常見(jiàn)農(nóng)作物秸稈的物料特性及切碎方法研究

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1、常見(jiàn)農(nóng)作物秸稈的物料特性及切碎方法研究 摘要 摘 要: 針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中數(shù)量最多的副產(chǎn)品農(nóng)作物秸稈，其物料特性研究主要有秸稈的組織結(jié)構(gòu)、秸稈的化學(xué)成分、秸稈的物理特性和秸稈的切碎特性等方面; 本文分別介紹了滾筒式切碎 　　摘 要: 針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中數(shù)量最多的副產(chǎn)品農(nóng)作物秸稈，其物料特性研究主要有秸稈的組織結(jié)構(gòu)、秸稈的化學(xué)成分、秸稈的物理特性和秸稈的切碎特性等方面; 本文分別介紹了滾筒式切碎、圓盤(pán)式切碎、錘片式切碎、組合式切碎等幾種典型的秸稈切碎方法。開(kāi)展秸稈物料特性分析、適合多種類(lèi)型農(nóng)作物秸稈的復(fù)合式秸稈粉碎機(jī)是農(nóng)作物秸稈資源化利用的一些研究方向。 　　關(guān)鍵

2、詞: 農(nóng)作物秸稈; 物料特性; 切碎方法; 研究 　　1 農(nóng)作物秸稈的物料特性 　　1. 1 農(nóng)作物秸稈的組織結(jié)構(gòu)水稻、小麥、玉米、高粱等禾本科作物的植株由根、莖、葉、花和籽實(shí)等器官組成，莖、葉是秸稈的主要組成部分。禾本科作物的莖呈圓筒狀，莖中有髓或有空腔，莖可分為若干節(jié)，節(jié)與節(jié)之間的部分叫節(jié)段。水稻和小麥的莖稈比較細(xì)軟，地上部分有 5 ～ 6 節(jié)，節(jié)間中空，曲折度大，有彈性; 玉米、高粱的莖為實(shí)心，莖高大，地上部分節(jié)數(shù)有 17 ～ 18 節(jié)，節(jié)間粗、堅(jiān)硬、不易折斷; 棉稈屬于一年生禾本科植物，正株棉包括根、莖、冠 3 部分，根系由主根和毛根組成，莖由主干和支干組

3、成，冠由分枝、葉、桃組成，橫向截面分為皮、木質(zhì)部和髓 3 部分，按重量比，棉花秸稈 (圖 1) 的皮占 30%、木質(zhì)部分占 65%、髓占 4. 5%，按體積比，棉花秸稈的皮占 20. 47%、木質(zhì)部占 63. 3%、髓占 15. 95%。 　　1. 2 農(nóng)作物秸稈的化學(xué)成分農(nóng)作物秸稈是由大量的有機(jī)物和少量的無(wú)機(jī)物及水所組成的，其中有機(jī)物的主要成分是纖維素類(lèi)物質(zhì)和可溶性糖類(lèi)組成的纖維素類(lèi)碳水化合物，除此之外還包括少量的粗蛋白質(zhì)和粗脂肪。由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等物質(zhì)組成的纖維素類(lèi)物質(zhì)是植物細(xì)胞壁的主要成分。 　　1. 3 農(nóng)作物秸稈的物理特性農(nóng)作物秸稈具有松散、體積大、

4、密度小的特性，不便于運(yùn)輸、貯存和加工處理，其本身的物理特性是影響秸稈切割、揉搓、壓縮及粉碎等加工的主要因素。不同農(nóng)作物秸稈的物理特性不盡相同，同一種農(nóng)作物秸稈受作物產(chǎn)地、成熟度等多種因素的影響，其物理特性也有一定的差別。纖維素是農(nóng)作物秸稈中的主要成分，使農(nóng)作物秸稈保持了一定彈性和機(jī)械強(qiáng)度。半纖維素由多聚糖組成，在貯存過(guò)程中易水解，轉(zhuǎn)變成木質(zhì)素。木質(zhì)素在農(nóng)作物秸稈中占 20%左右的含量，其獨(dú)特 3 維空間結(jié)構(gòu)由苯丙烷結(jié)構(gòu)單體構(gòu)成，保證了農(nóng)作物秸稈高的硬度和剛度。農(nóng)作物秸稈的組織結(jié)構(gòu)在軸向和徑向上有所不同，表現(xiàn)出不同的力學(xué)性質(zhì)，使農(nóng)作物秸稈在切割、揉搓、壓縮及粉碎等加工過(guò)程中，體現(xiàn)出了抗拉、抗折、

5、抗彎、抗擠壓、抗剪切抗磨、抗撕等各種特性; 同時(shí)，農(nóng)作物秸稈的外皮機(jī)械強(qiáng)度高，內(nèi)穰機(jī)械強(qiáng)度較低。國(guó)外對(duì)麥秸、飼草等軟莖稈的拉伸強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、彈性模量、剛度模量等物理特性研究較多 (O Dogherty，1995)，國(guó)內(nèi)開(kāi)展的研究較少，孫驪 (1998)、徐學(xué)耘 (2000) 等對(duì)麥秸和棉桿的物理特性作了初步的分析[10-12]。 　　2 農(nóng)作物秸稈的切碎方法 　　在農(nóng)作物收獲后，秸稈一般都不能直接利用，需要通過(guò)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行加工后才可以進(jìn)行飼料化、肥料化、能源化等資源化利用，秸稈切碎是進(jìn)行秸稈資源化利用基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)農(nóng)作物秸稈的資源化利用方式多種多樣，但是部分利用

