我國農作物秸稈資源豐富，年產量約為7億t。nongzuowujieganshiyizhongcusiliao，qijingyasuochengkuaizhuanghoubudanbianyuzhuyunhecaishi，haikeyizhichengquanjiasiliaoherannenghengaodeshengwuzhiranliaodeng，shiqibianfeiweibao。muqian，suizhewoguochumuyedefazhan，cusiliaoyakuaijiagongjishuyededaolefeisufazhan。秸稈壓塊機作為該生產技術的核心機械，應用十分廣泛。但許多壓塊機在技術上還不盡成熟，普遍存在生產率低、gonghaodayijikekaoxingchadengzhuyaowenti。jiegandengnongyexianweiwuliaodeyakuaishengchanguochengzhuyaoshitongguopianxinyagundejiyalianxubuduandijiangwuliaotuixiangyamokongneiyasuochengxingbingjiangqituichukongwaideguocheng。zaizhenggeyakuaiguochengzhong，wuliaozaimokongneibutongweizhideshouli、變形和變形恢複等均是變化的。在此，本文以環模式壓塊機模孔的結構參數為依據，自行設計了試驗裝置，在WDW -10E型微機控製電子式萬能試驗機上進行壓縮試驗，並利用電測技術對壓塊過程中秸稈在模孔內不同位置的受力、變形量和變形恢複量等參數進行了測試研究，獲得了相應的變化規律，目的是為降低功耗、提高產品質量和優化秸稈壓塊機壓縮裝置的結構等提供理論依據。
1、試驗方案
1.1.試驗裝置的設計
環模式壓塊機模孔的結構按形式可分為固定模孔式（整體式）和分塊模孔式（組合式）兩種。整體式的孔型多為圓孔，由組合機床加工而成；組(zu)合(he)式(shi)多(duo)為(wei)楔(xie)形(xing)三(san)角(jiao)模(mo)塊(kuai)鑲(xiang)嵌(qian)組(zu)合(he)而(er)成(cheng)。依(yi)照(zhao)環(huan)模(mo)式(shi)壓(ya)塊(kuai)機(ji)模(mo)孔(kong)的(de)結(jie)構(gou)與(yu)參(can)數(shu)，本(ben)試(shi)驗(yan)設(she)計(ji)的(de)模(mo)孔(kong)結(jie)構(gou)為(wei)分(fen)塊(kuai)模(mo)孔(kong)式(shi)，由(you)兩(liang)個(ge)半(ban)模(mo)塊(kuai)組(zu)成(cheng)截(jie)麵(mian)尺(chi)寸(cun)為(wei)32mmx32mm的(de)方(fang)形(xing)孔(kong)。模(mo)孔(kong)的(de)長(chang)徑(jing)比(bi)為(wei)模(mo)孔(kong)深(shen)度(du)與(yu)模(mo)孔(kong)直(zhi)徑(jing)之(zhi)比(bi)。模(mo)孔(kong)的(de)長(chang)徑(jing)比(bi)關(guan)係(xi)到(dao)成(cheng)品(pin)的(de)質(zhi)量(liang)，長(chang)徑(jing)比(bi)越(yue)大(da)，成(cheng)品(pin)密(mi)度(du)越(yue)大(da)，表(biao)麵(mian)硬(ying)度(du)相(xiang)應(ying)提(ti)高(gao)，但(dan)功(gong)耗(hao)也(ye)相(xiang)應(ying)增(zeng)大(da)，反(fan)之(zhi)情(qing)況(kuang)則(ze)相(xiang)反(fan)。一(yi)般(ban)模(mo)孔(kong)的(de)長(chang)徑(jing)比(bi)取(qu)值(zhi)範(fan)圍(wei)在(zai)1.5～11.3之間，但對於秸稈和稻草等粗纖維物料，為保證其順利出料及成型率，通常取1.5～3.0為宜。本試驗設計選取模孔的長徑比為3.0，計算得到模孔深度為135 mm。若模孔太深，則會使產量顯著降低，物料的摩擦阻力增大，能耗增加。對(dui)於(yu)壓(ya)塊(kuai)過(guo)程(cheng)中(zhong)側(ce)壁(bi)壓(ya)縮(suo)力(li)的(de)測(ce)量(liang)而(er)言(yan)，用(yong)電(dian)阻(zu)應(ying)變(bian)式(shi)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)即(ji)可(ke)滿(man)足(zu)要(yao)求(qiu)。