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新鲜草物料压缩过程的流变学研究

杜健民  
【摘要】:本试验研究以新鲜的典型牧草、饲料作物和作物秸秆为研究对象,以一次喂入压缩后形成的草片为研究单元,以“开式”压缩为试验基础,使用 LABVIEW 数据采集系统和 MATLAB 数据分析系统,在压捆机实际工作环境下研究草物料在高密度压缩全过程中的流变学特性,以及新鲜高密度成型草产品的生产工艺和贮存过程中的营养变化。通过试验研究得出了以下新的结论: 1、新鲜草物料每经历一次压缩,活塞和草片的受力均存在着快速上升、骤降、缓慢下降和急剧下降4个阶段,且骤降值与物料的形态和草片在压缩室的位置有关,缓慢下降阶段是典型的应力松弛阶段;压缩时的最大压缩力只与物料的形态和压缩室结构有关,而与压捆机的动力提供无直接关系;压缩全过程草片在压缩室各个位置上的最大压缩力与最小变形恢复力的特性存在明显的差异,这是因两个力虽然在每次压缩时均出现,但存在本质区别造成的。 2、本试验研究提出了在压缩过程中密度变化存在一个密度点和三个密度区域的观点;以三种不同形态的物料为研究对象,在不同的喂入量下对草片在压缩全过程一个密度点和三个密度区域的变形恢复进行了试验分析,建立了相应的数学模型,并对其产生的原因进行了综合分析,提出了根据密度平稳区域的位置确定压缩室长度的观点;对由于变形恢复造成的无用功耗进行了量化分析,并确定了影响功耗的主要原因。 3、发现了在压捆机实际工作条件下,新鲜草物料压缩时存在着三种应力松弛;提出了用应力松弛下降速率作为选择压捆机压缩频率依据的观点,并综合分析各种影响因素,提出了合理的压缩频率值和压缩室长度的选择范围,为合理确定压捆机的压缩频率和结构参数提供了依据。 4、对高密度压捆机的三维应力进行了试验研究,获得了压缩全过程草片在不同位置 Z、Y 方向上的应力变化规律;提出了压缩过程中在 Z、Y 方向同样产生流变学变化的观点;得出了在密度平稳区域是 Z、Y 方向草片最大变形恢复应力区域和产生主要摩擦力的区域的结论,对于工程实际设计具有意义。 5、通过试验分析得出了压捆机出料口尺寸高度的减小对压缩全过程产生非常大影响的结论;寻找到了对全过程的压缩力、消耗功和应力松弛的影响规律,提出了单纯依靠减小出料口尺寸高度的办法来提高压缩密度的办法是不经济的观点。 6、通过对草片形态稳定性的试验分析,寻找到了草片在压缩全过程上、下截面变形恢复力及其变形恢复力差异的变化规律;得出了在压缩过程中和草捆贮运时,变性恢复力是造成草捆尺寸改变、变形恢复力的差异是造成草捆形状改变根源的结论,并为活塞压缩力作用点位置的调整、活塞的结构设计以及捆绳位置的调整 和材料的选择提供了依据。 7、通过新鲜高密度成型草产品生产过程和产品在贮运过程中营养转变的试验分析,得出了新鲜牧草、饲料作物和作物秸秆经过高密度压缩缠膜后,不仅提高了产品的贮运性能、商品性,而且较理想地保持了新鲜草物料原有的营养成分的结果,尤其对于豆科类不宜青贮的植物,其营养保持效果更加明显。


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