6、方式還處于研究階段，在實(shí)際生產(chǎn)中沒(méi)有得到很好的應(yīng)用。根據(jù)對(duì)秸稈進(jìn)行切碎加工時(shí)施力種類(lèi)與方式的不同，秸稈加工有彎曲折斷、剪切破壞、撕裂、粉碎等的切碎加工方式，目前國(guó)內(nèi)農(nóng)作物秸稈加工機(jī)具的研究設(shè)計(jì)基本上都按上述幾種方式進(jìn)行，鍘草機(jī)、粉碎機(jī)、揉搓 (切) 機(jī)等是秸稈切碎加工的主要設(shè)備[18]。 　　2. 1 滾筒式切碎農(nóng)作物秸稈的滾筒式切碎通過(guò)滾筒式切碎機(jī)完成。滾筒式切碎機(jī) (圖 2) 有螺旋滾筒式和平板刀滾筒式，滾筒式秸稈切碎機(jī)由上喂入輥、下喂入輥、定刀片、切碎滾筒等組成。工作時(shí)，上下喂入輥以相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，秸稈等草料被壓緊送入，由滾筒上的動(dòng)刀片配合定刀片將秸稈等草料切成碎段，從排出槽

7、排出，或從風(fēng)扇吹到指定地點(diǎn)[19]。適用于切碎長(zhǎng)桿類(lèi)農(nóng)作物秸稈。 　　2. 2 圓盤(pán)式切碎機(jī)農(nóng)作物秸稈的圓盤(pán)式切碎通過(guò)圓盤(pán)式切碎機(jī)完成。圓盤(pán)式切碎機(jī)也叫盤(pán)刀式切碎機(jī) (圖 3)，圓盤(pán)式飼草切碎機(jī)在構(gòu)造上與滾筒式相似，喂入部分多了一個(gè)鏈板式輸送器。工作時(shí)，秸稈等草料在鏈?zhǔn)捷斔推魃纤拖蛭谷胼?，喂入輥將草料壓緊卷入，由動(dòng)刀片配合定刀片把飼草切成碎段，由拋送葉板拋送到貯存地點(diǎn)。圓盤(pán)式切碎機(jī)質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、縱向尺寸小、刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，有利于克服負(fù)荷不均，工作時(shí)切碎均勻[19]。適用于切碎長(zhǎng)桿類(lèi)農(nóng)作物秸稈，切碎小麥秸稈、水稻秸稈效果一般。 　　2. 3 錘片式切碎錘片式切碎設(shè)備是

8、錘片式粉碎機(jī) (圖 4)，可以通過(guò)篩片控制切碎后物料的粒度，完成對(duì)物料的細(xì)粉碎，我國(guó)的錘片式粉碎機(jī)主要以粉碎糧食等精飼料為主，粉碎機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上由錘片固定銷(xiāo)軸安裝多組錘片，按照進(jìn)料方向的不同，可分為切向進(jìn)料式、軸向進(jìn)料式、徑向進(jìn)料式 3 種[20]。錘片式粉碎機(jī)在工作狀態(tài)下的錘片成射線(xiàn)狀分布，物料在進(jìn)入粉碎室后，被錘片擊打，并撞擊篩片，直至被粉碎物料破碎粒度小于篩孔直徑時(shí)，物料通過(guò)篩網(wǎng)，完成物料的粉碎。在打擊、撞擊的同時(shí)，物料還受到錘片端部及篩面的摩擦、搓擦作用而進(jìn)一步粉碎。錘片式切碎方式能耗比較高，適合加工經(jīng)粗碎后的秸稈物料。在粉碎稻草、小麥秸稈時(shí)效果較好，長(zhǎng)桿類(lèi)農(nóng)作物秸稈直接采用錘片式

9、粉碎機(jī)的加工效率較低[21]。 　　3 結(jié)論目前，我國(guó)對(duì)大量農(nóng)作物秸稈的各種資源化利用技術(shù)研究很多。但是農(nóng)作物秸稈的實(shí)際利用率不高，農(nóng)作物秸稈資源浪費(fèi)嚴(yán)重。全國(guó)應(yīng)根據(jù)各個(gè)地方的不同特點(diǎn)研究各自適宜的農(nóng)作物秸稈利用模式，加大對(duì)技術(shù)研究的投入，加強(qiáng)管理，減少秸稈焚燒等形式對(duì)資源的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的破壞，盡快形成一種良性循環(huán)的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。分析不同農(nóng)作物秸稈原料的物料特性，根據(jù)農(nóng)作物秸稈的物料特性對(duì)開(kāi)展農(nóng)作物秸稈高效生產(chǎn)加工技術(shù)的研究，提供理論技術(shù)支撐，對(duì)農(nóng)作物秸稈資源化利用將會(huì)有很大的幫助。根據(jù)現(xiàn)有農(nóng)作物秸稈切碎方法，結(jié)合農(nóng)作物秸稈的物料特性和切碎特性，大力開(kāi)展組合式農(nóng)作物秸稈切碎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行適合多種類(lèi)型農(nóng)作物秸稈的復(fù)合式秸稈粉碎機(jī)將是農(nóng)機(jī)科研人員應(yīng)該考慮的問(wèn)題。 　　參考文獻(xiàn) 　　[1]譚瑞虹. 西北地區(qū)主要農(nóng)作物秸稈的熱物性研究 [D]. 咸陽(yáng): 西北農(nóng)林科技大學(xué)，2017. 　　[2] 李玉道，杜現(xiàn)軍，宋占華，等. 棉花秸稈剪切力學(xué)性能試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27 ( 2) 124-128. 　　《常見(jiàn)農(nóng)作物秸稈的物料特性及切碎方法研究》來(lái)源：《農(nóng)業(yè)與技術(shù)》，作者：李浩，班婷，郭兆峰，沈衛(wèi)強(qiáng)。