鋼輥式圓捆機(jī)卷捆過程分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、稻稈結(jié)構(gòu)疏松，導(dǎo)致其運(yùn)輸及貯存成本高，回收利用難，要充分利用稻稈的價(jià)值，首先要解決回收難的問題，而稻稈的卷捆壓縮成型是解決這一問題的關(guān)鍵。但是利用國產(chǎn)的中小型鋼輥式圓捆機(jī)對完整稻稈進(jìn)行打捆時(shí)，時(shí)常出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。為此，針對完整稻稈設(shè)計(jì)了鋼輥式圓捆機(jī)，并綜合利用力學(xué)分析、染色示蹤技術(shù)、高速攝像研究及力學(xué)測試等技術(shù)對其進(jìn)行了深入的試驗(yàn)研究與分析，為鋼輥式圓捆機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)及其研發(fā)提供理論與技術(shù)支持。研究取得主要成果和結(jié)論主要體現(xiàn)以下幾點(diǎn):

2、>　　(1)完整稻稈壓縮特性研究。試驗(yàn)研究結(jié)果表明:將稻稈壓縮至220kg/m3時(shí)，完整稻稈雜亂鋪放比橫向鋪放所需壓縮力明顯大;完整稻稈雜亂、橫向兩種鋪放狀態(tài)下，各因素對最大壓縮力的影響規(guī)律相似:稻稈含水率越大，最大壓縮力越小;取樣部位越靠近稻稈根部，最大壓縮力越小;同一初始密度下隨加料量的增加，最大壓縮力先緩慢上升后緩慢下降;隨加載速度的增加，最大壓縮力緩慢上升后呈下降趨勢，其中含水率對稻稈壓縮特性的影響最顯著，其次是取樣部位。

3、>　　(2)不同含水率對完整稻稈滑動(dòng)摩擦特性的影響。試驗(yàn)研究結(jié)果表明:隨稻稈含水率的增加，完整稻稈與鋼板間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)總體呈增大的趨勢;含水率為12％～65％的完整稻稈與鋼板間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)變動(dòng)范圍為0.47～0.66。
　　(3)旋轉(zhuǎn)草芯形成過程分析。結(jié)合完整稻稈受力分析、旋轉(zhuǎn)草芯形成過程高速攝像研究及力學(xué)測試可知:旋轉(zhuǎn)草芯形成過程實(shí)質(zhì)上是稻稈在卷捆室內(nèi)連續(xù)卷繞累積的過程，形成的旋轉(zhuǎn)草芯可對后續(xù)喂入的稻稈產(chǎn)生較大的牽帶作用;旋

4、轉(zhuǎn)草芯形成過程主要依靠鋼輥對稻稈的摩擦牽引及后續(xù)喂入稻稈的持續(xù)推動(dòng)完成的;旋轉(zhuǎn)草芯形成過程所需扭矩呈線性增加，但所需扭矩總體較小，此時(shí)鋼輥對草捆無擠壓力。
　　(4)草捆卷壓過程分析。結(jié)合草捆受力分析、草捆卷壓過程高速攝像研究及力學(xué)測試可知:草捆卷壓過程實(shí)際上是后續(xù)喂入的稻稈在卷捆室內(nèi)層層卷繞壓縮的過程;在草捆充實(shí)階段，鋼輥對草捆無擠壓力，卷捆所需扭矩緩慢增加，在草捆卷壓階段，草捆開始受到鋼輥擠壓，并呈先緩慢增加后快速上升的趨勢，

5、當(dāng)草捆密度達(dá)一定值時(shí)后室側(cè)拉力開始出現(xiàn)并隨草捆質(zhì)量增加而快速增大，卷捆所需扭矩呈先較快增加后快速上升的趨勢，成型草捆的徑向密度由外向內(nèi)逐漸減小。
　　(5)旋轉(zhuǎn)草芯形成試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:各因素對旋轉(zhuǎn)草芯形成時(shí)的干物質(zhì)質(zhì)量貢獻(xiàn)率大小順序?yàn)?鋼輥對稻稈的摩擦作用、撿拾器彈齒端點(diǎn)線速度、稻稈喂入量，當(dāng)因素參數(shù)組合為鋼輥與稻稈間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)約0.65、撿拾器彈齒端點(diǎn)線速度2.23m/s、稻稈喂入量1.5kg/s時(shí)，旋轉(zhuǎn)草芯形成時(shí)的

