0、引  言
    秸稈類生物質(zhì)壓塊是以農(nóng)作物秸稈為原料經(jīng)粉碎、調(diào)濕、壓力成型為規(guī)則幾何形狀的生物質(zhì)固體能源產(chǎn)品。與普通薪柴燃料相比，它具有密度高、形狀和性質(zhì)均一、燃燒性能好、熱值高、便于運(yùn)輸和裝卸等特點(diǎn)。本文研究對(duì)象為應(yīng)用廣泛的環(huán)模式壓塊成型機(jī)，這種成型設(shè)備的特點(diǎn)是無(wú)需外部熱源，僅通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程中自身產(chǎn)熱即可使原料中的木質(zhì)素軟化、粘結(jié)成型，從而降低整體成型能耗。
    秸稈類生物質(zhì)壓塊棱角撕裂倒鈍是指壓塊成品在出模過(guò)程中棱角邊緣被撕裂，橫截面直角處的原料剝落后形成粗糙的圓角裂痕。模孔棱角處淤塞的原料會(huì)增加壓塊設(shè)備運(yùn)行阻力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響產(chǎn)品正常出模。因此，壓塊棱角撕裂倒鈍現(xiàn)象對(duì)壓塊成品質(zhì)量以及壓塊成型設(shè)備本身均有影響，但在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中尚未見(jiàn)到相關(guān)研究的報(bào)道。本文將針對(duì)此現(xiàn)象的形成機(jī)理進(jìn)行數(shù)值模擬分析，并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比研究，從原料特性和設(shè)備結(jié)構(gòu)方面人手提出改進(jìn)措施，為壓塊成型工藝及成型設(shè)備的改進(jìn)提供技術(shù)依據(jù)。
1、秸稈壓塊機(jī)模壓原理與棱角撕裂倒鈍現(xiàn)象的影響
    環(huán)模式壓塊設(shè)備（如圖1）的主要工作部件為環(huán)模和壓輥。其工作過(guò)程如下：秸稈原料經(jīng)過(guò)預(yù)處理工序，由螺旋進(jìn)料設(shè)備輸送至成型部件處；壓輥同時(shí)圍繞自身中心0’及環(huán)模中心0做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向見(jiàn)圖1；A區(qū)的原料在壓輥一環(huán)模相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦力、壓輥徑向壓力的共同作用下沿楔向進(jìn)入模孔中，從而形成壓塊成品，富通新能源生產(chǎn)銷售環(huán)模式秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)等生物質(zhì)成型機(jī)械設(shè)備。
    壓輥上的作用力欲將秸稈原料壓入環(huán)模模孔內(nèi)，應(yīng)滿足關(guān)系式：
    因此，壓輥對(duì)物料的包角應(yīng)滿足使壓輥產(chǎn)生相對(duì)滾動(dòng)而不滑動(dòng)的條件。
    棱角撕裂倒鈍現(xiàn)象對(duì)壓塊質(zhì)量以及壓塊設(shè)備的影響：
    1)淤塞在模孔棱角處的原料增大了壓塊與模孔內(nèi)壁間的摩擦力，壓塊出模過(guò)程中克服摩擦所消耗的能量增多，從而導(dǎo)致設(shè)備整體能耗增加；同時(shí)模孔工作應(yīng)力提高，易加劇應(yīng)力集中引起的短期疲勞，模具產(chǎn)生裂紋、剝落；
    2)增大的壓塊出模阻力導(dǎo)致超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，增大傳動(dòng)部件的輸出扭矩，致使傳動(dòng)部件與環(huán)模、壓輥等零部件的磨損加劇、工作壽命縮短；
