专利名称：一种模拟秸秆压缩成型的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟农作物压缩成型的方法及装置，特别是关于一种模拟秸秆压 缩成型的方法及装置。
背景技术：
我国农作物秸秆资源丰富，据统计，年产量约7亿吨，约占世界秸秆总产量的 30%，折合标准煤约3亿吨，农作物秸秆资源具有巨大的利用潜能。秸秆的处理和利用途 径很多，诸如燃料化、材料化、饲料化、肥料化和基料化等。在农作物秸秆众多利用技术中， 预处理环节是其生物质能有效利用的关键，而秸秆压缩成型是其预处理技术的重要一种。 我国地域广阔，秸秆存在分布分散、结构疏松等特点，在收、储、运和生产过程中存在运输不 便、储存密度低及费用高等问题，限制了其被大规模利用。因此，掌握生物质秸秆的压缩特 性和成型规律，研究秸秆压缩工艺和成型设备具有重要的现实意义。由于秸秆种类繁多，且 地域差异性较大，秸秆压缩成型影响因素较多，包括原料种类、含水率、粒度、压缩频率、成 型压力和压缩方式等，因此，进行秸秆压缩工艺条件优化和成型模拟研究对于提高利用率， 减小能耗具有重要意义。秸秆压缩主要分为“开式”和“闭式”两种压缩形式，如果直接在实际生产压缩设备 中通过不断调整各种秸秆压缩参数进行工艺优化和成型规律研究，一方面难以实现“开式” 和“闭式”的快速转换，另一方面实际生产设备庞大，造价高，多次压缩试验易造成损坏，而 且实际生产设备压缩试验时需要使用的原料多，能耗大，极易造成巨大的资源浪费，还有周 期较长。相比而言，开发实验室小型秸秆压缩成型装置，模拟实际压缩工况，进行“开式”和 “闭式”两种压缩形式下的工艺参数优化和成型模拟研究具有较大的现实意义。

发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种一种不仅能够快速实现“开式”和“闭式” 压缩形式的转换，而且还能够对秸秆“开式”和“闭式”压缩形式下的最优工艺参数进行研 究的模拟秸秆压缩成型的方法及装置。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种模拟秸秆压缩成型的方法，其特 征在于包括以下步骤1)对选用的秸秆进行去叶和去毛根处理，取其中少许秸秆进行切短 和干燥处理后作为样品；2)将步骤1)中样品的半纤维素、纤维素、酸性洗涤木质素、粗灰分 和含水率作为样品特性，进行测定分析；3)将步骤1)中剩下的秸秆进行风干；4)依据压缩 筒的直径，将步骤3)中的秸秆进行切短处理；5)将步骤4)中的秸秆进行复水处理使含水 率达到15% 55% ；6)通过BlueHill2软件，根据步骤1)中测得的待压缩秸秆的品种特 性，分别对“开式”和“闭式”压缩方法进行编辑，编辑情况如下对于“开式”压缩试验方法， 选取不同的压缩频率及其相应的循环次数，设定单次压缩往返行程、压缩动作结束后的保 压时间和采样频率；对于“闭式”压缩试验方法，将整个压缩过程分为若干阶段，设定每阶段 的压缩行程为、压缩速度、各阶段压缩动作结束后的保压时间和采样频率；7)将压杆与压力传感器和位移传感器联接，分别进行“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验；8)至压缩过程
完全结束，按照步骤6)中设定的采样频率分别对“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验过程
中的位移和载荷进行记录并保存，并计算出应力、应变，以及不同压缩阶段压缩后的秸秆密
度和压缩比能耗，压缩比能耗E的计算公式是 ι
权利要求
一种模拟秸秆压缩成型的方法，其特征在于包括以下步骤1)对选用的秸秆进行去叶和去毛根处理，取其中少许秸秆进行切短和干燥处理后作为样品；2)将步骤1)中样品的半纤维素、纤维素、酸性洗涤木质素、粗灰分和含水率作为样品特性，进行测定分析；3)将步骤1)中剩下的秸秆进行风干；4)依据压缩筒的直径，将步骤3)中的秸秆进行切短处理；5)将步骤4)中的秸秆进行复水处理使含水率达到15％～55％；6)通过BlueHill 2软件，根据步骤1)中测得的待压缩秸秆的品种特性，分别对“开式”和“闭式”压缩方法进行编辑，编辑情况如下对于“开式”压缩试验方法，选取不同的压缩频率及其相应的循环次数，设定单次压缩往返行程、压缩动作结束后的保压时间和采样频率；对于“闭式”压缩试验方法，将整个压缩过程分为若干阶段，设定每阶段的压缩行程为、压缩速度、各阶段压缩动作结束后的保压时间和采样频率；7)将压杆与压力传感器和位移传感器联接，分别进行“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验；8)至压缩过程完全结束，按照步骤6)中设定的采样频率分别对“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验过程中的位移和载荷进行记录并保存，并计算出应力、应变，以及不同压缩阶段压缩后的秸秆密度和压缩比能耗，压缩比能耗E的计算公式是 <mrow><mi>E</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><munderover> <mo>&Integral;</mo> <mn>0</mn> <mi>l</mi></munderover><mi>FdS</mi> </mrow> <mi>m</mi></mfrac><mo>&times;</mo><msup> <mn>10</mn> <mrow><mo>-</mo><mn>3</mn> </mrow></msup> </mrow>式中，S(mm)是测得的压缩位移，F(N)是测得的载荷，m(g)是待压缩秸秆的总质量，l(mm)是压缩盘运动的整个行程。
