一種模擬秸稈壓縮成型的方法及裝置的製作方法

2023-06-12 07:40:31

專利名稱：一種模擬秸稈壓縮成型的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種模擬農作物壓縮成型的方法及裝置，特別是關於一種模擬秸稈壓 縮成型的方法及裝置。
背景技術：
我國農作物秸稈資源豐富，據統計，年產量約7億噸，約佔世界秸稈總產量的 30%，折合標準煤約3億噸，農作物秸稈資源具有巨大的利用潛能。秸稈的處理和利用途 徑很多，諸如燃料化、材料化、飼料化、肥料化和基料化等。在農作物秸稈眾多利用技術中， 預處理環節是其生物質能有效利用的關鍵，而秸稈壓縮成型是其預處理技術的重要一種。 我國地域廣闊，秸稈存在分布分散、結構疏鬆等特點，在收、儲、運和生產過程中存在運輸不 便、儲存密度低及費用高等問題，限制了其被大規模利用。因此，掌握生物質秸稈的壓縮特 性和成型規律，研究秸稈壓縮工藝和成型設備具有重要的現實意義。由於秸稈種類繁多，且 地域差異性較大，秸稈壓縮成型影響因素較多，包括原料種類、含水率、粒度、壓縮頻率、成 型壓力和壓縮方式等，因此，進行秸稈壓縮工藝條件優化和成型模擬研究對於提高利用率， 減小能耗具有重要意義。秸稈壓縮主要分為「開式」和「閉式」兩種壓縮形式，如果直接在實際生產壓縮設備 中通過不斷調整各種秸稈壓縮參數進行工藝優化和成型規律研究，一方面難以實現「開式」 和「閉式」的快速轉換，另一方面實際生產設備龐大，造價高，多次壓縮試驗易造成損壞，而 且實際生產設備壓縮試驗時需要使用的原料多，能耗大，極易造成巨大的資源浪費，還有周 期較長。相比而言，開發實驗室小型秸稈壓縮成型裝置，模擬實際壓縮工況，進行「開式」和 「閉式」兩種壓縮形式下的工藝參數優化和成型模擬研究具有較大的現實意義。

發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種一種不僅能夠快速實現「開式」和「閉式」 壓縮形式的轉換，而且還能夠對秸稈「開式」和「閉式」壓縮形式下的最優工藝參數進行研 究的模擬秸稈壓縮成型的方法及裝置。為實現上述目的，本發明採取以下技術方案一種模擬秸稈壓縮成型的方法，其特 徵在於包括以下步驟1)對選用的秸稈進行去葉和去毛根處理，取其中少許秸稈進行切短 和乾燥處理後作為樣品；2)將步驟1)中樣品的半纖維素、纖維素、酸性洗滌木質素、粗灰分 和含水率作為樣品特性，進行測定分析；3)將步驟1)中剩下的秸稈進行風乾；4)依據壓縮 筒的直徑，將步驟3)中的秸稈進行切短處理；5)將步驟4)中的秸稈進行復水處理使含水 率達到15% 55% ；6)通過BlueHill2軟體，根據步驟1)中測得的待壓縮秸稈的品種特 性，分別對「開式」和「閉式」壓縮方法進行編輯，編輯情況如下對於「開式」壓縮試驗方法， 選取不同的壓縮頻率及其相應的循環次數，設定單次壓縮往返行程、壓縮動作結束後的保 壓時間和採樣頻率；對於「閉式」壓縮試驗方法，將整個壓縮過程分為若干階段，設定每階段 的壓縮行程為、壓縮速度、各階段壓縮動作結束後的保壓時間和採樣頻率；7)將壓杆與壓力傳感器和位移傳感器聯接，分別進行「開式」壓縮試驗和「閉式」壓縮試驗；8)至壓縮過程
完全結束，按照步驟6)中設定的採樣頻率分別對「開式」壓縮試驗和「閉式」壓縮試驗過程