電(dian)阻(zu)應(ying)變(bian)式(shi)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)主(zhu)要(yao)由(you)彈(dan)性(xing)元(yuan)件(jian)和(he)電(dian)阻(zu)應(ying)變(bian)片(pian)組(zu)成(cheng)。根(gen)據(ju)所(suo)測(ce)物(wu)理(li)量(liang)的(de)性(xing)質(zhi)和(he)大(da)小(xiao)來(lai)設(she)計(ji)彈(dan)性(xing)元(yuan)件(jian)，本(ben)試(shi)驗(yan)設(she)計(ji)的(de)CL-DZYB-5型電阻應變片式拉壓力傳感器實心圓柱式彈性元件的直徑為6mm，有效長度為40mm。考慮到彈性元件的結構、材料、shoulizhuangtaijiceliangjingdudengyinsu，jianglianggeboshiyingbianhuazuchengquanqiao，anshangxiachuizhifangshizhantieyudanxingyuanjianshang。weileceliangyakuaiguochengzhongjieganzaimokongneibutongweizhidecebiyasuoli，huodeqiyumokongshendudeguanxi，genjunongyewuliaoyasuoguochengjibenguilvdeyiyouyanjiujieguo。benshiyanzaimokongshendufangxiangshangxuanqu3個不同的壓縮平麵。其中，每兩個傳感器位於同一平麵，各平麵距模孔入口的距離分別為35，70，105 mm，依次稱為第1、第2和第3個平麵。
考慮到壓塊過程中秸稈受力的均衡性、試驗裝置的穩定性以及測試係統的精度等要求，本試驗設計的專用試驗裝置結構均對稱，如圖1所示。該試驗裝置由活塞、活塞杆、活塞室、墊塊、擋板、傳感器及活塞底座等組成。為了保證壓塊過程中活塞室內的空氣順利排出，在活塞上加工4個位置對稱的通孔，並將其與模孔內壁之間留有2mm間隙。其中，兩個半模塊由兩個厚20mm的墊塊、兩個厚16 mm的擋板和6個CI-DZYB-5型電阻應變片式拉壓力傳感器固定。
1.2試驗對象與設備
根據秸稈壓塊成型的適宜濕度，以含水率為20%左右、揉碎後長度為30mm左右的玉米秸稈為研究對象。采用的試驗設備有WDW-IOE型微機控製電子式萬能試驗機、XL-2102C型動態電阻應變儀，NS-WY03型位移傳感器以及NI-USB -6251型數據采集卡等。
1.3試驗方法
試驗前，首先稱出多份試樣，將其裝入小塑料袋中以備用；對各傳感器進行標定，並在Labview軟件中編寫數據采集程序；再將各個CL-DZYB-5型電阻應變片式拉壓力傳感器分別與XL-2102C型動態電阻應變儀連接，XL-2102C型動態電阻應變儀、N5 - WY03型位移傳感器與NI-USB-6251型數據采集卡連接；最後，調試測試係統以保證各個傳感器與組件之間的接線準確無誤，動態電阻應變儀預調O，數據采集卡的工作狀態正常。啟動萬能試驗機並預熱20min．在測試軟件中進行相應的試驗設置。
試驗時，將試樣自由雜亂堆放且均勻填滿壓縮裝置。根據秸稈壓塊生產的要求。191和WDW -10E型微機控製電子式萬能試驗機所能提供的速度範圍，本試驗在喂人量為16g/次和壓縮速度為180mm/min的試驗條件下，測得壓塊過程中秸稈在模孔內不同位置的軸向受力、側壁受力、變形和變形恢複的變化規律。
根據所選測試方案，由WDW-10E型微機控製電子式萬能試驗機的計算機軟件測試係統測得軸向壓縮力隨壓縮量的變化曲線，並另存為Excel文件以進一步分析；由自行設計的CL-DZYB -5型(xing)電(dian)阻(zu)應(ying)變(bian)片(pian)式(shi)拉(la)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)測(ce)得(de)電(dian)壓(ya)值(zhi)隨(sui)壓(ya)縮(suo)量(liang)的(de)變(bian)化(hua)曲(qu)線(xian)，將(jiang)電(dian)壓(ya)值(zhi)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)側(ce)壁(bi)壓(ya)縮(suo)力(li)值(zhi)，進(jin)而(er)得(de)到(dao)側(ce)壁(bi)壓(ya)縮(suo)力(li)隨(sui)壓(ya)縮(suo)量(liang)的(de)變(bian)化(hua)曲(qu)線(xian)及(ji)其(qi)在(zai)3個不同壓縮平麵上的分布情況。當每次喂入的秸稈被壓縮成型時，將“L”形裝置與萬能試驗機上的小變形引伸計連接，測取其在模孔內的變形情況。