段(0～110mm)，即压缩量百分比小于90%，随着压缩量的增加，狗尾草的密度增长速率相对比较缓慢，且呈线性关系;急速增长阶段(110～120mm)，即压缩量达到90%以上，随着压缩量的增加，狗尾草的密度增长速率突然快速增加，且亦呈线性关系。　　　2．5贮存时间对压缩密度的影响　　图7显示了压缩力和贮存时间对狗尾草压捆密度的影响。图7为狗尾草在不同最大压缩力下所形成的草捆。统计表明:压缩力和贮存时间对草捆的密度有显著影响(p＜0．001)。无论在压

7、缩室还是移出压缩室，压缩力越大，狗尾草的最高压缩密度越大;同一个草捆从压缩室移出后密度瞬间骤减，原因是从压缩室移出草捆要先移除压缩力，致使压实的物料发生反弹，体积变大、密度变小;草捆移出后随贮存时间的延长，密度仍在不断减小，但20min后草捆开始变得稳定，密度也基本不再变化。由此可以认为，20min后草捆在恒温状态下会变得稳定。这也说明草片的保型性能差，要获得高密度的草捆，需要在压捆压缩力未卸荷时将草捆用绳捆绑打结。　　　图8为狗尾