中的位移和載荷進行記錄並保存，並計算出應力、應變，以及不同壓縮階段壓縮後的秸稈密
度和壓縮比能耗，壓縮比能耗E的計算公式是 ι
權利要求
一種模擬秸稈壓縮成型的方法，其特徵在於包括以下步驟1)對選用的秸稈進行去葉和去毛根處理，取其中少許秸稈進行切短和乾燥處理後作為樣品；2)將步驟1)中樣品的半纖維素、纖維素、酸性洗滌木質素、粗灰分和含水率作為樣品特性，進行測定分析；3)將步驟1)中剩下的秸稈進行風乾；4)依據壓縮筒的直徑，將步驟3)中的秸稈進行切短處理；5)將步驟4)中的秸稈進行復水處理使含水率達到15％～55％；6)通過BlueHill 2軟體，根據步驟1)中測得的待壓縮秸稈的品種特性，分別對「開式」和「閉式」壓縮方法進行編輯，編輯情況如下對於「開式」壓縮試驗方法，選取不同的壓縮頻率及其相應的循環次數，設定單次壓縮往返行程、壓縮動作結束後的保壓時間和採樣頻率；對於「閉式」壓縮試驗方法，將整個壓縮過程分為若干階段，設定每階段的壓縮行程為、壓縮速度、各階段壓縮動作結束後的保壓時間和採樣頻率；7)將壓杆與壓力傳感器和位移傳感器聯接，分別進行「開式」壓縮試驗和「閉式」壓縮試驗；8)至壓縮過程完全結束，按照步驟6)中設定的採樣頻率分別對「開式」壓縮試驗和「閉式」壓縮試驗過程中的位移和載荷進行記錄並保存，並計算出應力、應變，以及不同壓縮階段壓縮後的秸稈密度和壓縮比能耗，壓縮比能耗E的計算公式是 E= 0 lFdS m 10 -3 式中，S(mm)是測得的壓縮位移，F(N)是測得的載荷，m(g)是待壓縮秸稈的總質量，l(mm)是壓縮盤運動的整個行程。
2.如權利要求1所述的一種模擬秸稈壓縮成型的方法，其特徵在於所述步驟1)中， 將取做樣品的秸稈切短至30 40mm，乾燥溫度是65°C，乾燥時間是48h。
3.如權利要求1所述的一種模擬秸稈壓縮成型的方法，其特徵在於所述步驟2)中， 將步驟1)中剩下的秸稈進行風乾至含水率為10% 15%。
4.如權利要求2所述的一種模擬秸稈壓縮成型的方法，其特徵在於所述步驟2)中， 將步驟1)中剩下的秸稈進行風乾至含水率為10% 15%。
5.如權利要求1或2或3或4所述的一種模擬秸稈壓縮成型的方法，其特徵在於所 述步驟7)中，「開式」壓縮試驗時，將壓縮筒直接置於底座上方，並使壓縮筒與底座上的出口 對準聯通後固定，再往壓縮筒內加入底料，並按照步驟6)中編輯的壓縮方法分批次地往壓 縮筒內加入秸稈；「閉式」壓縮試驗時，將「閉式」底板置於壓縮筒底部與底座之間，再將待 壓縮秸稈一次性將壓縮筒填滿，然後按照步驟6)中編輯的壓縮方法進行操作。
6.如權利要求5所述的一種模擬秸稈壓縮成型的方法，其特徵在於往壓縮筒內加入 底料的初始秸稈量為100 150g，單次加入秸稈的量為5 Sg。
7.一種實現如權利要求1 6中任一項所述方法的模擬秸稈壓縮成型的裝置，其特 徵在於它包括一機架、一壓縮裝置、一位移傳感器、一壓力傳感器、一控制箱和一計算機；其中，所述壓縮裝置、位移傳感器和壓力傳感器均設置在所述機架上；通過所述計算機編輯 「開式」壓縮試驗和「閉式」壓縮試驗中的各試驗參數，並控制所述位移傳感器和壓力傳感器 進行數據採集，同時通過所述控制箱控制所述壓縮裝置進行壓縮；所述位移傳感器和壓力 傳感器分別將壓縮試驗過程中所述壓縮裝置的位移和載荷輸送至所述計算機，由所述計算 機計算出壓縮密度和壓縮比能耗。