當模孔內充滿成型的塊狀秸稈後，利用NS-WY03型(xing)位(wei)移(yi)傳(chuan)感(gan)器(qi)測(ce)量(liang)各(ge)個(ge)塊(kuai)狀(zhuang)秸(jie)稈(gan)從(cong)模(mo)孔(kong)內(nei)出(chu)來(lai)時(shi)對(dui)應(ying)的(de)活(huo)塞(sai)行(xing)程(cheng)量(liang)及(ji)其(qi)在(zai)出(chu)模(mo)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)變(bian)形(xing)情(qing)況(kuang)。在(zai)整(zheng)個(ge)試(shi)驗(yan)過(guo)程(cheng)中(zhong)，數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)卡(ka)與(yu)萬(wan)能(neng)試(shi)驗(yan)機(ji)測(ce)試(shi)軟(ruan)件(jian)係(xi)統(tong)同(tong)時(shi)采(cai)集(ji)數(shu)據(ju)。利(li)用(yong)Matlab，Originlab和sPss軟件對數據進行處理與分析。
2、試驗結果與分析
各次壓縮過程中，軸向壓縮力與壓縮量的關係曲線如圖2所示，第3個壓縮平麵上側壁壓縮力與壓縮量的關係曲線如圖3所示，第3個壓縮平麵上軸向壓縮力與側壁壓縮力的關係曲線如圖4所示。第1次喂人的秸稈被壓縮成塊狀的過程中，3個不同壓縮平麵上側壁壓縮力與壓縮量的關係曲線如圖5所示。表l為第1個塊狀秸稈在模孔內的變形情況。
由圖2可(ke)知(zhi)，在(zai)壓(ya)塊(kuai)過(guo)程(cheng)的(de)初(chu)始(shi)階(jie)段(duan)主(zhu)要(yao)是(shi)減(jian)小(xiao)秸(jie)稈(gan)之(zhi)間(jian)的(de)空(kong)隙(xi)，壓(ya)縮(suo)量(liang)對(dui)秸(jie)稈(gan)軸(zhou)向(xiang)壓(ya)縮(suo)力(li)的(de)影(ying)響(xiang)較(jiao)小(xiao)，其(qi)隨(sui)壓(ya)縮(suo)雖(sui)的(de)增(zeng)加(jia)而(er)緩(huan)慢(man)增(zeng)大(da)。隨(sui)著(zhe)壓(ya)塊(kuai)過(guo)程(cheng)的(de)進(jin)行(xing)，軸(zhou)向(xiang)壓(ya)縮(suo)力(li)受(shou)壓(ya)縮(suo)量(liang)的(de)影(ying)響(xiang)逐(zhu)漸(jian)增(zeng)大(da)，其(qi)隨(sui)壓(ya)縮(suo)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)而(er)迅(xun)速(su)增(zeng)大(da)。其(qi)原(yuan)因(yin)在(zai)於(yu)：當秸稈之間的空隙很小時，隨著壓縮密度的增加，摩擦力也不斷增大；當dang秸jie稈gan被bei壓ya成cheng型xing後hou，其qi彈dan性xing變bian形xing也ye不bu斷duan增zeng大da。此ci時shi，較jiao小xiao的de壓ya縮suo量liang就jiu能neng使shi壓ya縮suo密mi度du增zeng加jia很hen大da，軸zhou向xiang壓ya縮suo力li也ye迅xun速su增zeng大da。通tong過guo回hui歸gui分fen析xi得de到dao各ge次ci壓ya縮suo過guo程cheng中zhong軸zhou向xiang壓ya縮suo力li與yu壓ya縮suo量liang之zhi間jian的de規gui律lv，即ji
P= AeRL
式中P-壓縮過程中秸稈所受的軸向壓縮力(kN)；
L一活塞的壓縮行程量( mm)；
A，B--擬合係數。
由圖3可知，各次壓縮過程中，在第3個壓縮平麵上側壁壓縮力隨壓縮量的變化趨勢與圖2的基本一致。通過回歸分析得到側壁壓縮力與壓縮量之間的規律，即
F=C+ De-(L-H)/k
式中 F-壓縮過程中秸稈所受的側壁壓縮力(kN)；
L-活塞的壓縮行程量( mm)；
C，D，H，K一擬合係數。
由圖4可知，在同一個壓縮平麵上側壁壓縮力與軸向壓縮力之間呈現線性關係，兩者的函數關係式為
F=0. 733P -0.250 (R2=0. 989 9)
式中P-壓縮過程中秸稈所受的軸向壓縮力(kN)；
F-壓縮過程中秸稈所受的側壁壓縮力(kN)。