    3)破損毛糙的外形影響壓塊成品外觀質(zhì)量，同時(shí)周邊碳化殼被破壞會(huì)降低成品抗跌碎性、抗變形性等耐久性指標(biāo)，而耐久性是評(píng)價(jià)壓塊品質(zhì)的重要性能指標(biāo)；
    4)在后續(xù)原料壓入力不變的情況下，摩擦阻力的增大延長(zhǎng)了壓塊在模孔內(nèi)滯留時(shí)間，導(dǎo)致壓塊致密程度提高。當(dāng)壓塊密度超出一定范圍后，其點(diǎn)火性能減弱，燃燒過(guò)程中內(nèi)部揮發(fā)分溢出阻力加大，燃燒速度降低，易造成“燒不透”的現(xiàn)象。
2、試驗(yàn)方案
2.1試驗(yàn)內(nèi)容
    為使試驗(yàn)數(shù)據(jù)更具對(duì)比性，試驗(yàn)過(guò)程中選取的環(huán)模式生物質(zhì)壓塊成型設(shè)備除模孔截面形狀不同外，其余結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同，其結(jié)構(gòu)組成示意圖見(jiàn)圖2；試驗(yàn)所需原料種類、粒度、含水率亦完全相同。試驗(yàn)以收獲2月后的玉米秸稈為原料，將其含水率調(diào)節(jié)至20%，粉碎粒度80mm，原料含水率采用快速含水率測(cè)定儀測(cè)量，原料粉碎粒度通過(guò)調(diào)節(jié)鍘草機(jī)鍘切長(zhǎng)度得到。
    在圖2中，符合試驗(yàn)條件的原料由上料輸送機(jī)經(jīng)由螺旋進(jìn)料器輸送至成型部件處被壓制成壓塊成品；螺旋進(jìn)料器與主成型部件由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，二者通過(guò)同一根主軸連接，主軸轉(zhuǎn)速通過(guò)減速機(jī)調(diào)節(jié)至合理生產(chǎn)轉(zhuǎn)速(120r/min)。本試驗(yàn)在相同測(cè)試條件下對(duì)比未經(jīng)過(guò)棱角倒圓處理的成型模孔（孔型工）與經(jīng)倒圓處理的模孔（孔型Ⅱ）壓塊成型的難易程度，以判定不同孔型對(duì)秸稈壓塊出模阻力的影響。孔型I與孔型Ⅱ的橫截面尺寸見(jiàn)對(duì)比圖3。
2.2試驗(yàn)結(jié)果
    試驗(yàn)過(guò)程中溫度由手持式紅外測(cè)溫儀測(cè)定，孔型I環(huán)模的外壁溫度為91.OqC，孔型Ⅱ環(huán)模的外壁溫度為104.3℃，測(cè)試環(huán)境溫度29℃。試驗(yàn)中不同孔型壓塊成型設(shè)備的產(chǎn)量．能耗關(guān)系見(jiàn)圖4。圖中孑L型I的噸產(chǎn)能耗在a點(diǎn)之后異常增大，此時(shí)出模的壓塊成品中出現(xiàn)較明顯的棱角撕裂倒鈍現(xiàn)象，圖5為此階段出模的壓塊成品與正常出模的成品外形對(duì)比圖。正常出模的秸稈壓塊周邊光滑、4個(gè)棱角邊線清晰分明；產(chǎn)生棱角撕裂倒鈍現(xiàn)象后的秸稈壓塊無(wú)明顯棱角且表面毛糙不光滑，甚至導(dǎo)致壓塊的橫截面呈圓形。
    在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，孔型I的能耗曲線均在孔型Ⅱ的之上，說(shuō)明孔型I的壓塊在出模過(guò)程中克服的阻力大于孔型Ⅱ，增大的摩擦力同時(shí)造成環(huán)模溫度升高。可見(jiàn)經(jīng)倒圓角處理后的模孔與壓塊之間在棱角處的相互作用力明顯下降，設(shè)備能耗也大幅降低。而孔型I在a點(diǎn)發(fā)生棱角撕裂倒鈍現(xiàn)象后能耗突增的現(xiàn)象，進(jìn)一步說(shuō)明出模阻力是影響壓塊成型設(shè)備噸產(chǎn)能耗的最主要因素。