8.如權利要求7所述的一種模擬秸稈壓縮成型的裝置，其特徵在於所述壓縮裝置包 括一固設在所述機架底部上的底座，所述底座上設置有一「凸」字形的壓縮筒，所述壓縮筒 的凸部兩端通透，與底部中心孔連通成一秸稈壓縮腔；所述壓縮筒中設置有一固連在所述 壓力傳感器下部的壓杆，所述壓杆底端連接一與所述壓縮筒的內壁具有間隙的壓縮盤。
9.如權利要求8所述的一種模擬秸稈壓縮成型的裝置，其特徵在於所述底座包括一 固設在所述機架底部上的底板，所述底板上間隔均勻地固設有三塊以上三角形的支撐板； 各所述支撐板的頂部固設有一中心帶圓孔的平臺，所述壓縮筒的底部坐設在所述平臺上， 且所述平臺上的圓孔的中心與所述壓縮腔的軸心對準。
10.如權利要求7所述的一種模擬秸稈壓縮成型的裝置，其特徵在於所述壓縮裝置還 包括一底板，該底板設置在所述底座的平臺與所述壓縮筒底部之間。
11.如權利要求7所述的一種模擬秸稈壓縮成型的裝置，其特徵在於所述機架的兩立 柱中嵌設有兩絲槓，所述位移傳感器設在一側的所述絲槓頂端，兩所述絲槓之間通過螺紋 連接有一橫梁，所述壓力傳感器固連在所述橫梁下方；所述機架上還設有上限位、下限位以 及位移指針。
12.如權利要求7或11所述的一種模擬秸稈壓縮成型的裝置，其特徵在於所述控制 箱包括電機和編碼器，所述電機通過所述編碼器電連接所述計算機，所述電機的輸出軸連 接所述絲槓的底部；所述控制箱上設有緊急停止按鈕和手動控制按鈕。
13.如權利要求7或12所述的一種模擬秸稈壓縮成型的裝置，其特徵在於所述計算 機中預設值有一試驗方法編輯模塊和一計算模塊，所述試驗方法編輯模塊用於編輯「開式」 壓縮試驗和「閉式」壓縮試驗中的各試驗參數，並通過所述控制箱中的編碼器，驅動所述電 機帶動所述機架上的橫梁運動；所述計算模塊根據接收到所述位移傳感器和壓力傳感器輸 入的位移和壓縮載荷後，計算出壓縮密度和壓縮比能耗，所述計算模塊中預設置有壓縮密 度和壓縮比能耗的計算公式，所述壓縮比能耗的計算公式為E =旦——XlO"3 m式中，S(mm)是測得的壓縮位移，F(N)是測得的載荷，m(g)是待壓縮秸稈的總質量， l(mm)是壓縮盤運動的整個行程。
全文摘要
本發明涉及一種模擬秸稈壓縮成型的方法及裝置，包括以下步驟1)對選用的秸稈進行去葉和去毛根處理，取少許秸稈進行切短和乾燥處理後作為樣品；2)測定分析步驟1)中樣品的半纖維素、纖維素、酸性洗滌木質素、粗灰分和含水率；3)將步驟1)中剩下的秸稈進行風乾；4)依據壓縮筒的直徑，將步驟3)中的秸稈進行切短處理；5)將步驟4)中的秸稈進行復水處理；6)通過BlueHill 2軟體，根據步驟1)中測得的待壓縮秸稈的品種特性，對「開式」和「閉式」壓縮方法進行編輯；7)進行「開式」壓縮試驗和「閉式」壓縮試驗；8)至壓縮過程完全結束，按照步驟6)中設定的採樣頻率分別對「開式」壓縮試驗和「閉式」壓縮試驗過程中的位移和載荷進行記錄並保存，並計算應力、應變，以及秸稈密度和壓縮比能耗。本發明可以應用在秸稈壓縮成型過程的模擬研究中。
文檔編號G01N19/00GK101975721SQ20101027306
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月3日 優先權日2010年9月3日
發明者廖娜, 賀城, 陳龍健, 韓魯佳, 黃光群 申請人:中國農業大學