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。     

生物质颗粒燃料成型的黏弹性本构模型

为研究生物质颗粒成型燃料压缩成型机理,该文用玉米秸秆、花生壳、小麦秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆、木屑等6种生物质原料,采用生物质颗粒燃料成型机进行压缩成型,研究生物质颗粒燃料压缩成型过程,采用黏弹性理论,建立生物质颗粒成型燃料的本构模型,从力学角度提出生物质颗粒成型燃料的压缩成型机理,并研究对比不同种类生物质原料压缩的最大应力与能耗.结果表明,6种生物质原料中棉杆和木屑的最大应力较高,其余4种原料略低;木屑的压缩能耗最高,其次为棉秆、花生壳和豆秸,小麦秸秆和玉米秸秆较小.该研究结论为解决生物质颗粒成型燃料成型加工能耗高,关键部件受力磨损导致寿命低等问题提供一定参考.     

环模式成型机压缩水稻秆成型工艺参数优化

为了确定环模式成型机压缩水稻秸秆最佳的成型工艺参数,该文以水稻秸秆为原料,利用9JYK-2000A型环模式成型机进行压缩成型,寻求工作参数对环模式成型机压缩水稻秸秆成型影响规律和优化工艺参数组合。采用四因素五水平二次回归正交旋转中心组合设计试验方法,以含水率、成型温度、模辊间隙和主轴转速为影响因子,以成型压块的松弛密度和抗破碎性为评价指标。利用Design-expert8.0.6的回归分析法及响应面分析法,建立并分析了4个因子对评价指标影响的数学模型。结果表明：当参数组合含水率为17.5%～27.1%、成型温度为81.9℃～88.1℃、磨辊间隙为2.49～3.78 mm、主轴转速为157.6～186.5 r/min条件下,成型压块的松弛密度大于1.0 g/cm3,成型压块的抗破碎性大于65%;各因素对松弛密度贡献率的主次关系为：主轴转速>磨辊间隙>含水率>成型温度,各因素对抗破碎性贡献率的主次关系为：含水率>主轴转速>磨辊间隙>成型温度。研究可为环模式成型机压缩水稻秸秆成型提供一定理论依据和技术支撑。     

玉米秸秆育苗种坨成型工艺试验研究

秸秆育苗种坨是以玉米秸秆作为主要成分,添加牛粪、无机络合物、聚丙烯酸钠、硫酸亚铁等辅料研磨后作为育苗基质,将种子和基质一次性压制成型,也可将种子种植于种坨种植孔内,在满足种子发芽生长的温度和湿度条件下,育苗后直接移栽的新型块状育苗技术。种坨育苗不仅能够定养定肥、省去配肥加药环节,而且具有直接移栽不伤根、无需缓苗、省去装钵取苗环节等优势,具有良好的经济效益、生态效益。该研究在物料特性分析基础上,分别以物料含水率、压缩比以及压缩速度为试验因素,以抗破坏强度、吸水率、膨胀率为试验指标进行试验研究,分析各因素对育苗种坨成型质量及性能的影响规律。试验结果表明,含水率较优范围18%~22%;压缩比较优范围2.75~3.50;压缩速度较优范围90~130 mm/min。进行三元二次正交旋转组合试验设计,建立含水率、压缩比、压缩速度与吸水率、抗破坏强度、膨胀率等参数之间的数学模型,得到各指标优化参数组合为:含水率为22%,压缩比为2.9,压缩速度为90 mm/min,此时育苗种坨抗破坏强度较强,吸水性能好,膨胀率低。验证试验结果表明:种坨成型质量及性能良好,满足育苗要求,为秸秆育苗种坨成型工艺、成型机械的设计与优化提供了理论依据。     

基于响应面法的玉米秸秆成型工艺优化

为了研究玉米秸秆成型过程中各参数之间的交互作用,获得最佳的工艺参数,该文采用5因素的响应面试验设计研究了原料水分(8%~24%)、温度(50~150℃)、压缩速度(10~50 mm/min)、压力(51.0~127.4 MPa)、保压时间(10~50 s)5个成型参数对玉米秸秆成型颗粒的松弛密度、Meyer强度以及压缩比能耗3个成型技术指标的影响,建立了响应面模型,结合成型燃料标准,获得了最佳的工艺参数,并对优化后的试验参数进行了试验验证。试验结果表明:在选取试验参数范围内,温度、原料水分、压力均会对技术指标产生较大影响;而压缩速度和保压时间所产生的影响相对较小。最优化的工艺参数(压力、温度、水分)为:4 k N(51.0 MPa)、110.8℃、17%,在该参数组合下的验证试验结果为:松弛密度为1031 kg/m~3,Meyer强度为27.1 N/m~2,比能耗为10.03 k J/kg。该研究可为秸秆生物质成型燃料制备产业提供参考。     

