玉米秸秆茎叶分离特性研究及其分离机研制

论文摘要

玉米秸秆占我国农作物秸秆的27.39%,占我国农作物秸秆可收集资源的46%,但综合利用率较低,尚处在低效利用阶段,大多数玉米秸秆只是被简单地处理和利用。玉米秸秆的叶和髓含有丰富的营养成分,适于肥料化或饲料化利用,而玉米秸秆皮含有丰富的纤维素、半纤维素和木质素,适于能源化或秸秆代木化利用。只有将玉米秸秆叶、皮和髓进行分离,才能达到高效利用的目的。玉米秸秆的茎叶分离是其综合高效利用的关键技术之一选取郑单958、陕单136和沈单16三个品种的鲜玉米秸秆为研究对象,研究了品种、叶位、含水率对玉米秸秆茎叶结合强度的影响；研究了玉米秸秆在不同压扁厚度下其茎叶结合强度的变化规律和压扁对玉米秸秆节位处结构的破坏。在此基础上提出一种玉米秸秆茎叶分离方法——“压扁碾搓法”。根据“压扁碾搓法”的原理,设计并研制出一种玉米秸秆茎叶分离试验机。通过玉米秸秆茎叶分离试验,对茎叶分离机进行了参数优化和分离效果评价。研究得到以下结论：(1)秸秆品种间茎叶结合强度差异不大。三个品种的秸秆最大茎叶结合强度出现的节位有所不同,但都集中在雌穗穗位上下。三个品种的最大茎叶结合强度差异较小,在10.1 N/mm到10.3 N/mm之间。节位对茎叶结合强度的影响较为明显。各品种茎叶结合强度总体上由下到上依次增大,到雌穗穗位或其上一节达到最大值,此后下降。(2)随着含水率的降低,秸秆最大茎叶结合强度明显减小。未干燥时沈单16的含水率为82.56%,其最大茎叶结合强度为10.15N/mm。经80℃干燥12h后,含水率降至55.26%,其最大茎叶结合强度降至2.67N/mm。最大茎叶结合强度降至未干燥试样的26.3%。比较茎秆含水率和叶鞘含水率分别对茎叶结合强度的影响发现,叶鞘含水率与茎叶结合强度随节位的变化趋势具有一致性。(3)压扁可明显减小玉米秸秆茎叶结合强度。压扁程度越大,茎叶结合强度越小。不压扁时的茎叶结合强度最大。当含水率为17%左右,将秸秆分别压扁至4 mm、6 mm、8mm和10mm,其平均茎叶结合强度分别减小到未压扁时的9.2%、24.9%、35.9%和90.8%。考虑到压扁程度越大能耗越大,沈单16玉米秸秆的合理压扁厚度取为8mm。(4)样品经压扁后,所有样品的叶鞘与茎秆连接处,叶鞘均出现不同程度的横向断裂,且压扁程度越大,叶鞘横向断裂越严重。这证明压扁可显著降低茎叶结合强度。(5)设计研制的玉米秸秆茎叶分离试验机的试验参数调整灵活,能满足茎叶分离试验。选用含水率为21.68%的中科11号玉米秸秆进行茎叶分离正交试验,结果表明,秸秆茎叶分离影响因素的主次顺序依次是压辊间隙、剥辊速比和压辊转速。玉米秸秆茎叶分离的优选方案为：压辊转速200r/min,压辊间隙8mm,剥辊速比1.6,在此条件下,试验机剥叶率达到92.9%。(6)用“压扁碾搓法”对玉米秸秆进行茎叶分离具有理想的分离效果；研制的玉米秸秆茎叶分离试验机具有良好的试验性能。该研究为玉米秸秆茎叶分离开辟了新途径,为玉米秸秆高效综合利用奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 我国秸秆综合利用现状
• 1.1.3 亟待解决的问题
• 1.1.4 国内外秸秆茎叶分离的研究现状
• 1.2 研究的理论依据
• 1.3 研究的内容与技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 玉米秸秆的茎叶分离特性研究
• 2.1 材料和方法
• 2.1.1 试验内容
• 2.1.2 试验材料
• 2.1.3 试验装置
• 2.1.4 试验方法
• 2.1.5 茎叶分离特性评价指标
• 2.1.6 试验方案
• 2.2 试验结果及分析
• 2.2.1 秸秆品种和叶位对茎叶结合强度的影响
• 2.2.2 含水率对茎叶结合强度的影响
• 2.2.3 压扁对茎叶结合强度的影响
• 2.2.4 压扁对茎叶结合处结构破坏
• 2.3 本章小结
• 第三章 茎叶分离机整机设计
• 3.1 茎叶分离机设计方案
• 3.1.1 设计方案的提出
• 3.1.2 设计方案论证
• 3.2 整机设计
• 3.2.1 结构设计
• 3.2.2 主要参数设计
• 3.2.3 传动方案设计
• 3.3 茎叶分离机工作原理
• 3.4 本章小结
• 第四章 茎叶分离机关键零部件设计
• 4.1 压辊的设计
• 4.1.1 压辊工作的条件
• 4.1.2 压辊直径的确定
• 4.1.3 压辊的结构设计
• 4.1.4 压辊间隙调整机构设计
• 4.2 剥辊设计
• 4.3 刷辊设计
• 4.4 关键参数设计计算
• 4.4.1 压辊转速
• 4.4.2 压辊间隙
• 4.4.3 剥辊转速
• 4.4.4 刷辊转速
• 4.5 电机滑轨设计
• 4.6 试验机研制
• 4.7 本章小结
• 第五章 玉米秸秆茎叶分离试验
• 5.1 试验材料和设备
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 试验设备
• 5.2 试验方法
• 5.2.1 茎叶分离效果评价指标
• 5.2.2 试验参数的选择
• 5.2.3 分离机试验参数的调整方法
• 5.2.4 试验参数的测量方法
• 5.3 试验设计
• 5.3.1 因素水平设计
• 5.3.2 试验方案编制
• 5.4 试验结果及分析
• 5.4.1 试验结果
• 5.4.2 结果分析
• 5.5 验证试验
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介