0、引言
    目前，隨著我國畜牧業(yè)的快速發(fā)展，飼草料短缺已成為農(nóng)牧區(qū)一個(gè)突出的問題。因此，各種牧草、農(nóng)作物秸稈、經(jīng)濟(jì)作物的副產(chǎn)品和灌木枝葉等經(jīng)加工調(diào)制成塊狀粗飼料后，縮小了體積，增加了密度，提高了動(dòng)物的適口性和消化吸收率，明顯改善了動(dòng)物的飼喂效果。粗飼料壓塊加工技術(shù)是解決當(dāng)前我國農(nóng)牧區(qū)粗飼料不足問題的重要途徑之一。
    秸稈壓塊機(jī)是該生產(chǎn)技術(shù)的核心機(jī)械，混配后的牧草原料被連續(xù)不斷地推入壓縮室內(nèi)，再通過偏心壓輥的擠壓推向壓模孔。在原料前進(jìn)過程中，由于壓輥的推力、壓模的阻力、牧草間相互摩擦及變形阻力等的共同作用，使秸稈原料發(fā)生一系列理化反應(yīng)，如密度增大、溫度升高、有機(jī)成分發(fā)生變化、由生食變成熟食等。經(jīng)過高溫高壓的作用，原料不僅縮小體積、增大密度、殺滅有害霉菌、便于長期貯存運(yùn)輸，而且原料中的淀粉和糖類物質(zhì)也發(fā)生了酶化反應(yīng)，使飼料帶有濃郁的糊香氣味，增加了牲畜的適口性，提高了采食率。以9KS304顆粒壓塊機(jī)為試驗(yàn)裝置，對其生產(chǎn)率與功率進(jìn)行正交試驗(yàn)研究，在含水率不同的情況下改變環(huán)模與壓輥之間的間隙、變換不同的環(huán)模轉(zhuǎn)速，并對生產(chǎn)率與功率兩個(gè)指標(biāo)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，找出它們隨著含水率、轉(zhuǎn)速和間隙變化的規(guī)律，確定最優(yōu)方案，為壓塊機(jī)工藝參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)。
1、試驗(yàn)裝置（儀器）和試驗(yàn)物料。
1.1試驗(yàn)裝置
    以9KS304顆粒秸稈壓塊機(jī)為試驗(yàn)裝置，它由進(jìn)料斗、環(huán)模、壓棍、主軸、傳動(dòng)裝置和機(jī)座等部件組成。工作時(shí)，物料通過喂入機(jī)構(gòu)連續(xù)、均勻地送人環(huán)模與壓輥間的溝槽內(nèi)，通過環(huán)模與壓棍的相對運(yùn)動(dòng)，將物料逐漸壓入環(huán)模的模孔內(nèi)。在強(qiáng)烈的擠壓下，物料克服孔壁的摩擦阻力，不斷從環(huán)模式孔中呈條狀擠出。擠出時(shí)，條狀的物料被安裝在模外的切刀切成長度適宜的草塊。
1.2試驗(yàn)物料
    玉米秸稈是目前較為理想的飼料資源，牛、羊吃到胃里的消化率及降解率高于其他作物秸稈，而且玉米秸稈含單糖高、發(fā)酵快。風(fēng)干的玉米秸稈中各種營養(yǎng)物質(zhì)含量為：粗蛋白質(zhì)3.9%，粗脂肪0.9%，粗纖維37. 7%，無氮浸出物48.0%，粗灰分9.5%。
2、試驗(yàn)方法
2.1試驗(yàn)因素及試驗(yàn)水平的選取
    由于玉米秸稈在不同含水率、不同間隙（壓輥與環(huán)模間隙，以下簡稱間隙）、不同轉(zhuǎn)速（環(huán)模的轉(zhuǎn)速，以下簡稱轉(zhuǎn)速）下，壓塊的生產(chǎn)率和功率都要受到影響，所以把試驗(yàn)因素確定為含水率、間隙、轉(zhuǎn)速。其中，含水率是根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)選取4個(gè)水平，具體如表1所示，壓塊機(jī)環(huán)模與壓輥之間的間隙大小影響壓塊機(jī)的生產(chǎn)率和功率。當(dāng)間隙小于0. 2mm時(shí)，功率消耗的太大，同時(shí)生產(chǎn)率降低；當(dāng)間隙大于0.8 mm時(shí)，物料難以成形。因此，選0.2～0. 8mm之間的4個(gè)水平。壓塊機(jī)在73 r/min以下時(shí)速度較慢且生產(chǎn)率較低，所以選定73 r/min為一個(gè)水平；164r/min是壓塊機(jī)的最高轉(zhuǎn)速；再選定兩個(gè)中等轉(zhuǎn)速的水平。因此，轉(zhuǎn)速也選擇四水平。
2.2試驗(yàn)指標(biāo)
    對喂人前物料和成品進(jìn)行檢測，從以下指標(biāo)對壓塊前后的玉米秸稈進(jìn)行分析：生產(chǎn)率=成品的質(zhì)量( kg)/所用時(shí)間(h)。成品的質(zhì)量越高，壓塊時(shí)間越短，生產(chǎn)率就越高。電機(jī)的輸出功率由變頻裝置直接讀出。