秸秆类生物质成型热黏塑性本构模型构建

针对生物质颗粒生产能耗高、效率低的现状,该文从生物质组成角度,特别是木质素特性出发探讨其成型机理。秸秆成型过程由于内摩擦力的作用产生大量热量,温度的上升会造成木质素的软化,木质素的这一变化为纤维颗粒的团聚提供了黏结力。温度和木质素特性对生物质塑性成型性能产生巨大影响,是热黏塑变形过程。为研究生物质内部特性对塑性成型过程的影响,运用内时理论,以玉米秸秆、小麦秸秆和水稻秸秆为研究对象,构建了秸秆类生物质压缩成型内时本构方程。借助黏土流动理论,推导定义生物质黏塑性强化函数和核函数,运用数值分析和试验得出本构方程的系数。与试验数据相比较,基于内时理论的热黏塑性本构模型较好的模拟了生物质塑性流变过程。结果显示,向秸秆中添加20%的木质素,可有效提高其塑性流动性能,降低其在相同应变下的应力以及生产能耗;当成型温度在100~115℃之间,应变率在1×102~1×103 s-1之间,对于木质素质量分数分别为29%的玉米秸秆、33.5%的小麦秸秆和34.3%的水稻秸秆的固化成型性能最好。     

柱塞式平模生物质成型机设计与试验

针对传统生物质平模成型机能耗高、磨损严重的问题,该文提出了一种柱塞式平模生物质致密成型方法,并设计了成型机样机。该样机通过斜盘与弹簧配合,驱动柱塞往复运动,柱塞在运动过程中仅对模具内的原料进行挤压。成型模具部分采用组合式设计,主要由平模与成型套筒组成,可在成型套筒外部加热,同时可更换长径比不同的成型套筒以适应不同生物质原料。该文以不同颗粒度玉米秸秆和刺槐为原料,在原料含水率为15%,斜盘转速为50 r/min,原料温度为室温的条件下进行了试验,结果表明柱塞式平模生物质成型方法可行,颗粒成型率均高于98%,成型密度大于1.1 g/cm3,机械耐久性高于97%。该文提出的成型方法为生物质致密成型技术提供参考。     

玉米秸秆成型燃料生命周期评价

为了定量解释以秸秆为原料的成型燃料的节能和温室气体减排潜力,从能源消耗和环境排放出发,分析了玉米秸秆的生长、运输、压缩成型,成型燃料运输、燃烧利用等单元过程,建立了秸秆成型燃料的生命周期能源消耗、环境排放分析模型。以5 000 t/a的秸秆成型燃料生产厂为例,评价了其生命周期能耗和环境排放。结果表明：秸秆运输、压缩成型、成型燃料运输等环节都需要消耗能源,其中,压缩成型的能耗最大;秸秆固定的二氧化碳量为生命周期排放出二氧化碳的96.6%,在很大程度上减少了温室气体的排放。利用生命周期分析秸秆成型燃料,得出其相比化石燃料具有较大的减排优势,为秸秆成型燃料利用提供了基础性数据。     

基于生物质灰的屋顶绿化基质加强层工艺优化

屋顶绿化可有效减少城市径流,减缓热岛效应和温室效应。为了解决屋顶绿化散体基质施工难度大、成本高等问题,该研究以生物质灰为主要原材料,辅以小麦秸秆和污泥,压缩为屋顶绿化基质底部加强层,并分别从粘结剂优选、配合比优化和压缩工艺参数优化3个方面对基质加强层的抗破坏强度进行了研究。结果表明:1)添加比例为4%的黄原胶对生物质灰成型块的抗破坏能力提升较高,抗弯强度和抗剪强度较对照分别提升了360.9(27.98倍)和355.8 N(32.94倍)。2)当生物质灰、小麦秸秆和污泥体积比为4∶1∶1(干物质量之比12.42∶1∶2.14)时,基质加强层抗弯强度和抗剪强度的试验观测数值达到最大值,分别为93.1和38.4 N;Scheffe三元二次多项式模拟结果显示,松弛密度的主要影响成分为秸秆(系数4.2),抗弯强度主要由生物质灰和秸秆共同影响(系数451),抗剪强度主要由秸秆和污泥共同影响(系数197.2),优化配比结果为生物质灰、小麦秸秆和污泥体积比3∶1∶1(干物质量之比9.31∶1∶2.14)。3)正交试验的分析结果表明,基质加强层的最优压缩工艺参数为混合原材料含水率25%、成型温度80℃、成型压力120 kN、保压时间5 min、105℃恒温加热烘干,此时抗弯强度和抗剪强度分别为184.6和162.7 N。该研究可为屋顶绿化加强层的机械化装配施工奠定配合比和压缩工艺基础,并为生物质灰等农业废弃物的资源化利用提供新思路。     

