鋼輥式圓捆機卷捆過程分析與試驗研究.pdf

1、稻稈結(jié)構(gòu)疏松，導致其運輸及貯存成本高，回收利用難，要充分利用稻稈的價值，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對完整稻稈進行打捆時，時常出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。為此，針對完整稻稈設(shè)計了鋼輥式圓捆機，并綜合利用力學分析、染色示蹤技術(shù)、高速攝像研究及力學測試等技術(shù)對其進行了深入的試驗研究與分析，為鋼輥式圓捆機的創(chuàng)新設(shè)計及其研發(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:

2、>　　(1)完整稻稈壓縮特性研究。試驗研究結(jié)果表明:將稻稈壓縮至220kg/m3時，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摩擦特性的影響。試驗研究結(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摩擦因數(shù)變動范圍為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測試可知:旋轉(zhuǎn)草芯形成過程實質(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測試可知:草捆卷壓過程實際上是后續(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、當草捆密度達一定值時后室側(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)草芯形成試驗研究。試驗結(jié)果表明:各因素對旋轉(zhuǎn)草芯形成時的干物質(zhì)質(zhì)量貢獻率大小順序為:鋼輥對稻稈的摩擦作用、撿拾器彈齒端點線速度、稻稈喂入量，當因素參數(shù)組合為鋼輥與稻稈間的滑動摩擦因數(shù)約0.65、撿拾器彈齒端點線速度2.23m/s、稻稈喂入量1.5kg/s時，旋轉(zhuǎn)草芯形成時的

6、干物質(zhì)質(zhì)量為1.58kg。
　　(6)完整稻稈卷壓過程應力松弛試驗研究。以稻稈含水率、草捆干物質(zhì)質(zhì)量、卷捆鋼輥轉(zhuǎn)速、稻稈喂入量為試驗因素，并以應力松弛時間和平衡彈性模量作為應力松弛特性評價指標進行了試驗研究。試驗結(jié)果表明:完整稻稈卷壓過程應力松弛模型可用1個Maxwell單元和1個彈簧并聯(lián)組成的3元件方程表示;各因素對應力松弛時間貢獻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?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，應力松弛時間和平衡彈性模量可分別達最佳值17.08s和4.01KPa。
　　(7)完整稻稈卷壓功耗試驗研究。以稻稈含水率、草捆干物質(zhì)質(zhì)量、卷捆鋼輥轉(zhuǎn)速、稻稈喂入量為試驗因素，以比扭矩為評價指標進行了試驗研究。試驗結(jié)果表明:本試驗范圍內(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力松弛特性及功耗試驗的優(yōu)化結(jié)果，確定了兩組鋼輥式圓捆機較優(yōu)工作參數(shù):①稻稈青貯打捆時的較優(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，此時的比扭矩、應力松弛時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，此時的比扭矩、應力松弛時間和平衡彈性模量分別為0.41N·m4·kg-1、55.86s和