    環(huán)模的轉(zhuǎn)速由變頻裝置調(diào)整。環(huán)模與壓輥之間的間隙應(yīng)保持很小，一般為0.1~0. 8mm，有時(shí)也增大到1mm。調(diào)節(jié)壓輥一般采用裝在壓輥與其回轉(zhuǎn)軸之間的偏心結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)此偏心結(jié)構(gòu)，可得到大小不同的壓粒間隙。壓力間隙過大，會影響壓塊機(jī)的生產(chǎn)率，甚至壓塊不成型；間隙過小，會加速壓輥與壓模之間的磨損，減少使用壽命。當(dāng)有兩個(gè)以上的壓輪時(shí)，各間隙應(yīng)相等。
    本試驗(yàn)以9KS304顆粒飼料機(jī)為試驗(yàn)裝置，經(jīng)過改裝后進(jìn)行壓塊試驗(yàn)。原料為玉米秸稈，用揉碎機(jī)揉碎成2—5cm的草段，調(diào)成40%一60%的4種含水率草料。未壓塊前取樣測取初始密度，壓塊后隨機(jī)取樣測得不同轉(zhuǎn)速、間隙及物料的含水率下的生產(chǎn)率，試驗(yàn)程序如圖1所示。
3、試驗(yàn)數(shù)據(jù)
    試驗(yàn)時(shí)，按照正交表L16安排試驗(yàn)，結(jié)果分析如表2所示。
    當(dāng)含水率、間隙選為較優(yōu)方案中的48. 55%和0. 80mm時(shí)，轉(zhuǎn)速、間隙、含水率與生產(chǎn)率、消耗電功率之間的關(guān)系如圖2-圖7所示。
4、分析與討論
    1)因素顯著性檢驗(yàn)結(jié)果顯示：間隙、轉(zhuǎn)速和含水率的改變對生產(chǎn)率有著顯著的影響。間隙的改變對生產(chǎn)率和功率的影響最大，其次是轉(zhuǎn)速；含水率對生產(chǎn)率和功率影響最小。
    2)隨著轉(zhuǎn)速的提高，破碎程度會增大，生產(chǎn)率減小，功率會增大。由此可知，轉(zhuǎn)速不是越高越好。
    3)由方差分析的直觀圖得出，試驗(yàn)的最佳水平組合為含水率在49%左右、轉(zhuǎn)速在164r/min、間隙在0. 8mm時(shí)，壓塊機(jī)的生產(chǎn)率和消耗的功率較優(yōu)。這一水平組合經(jīng)試驗(yàn)得出生產(chǎn)率為331.3kg/h，功率為13. 89kW。每公斤消耗功率為0.042kW/kg，濕密度為0. 83g/cm2，干密度為0.44g/cm3。雖然其他幾組試驗(yàn)消耗功率低于0. 042kW/kg，但生產(chǎn)率偏低。
    4)為了直觀起見，因素的水平作為橫坐標(biāo)，指標(biāo)作為縱坐標(biāo)，得出因素與指標(biāo)的趨勢圖。間隙一定時(shí)，轉(zhuǎn)速、含水率與生產(chǎn)率、功率的關(guān)系曲線如圖4、圖7所示；轉(zhuǎn)速一定時(shí)，間隙與生產(chǎn)率（功率）的關(guān)系曲線如圖3、圖6所示；含水率一定時(shí)，轉(zhuǎn)速、間隙與生產(chǎn)率（功率）的關(guān)系曲線如圖2、圖5所示。
5、結(jié)論
    1)利用9KS304顆粒壓塊機(jī)對玉米秸稈進(jìn)行壓塊試驗(yàn)的研究結(jié)果表明：試驗(yàn)因素對生產(chǎn)率和功率的影響由大到小依次為間隙、轉(zhuǎn)速、含水率。
    2)玉米秸稈在含水率為49%、轉(zhuǎn)速為164r/min、間隙為0.8 mm時(shí)，生產(chǎn)率達(dá)到了最大值，且電機(jī)輸出功率較低，干、濕密度都較高。經(jīng)檢測，以玉米秸稈為代表的牧草在不同條件下壓塊，其生產(chǎn)率和功率都不同。在含水率為49%，轉(zhuǎn)速為164r/min，間隙為0．8mm時(shí)，生產(chǎn)率和功率是較優(yōu)的。
    3)隨著含水率的增加，破碎程度會增大，成品質(zhì)量會減小，生產(chǎn)率降低，功率隨之增大。
6、展望
    在本次試驗(yàn)中，關(guān)于壓縮過程中的動(dòng)態(tài)性能以及改變環(huán)模、壓輥直徑和不同農(nóng)業(yè)物料條件下對生產(chǎn)率、功率的影響問題，由于時(shí)間經(jīng)費(fèi)有限，沒有進(jìn)行分析，有待于以后深入探討，富通新能源生產(chǎn)銷售秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)等生物質(zhì)成型燃料機(jī)械設(shè)備。