6、干物質(zhì)質(zhì)量為1.58kg。
　　(6)完整稻稈卷壓過程應(yīng)力松弛試驗(yàn)研究。以稻稈含水率、草捆干物質(zhì)質(zhì)量、卷捆鋼輥轉(zhuǎn)速、稻稈喂入量為試驗(yàn)因素，并以應(yīng)力松弛時(shí)間和平衡彈性模量作為應(yīng)力松弛特性評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:完整稻稈卷壓過程應(yīng)力松弛模型可用1個(gè)Maxwell單元和1個(gè)彈簧并聯(lián)組成的3元件方程表示;各因素對應(yīng)力松弛時(shí)間貢獻(xiàn)率依次為稻稈含水率、革捆干物質(zhì)質(zhì)量、稻稈喂入量、卷捆鋼輥轉(zhuǎn)速;對平衡彈性模量貢獻(xiàn)率依次為革捆干物質(zhì)

7、質(zhì)量、稻稈含水率、稻稈喂入量、卷捆鋼輥轉(zhuǎn)速;當(dāng)?shù)径捄蕿?5％、草捆干物質(zhì)質(zhì)量為17kg、卷捆鋼輥轉(zhuǎn)速為257 r/min、稻稈喂入量為1.6kg/s時(shí)，應(yīng)力松弛時(shí)間和平衡彈性模量可分別達(dá)最佳值17.08s和4.01KPa。
　　(7)完整稻稈卷壓功耗試驗(yàn)研究。以稻稈含水率、草捆干物質(zhì)質(zhì)量、卷捆鋼輥轉(zhuǎn)速、稻稈喂入量為試驗(yàn)因素，以比扭矩為評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:本試驗(yàn)范圍內(nèi)比扭矩的變化范圍為0.29～0.64N·m4

8、·kg-1;各因素對比扭矩貢獻(xiàn)率為:草捆干物質(zhì)質(zhì)量＞卷捆鋼輥轉(zhuǎn)速＞稻稈含水率＞稻稈喂入量，在試驗(yàn)范圍內(nèi)較優(yōu)參數(shù)組合（稻稈含水率為65％、草捆干物質(zhì)質(zhì)量為17kg、卷捆鋼輥轉(zhuǎn)速為254r/min、稻稈喂入量為0.55kg/s）下，比扭矩為0.282N· m4·kg-1。
　　(8)鋼輥式圓捆機(jī)工作參數(shù)的確定。結(jié)合旋轉(zhuǎn)草芯形成、完整稻稈卷壓過程應(yīng)力松弛特性及功耗試驗(yàn)的優(yōu)化結(jié)果，確定了兩組鋼輥式圓捆機(jī)較優(yōu)工作參數(shù):①稻稈青貯打捆時(shí)的較優(yōu)

9、工作參數(shù)為:稻稈含水率68％、草捆干物質(zhì)質(zhì)量17kg、卷捆鋼輥轉(zhuǎn)速260r/min、稻稈喂入量1.5kg/s，此時(shí)的比扭矩、應(yīng)力松弛時(shí)間和平衡彈性模量分別為0.36N·m4·kg-1、21.36s和4.17KPa。②稻稈正常情況下打捆時(shí)的較優(yōu)工作參數(shù)為:稻稈含水率14％、草捆干物質(zhì)質(zhì)量16kg、卷捆鋼輥轉(zhuǎn)速250r/min、稻稈喂入量1.6kg/s，此時(shí)的比扭矩、應(yīng)力松弛時(shí)間和平衡彈性模量分別為0.41N·m4·kg-1、55.86s和