yibanqingkuangxia，mocaxishujinyumocabiaomiandewulitexingyouguan。danzaishijiyakuaishengchanguochengzhong，jieganzaimokongneidegaoyamocajiqibenshendebianxingsuoxiaohaodenengliangdouyirenengdexingshishifang，shimokonghesiliaochanshenggaowen，daozhimokongdemosunjiakuai。erzaimocaguochengzhongdefareyumosundengyuanyinyinqidecailiaobiaomianxingmaobianhuahuidaozhimocaxishudebuwendingxing。youyubenshiyanguochengzhongjieganzaimokongneishouyachengxingsuochanshengdewendujimokongdemosunkehulvebuji，gujiadingmocaxishuyiding，zaimocaxishububiandetiaojianxia，cebiyasuolixiangdangyujieganduimokongneibidezhengyali，zejieganyumokongneibidemocalisuiyasuoliangdebianhuaqushiyucebiyasuolidexiangtong。youyusantiwuliaozaimoyachengxingguochengzhongjuedabufendemoyazuoyonglixiaohaoyukefuyamoneibihesantiwuliaobiaomianjiandemoca，erbushiyongyumoyasantiwuliaochengxing，yincizaiquebaochengxingmidudeqiantixia，jiangdicebiyasuoliduiyutigaosantiwuliaodemoyazhiliangjuyouxianzhudexiaoguo。
由圖5可以看出在3個不同平麵上側壁壓縮力隨壓縮量的變化情況。整個壓塊過程中，在第1個平麵上，側壁壓縮力基本沒什麼變化。在第2個平麵上，剛開始隨著壓縮量的不斷增加，側壁壓縮力表現出緩慢的變化趨勢，當壓縮量為75mm左右時，其增大較為明顯。在第3個平麵上，當壓縮量小於60mm時，側壁壓縮力隨壓縮量的增加變化較為平緩；當壓縮量大於60mm時，側壁壓縮力隨著壓縮量的增加迅速增大，最大值可達到8kN左zuo右you。由you此ci可ke知zhi各ge次ci壓ya縮suo過guo程cheng中zhong摩mo擦ca力li在zai模mo孔kong內nei不bu同tong壓ya縮suo平ping麵mian上shang的de變bian化hua情qing況kuang以yi及ji當dang模mo孔kong內nei充chong滿man成cheng型xing的de塊kuai狀zhuang秸jie稈gan後hou摩mo擦ca力li在zai模mo孔kong深shen度du方fang向xiang上shang的de分fen布bu情qing況kuang。這zhe為wei模mo孔kong深shen度du的de設she計ji以yi及ji將jiang塊kuai狀zhuang秸jie稈gan全quan部bu推tui出chu模mo孔kong外wai時shi需xu要yao提ti供gong的de克ke服fu摩mo擦ca力li的de最zui小xiao壓ya縮suo力li提ti供gong了le理li論lun參can考kao。
由表1的試驗結果可以看出，為了保證秸稈成型效果，各次壓縮過程中的最大軸向壓縮力值均大於5kN。秸稈在被壓縮成型後的前幾次壓縮過程中，壓縮量及活塞返程後被壓縮秸稈的變形恢複量均較大；當壓縮3～4次後，其壓縮量和變形恢複量幾乎為0。youcikejian，dangmokongneijiegandeyasuolianghebianxinghuifulianghenxiaoshi，yihoudegeciyasuoduiqiyasuomidudeyingxiangjunhenxiao，xiangfanhuiyinkefujieganyumokongneibizhijiandemocalierzengjiagonghao，tongshihaihuijiangdiyakuaijideshengchanlv。
3、結論
1)各次壓縮過程中，軸向壓縮力與壓縮量之間呈指數關係變化。為了保證秸稈的成型效果，提供的軸向壓縮力應大於5kN。
2)在同一平麵上，徑向壓縮力與壓縮量之間也呈現指數關係，且其與軸向壓縮力之間呈現線性關係。
3)根據不同壓縮平麵上側壁壓縮力與軸向壓縮力、壓ya縮suo量liang的de關guan係xi，可ke得de摩mo擦ca力li在zai模mo孔kong內nei不bu同tong壓ya縮suo平ping麵mian上shang的de變bian化hua情qing況kuang以yi及ji當dang模mo孔kong內nei充chong滿man成cheng型xing的de塊kuai狀zhuang秸jie稈gan後hou摩mo擦ca力li在zai模mo孔kong深shen度du方fang向xiang上shang的de分fen布bu情qing況kuang。
4)各塊狀秸稈經過多次壓縮後其變形量和變形恢複量幾乎為0，其壓縮密度基本沒什麼變化。功率消耗主要用來克服壓塊過程中秸稈在模孔內的高壓摩擦，而不是其本身的變形所消耗的能量。