基于蜂窝结构的仿生立式环模生物质颗粒机设计与试验

针对传统生物质颗粒环模成型机生产成型效率低、环模失效严重等问题，基于仿生蜂窝状有序多模孔结构，该研究提出了一种立式环模生物质颗粒成型机仿生设计方法。对蜂窝单体几何模孔结构进行图像处理，对蜂窝相邻模孔边缘轮廓拐点坐标进行提取，并获取模孔网格坐标，构建环模-压辊-物料耦合作用受力模型，以物料摄取量、挤压力为设计目标，对颗粒成型机仿生环模、模孔、压辊等参数进行设计。样机通过三压辊与仿生环模孔之间摩擦作用，实现对成型区域内物料的挤压成型，从而形成致密的生物质颗粒。温室条件下以颗粒度为2～4 mm的玉米秸秆为物料，物料含水率为12%、压辊主轴转速为100 r/min，结果表明：在相同转速下，优化后的仿生立式环模生物质颗粒成型机较传统环模成型机吨料能耗降低10.08%，生产的成型颗粒密度大于等于1.32 g/cm³，抗跌碎性指数为99.4%，样机能耗为40.46 kW·h/t，该研究各项指标均达到了相关标准的要求且高于传统生物质颗粒机。     

苜蓿压捆过程中压缩与恢复应力传递规律

探索苜蓿在压捆过程中,由松散状态压缩成草片时在压捆室不同位置的轴向应力变化规律及传递模型。以草片为研究对象,选喂入量为4 kg/次,在草物料压捆试验台上进行了5种截面的压捆试验。每种截面布设2套压力传感装置和3个位移传感器,由基于虚拟仪器的草物料压缩测试系统采集各传感器的信号,记录了每次压缩时草片的压缩与恢复应力和位置、草片的压缩量及回弹量等数据。结果表明苜蓿在不同截面下压缩与恢复应力具有相同的传递规律,但截面尺寸影响草片的最大压缩应力和最小恢复应力的数值且为非线性关系。指出了由松散苜蓿压缩成草片所需要的压缩应力最大,是压捆机设计中的基本参数。揭示了草片最大压缩应力随位移的变化呈指数下降,在压缩室内草片(4~5个草片)的压缩应力较高,在捆草室内草片的压缩应力较低,建议压缩室长度为900~1 000 mm。草片最小恢复应力表现为随位移增加而增加,达到一定位置时随位移的增加而下降。通过回归分析,获得了苜蓿在压捆过程中压缩与恢复应力传递规律和相应的数学模型,其复相关系数均大于0.9091,说明压缩与恢复应力和草片的位置密切相关,模型回归效果较好。试验结果可为草物料压捆机的动力选择和优化设计提供基础数据和理论依据。     

葡萄果实在压缩载荷作用下的力学模型(英)

建立了葡萄的非线性力学模型。把葡萄简化成球形的、均匀的、各向同性的和内部充满不可压缩液体的弹性膜。研究了葡萄在压缩载荷作用下的应力分布和变形。利用膜理论建立了接触区域与非接触区域的平衡方程，确定了边界条件与连续条件。利用Runge-Kutta方法，进行数值求解，得到了在压缩载荷作用下葡萄的张力。结果表明：在压缩载荷作用下，葡萄纬线方向的张力大于经线方向的张力，最大拉力发生在赤道平面上，葡萄在压缩载荷作用下的损伤主要是由最大拉应力造成的，该结论与试验观察的结果相一致。     

Soil air compression in clays during flood irrigation

Soil air is compressed ahead of the wetting front in flood irrigation when the water table is close to the ground surface and the soil is clayey. The general perception is that a two-dimensional two-phase flow model should be used to take into account the effects of air compression on infiltration. In this paper, we apply a model of this kind to validate this perception. The results show that the behaviour of the system is controlled by lateral air flow towards the contours of the ponded area. Even in cases where the width of the ponded area is reduced, in the clayey soils analysed, the soil air pressure is 22% greater than the atmospheric pressure, with a water intake rate amounting to only 19% of the values that would have been obtained if air compression (free air escape) had not been considered. Therefore, the suitability of use of a two-dimensional two-phase flow model is demonstrated quantitatively.     