2.如权利要求1所述的一种模拟秸秆压缩成型的方法，其特征在于所述步骤1)中， 将取做样品的秸秆切短至30 40mm，干燥温度是65°C，干燥时间是48h。
3.如权利要求1所述的一种模拟秸秆压缩成型的方法，其特征在于所述步骤2)中， 将步骤1)中剩下的秸秆进行风干至含水率为10% 15%。
4.如权利要求2所述的一种模拟秸秆压缩成型的方法，其特征在于所述步骤2)中， 将步骤1)中剩下的秸秆进行风干至含水率为10% 15%。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种模拟秸秆压缩成型的方法，其特征在于所 述步骤7)中，“开式”压缩试验时，将压缩筒直接置于底座上方，并使压缩筒与底座上的出口 对准联通后固定，再往压缩筒内加入底料，并按照步骤6)中编辑的压缩方法分批次地往压 缩筒内加入秸秆；“闭式”压缩试验时，将“闭式”底板置于压缩筒底部与底座之间，再将待 压缩秸秆一次性将压缩筒填满，然后按照步骤6)中编辑的压缩方法进行操作。
6.如权利要求5所述的一种模拟秸秆压缩成型的方法，其特征在于往压缩筒内加入 底料的初始秸秆量为100 150g，单次加入秸秆的量为5 Sg。
7.一种实现如权利要求1 6中任一项所述方法的模拟秸秆压缩成型的装置，其特 征在于它包括一机架、一压缩装置、一位移传感器、一压力传感器、一控制箱和一计算机；其中，所述压缩装置、位移传感器和压力传感器均设置在所述机架上；通过所述计算机编辑 “开式”压缩试验和“闭式”压缩试验中的各试验参数，并控制所述位移传感器和压力传感器 进行数据采集，同时通过所述控制箱控制所述压缩装置进行压缩；所述位移传感器和压力 传感器分别将压缩试验过程中所述压缩装置的位移和载荷输送至所述计算机，由所述计算 机计算出压缩密度和压缩比能耗。
8.如权利要求7所述的一种模拟秸秆压缩成型的装置，其特征在于所述压缩装置包 括一固设在所述机架底部上的底座，所述底座上设置有一“凸”字形的压缩筒，所述压缩筒 的凸部两端通透，与底部中心孔连通成一秸秆压缩腔；所述压缩筒中设置有一固连在所述 压力传感器下部的压杆，所述压杆底端连接一与所述压缩筒的内壁具有间隙的压缩盘。
9.如权利要求8所述的一种模拟秸秆压缩成型的装置，其特征在于所述底座包括一 固设在所述机架底部上的底板，所述底板上间隔均勻地固设有三块以上三角形的支撑板； 各所述支撑板的顶部固设有一中心带圆孔的平台，所述压缩筒的底部坐设在所述平台上， 且所述平台上的圆孔的中心与所述压缩腔的轴心对准。
10.如权利要求7所述的一种模拟秸秆压缩成型的装置，其特征在于所述压缩装置还 包括一底板，该底板设置在所述底座的平台与所述压缩筒底部之间。
11.如权利要求7所述的一种模拟秸秆压缩成型的装置，其特征在于所述机架的两立 柱中嵌设有两丝杠，所述位移传感器设在一侧的所述丝杠顶端，两所述丝杠之间通过螺纹 连接有一横梁，所述压力传感器固连在所述横梁下方；所述机架上还设有上限位、下限位以 及位移指针。
12.如权利要求7或11所述的一种模拟秸秆压缩成型的装置，其特征在于所述控制 箱包括电机和编码器，所述电机通过所述编码器电连接所述计算机，所述电机的输出轴连 接所述丝杠的底部；所述控制箱上设有紧急停止按钮和手动控制按钮。
13.如权利要求7或12所述的一种模拟秸秆压缩成型的装置，其特征在于所述计算 机中预设值有一试验方法编辑模块和一计算模块，所述试验方法编辑模块用于编辑“开式” 压缩试验和“闭式”压缩试验中的各试验参数，并通过所述控制箱中的编码器，驱动所述电 机带动所述机架上的横梁运动；所述计算模块根据接收到所述位移传感器和压力传感器输 入的位移和压缩载荷后，计算出压缩密度和压缩比能耗，所述计算模块中预设置有压缩密 度和压缩比能耗的计算公式，所述压缩比能耗的计算公式为E =旦——XlO"3 m式中，S(mm)是测得的压缩位移，F(N)是测得的载荷，m(g)是待压缩秸秆的总质量， l(mm)是压缩盘运动的整个行程。
全文摘要
本发明涉及一种模拟秸秆压缩成型的方法及装置，包括以下步骤1)对选用的秸秆进行去叶和去毛根处理，取少许秸秆进行切短和干燥处理后作为样品；2)测定分析步骤1)中样品的半纤维素、纤维素、酸性洗涤木质素、粗灰分和含水率；3)将步骤1)中剩下的秸秆进行风干；4)依据压缩筒的直径，将步骤3)中的秸秆进行切短处理；5)将步骤4)中的秸秆进行复水处理；6)通过BlueHill 2软件，根据步骤1)中测得的待压缩秸秆的品种特性，对“开式”和“闭式”压缩方法进行编辑；7)进行“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验；8)至压缩过程完全结束，按照步骤6)中设定的采样频率分别对“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验过程中的位移和载荷进行记录并保存，并计算应力、应变，以及秸秆密度和压缩比能耗。本发明可以应用在秸秆压缩成型过程的模拟研究中。
文档编号G01N19/00GK101975721SQ20101027306
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者廖娜, 贺城, 陈龙健, 韩鲁佳, 黄光群 申请人:中国农业大学