压缩过程影响草捆形态稳定性的流变学试验研究

草捆的形态稳定性是衡量其质量的主要指标之一。目前常用的方捆机所生产的产品在不同程度上仍存在着草捆形状和尺寸不规范、外型和尺寸不稳定以及散捆率较高等问题。草物料属于粘弹性物料，在外力作用下所产生的变形由永久性变形和可恢复变形组成，而可恢复变形所产生的变形恢复力与草捆的密度和应力松弛有关。当草捆的密度不均匀时将引起草捆的不同部位所产生的变形恢复力出现差异，这是引起草捆形态不稳定的根源。该文在实际压捆生产条件下对不同物料进行试验，应用流变学的理论，研究压缩过程中由于喂入不均匀引起的草片上、下截面变形恢复力的变化规律和差异，以及应力松弛对变形恢复应力的影响，建立相应的数学模型，并为压捆机的设计和实际生产提供依据。     

碎玉米秸秆卷压过程的流变行为试验

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E1=18.33kPa、k1=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。     

苜蓿振动压缩成型过程中的力链演变

为分析生物质在压缩过程中的力学行为,揭示振动压缩成型机理,基于离散元仿真分析方法对揉碎苜蓿振动压缩过程中应力传递,力链结构及演变过程进行研究.参照实际压缩成型试验,建立了揉碎苜蓿压缩系统的离散元仿真模型,利用物理试验对模型有效性进行了验证.基于建立的离散元仿真模型,进行了压缩过程中力链结构及演变的仿真分析,研究结果表明...     

紫花苜蓿圆捆机卷压过程的应力松弛特性与模型建立

牧草属于粘弹性物料,研究其应力松弛特性对降低圆捆机功耗、提高草捆质量具有重要意义。该文通过搭建圆捆机试验平台,结合各钢辊对草捆径向作用力分析,进行了紫花苜蓿应力松弛试验。采用无线电阻应变仪与ANSYS模拟相结合的方法,获取了卷压过程中捆室上半部分钢辊对草捆的径向作用力。在对应力松弛试验曲线和模型原理分析的基础上,确定了牧草应力松弛行为可采用2个Maxwell元件和1个弹簧元件并联组成的广义麦克斯韦尔模型模拟。利用残数法求得模型中应力松弛时间和平衡应力流变参数,分别为76.92、23.25 s和3.65 k Pa。该研究可为进一步探索喂入量、压缩频率、含水率与物料流变特性等参数间的关系,为节能圆捆机的设计提供理论依据及技术支持。     

基于Dog-Leg正则化自适应压缩采样的植株图像重构

目标植株的图像压缩与重构在农作物生长状态检测、田间管理和果树病虫害识别等方面有重要作用。传统的图像压缩感知方法存在重构精度低、时间长等问题。针对这些情况,该文提出一种基于Dog-Leg最小二乘的正则化自适应压缩采样匹配追踪(regularized adaptive compressed sampling matching pursuit based on Dog-Leg,DLRa CSMP)算法。该算法以压缩采样匹配追踪(compressive sampling matching pursuit,Co Sa MP)算法为基础,在迭代过程中采用正则化处理,确保支撑集选取的准确性,并结合变步长自适应思想和Dog-Leg最小二乘算法,在实现稀疏度自适应的同时,提高重构速率;选用Kinect获取目标植株的彩色图像,分别采用HSV彩色空间的亮度和色调特征及Sobel算子的轮廓特征输入至Itti模型中融合构建显著性特征图,以简化复杂背景和突出目标植株。试验结果表明,该算法在采样率为0.50时植株原始图像和显著性特征图的重构时间分别为2.14和1.75 s,较Co Sa MP算法分别缩短6.57和6.31 s,重构效率比CoSaMP算法平均分别提高75.5%和77.9%;图像峰值信噪比分别高达35.16和38.93 dB,较Co Sa MP算法分别提高6.12和5.75 dB,且重构精度比Co Sa MP算法平均分别提高21.6%和15.5%,可以实现植株图像的快速精确重构。     

玉米秸秆颗粒燃料致密成型电耗测试

本文对玉米秸秆颗粒燃料冷态致密成型系统的不同工艺设备,在不同条件下的吨料电耗进行测试,找出了玉米秸秆不同因素对成型电耗的影响,从而找出了生物质成型时所用粉碎机的筛网孔径、原料含水率、颗粒密度等。     

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。