番茄秸稈混料立式螺旋帶式混合方法及性能試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著我國設(shè)施園藝快速發(fā)展，產(chǎn)生大量園藝作物秸稈與殘茬，污染環(huán)境，加重病蟲害。研究發(fā)現(xiàn)，秸稈就近粉碎、混合、發(fā)酵基質(zhì)化造肥處理是園藝作物秸稈低成本資源化處理一種有效方法；其需要解決的關(guān)鍵問題之一，是如何實(shí)現(xiàn)秸稈碎料與發(fā)酵菌種的高效混合。本文以作為基質(zhì)原料的番茄秸稈碎料為主要研究對象，針對其資源化利用處理中與發(fā)酵菌種的混合工藝以及節(jié)能與高效要求，開展立式螺旋帶式混合方法及機(jī)理系統(tǒng)研究，為研發(fā)園藝作物秸稈碎料與發(fā)酵菌種的高效混合專用設(shè)備提供理

2、論依據(jù)。主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下：
　　(1)立式螺旋帶式混合方法及其理論研究
　　針對番茄秸稈碎料與發(fā)酵菌種的混合問題，依據(jù)現(xiàn)有的固體混合設(shè)備選擇決策邏輯，提出立式螺旋帶式混合方法，開展了相關(guān)理論分析與研究：首先設(shè)計了立式螺旋帶式混合設(shè)備結(jié)構(gòu)模型，其由物料桶與一個垂直的內(nèi)外雙螺旋帶攪拌葉片組成；其后對立式螺旋帶式混合設(shè)備的混合過程及機(jī)理定性分析發(fā)現(xiàn)，物料桶內(nèi)整體區(qū)域的混合物料是以對流混合為主，伴隨著剪切混合與擴(kuò)散混合的復(fù)雜過

3、程，有大量湍流現(xiàn)象的產(chǎn)生；然后對混合物料進(jìn)行動力學(xué)分析，研究其主要性能及影響因素發(fā)現(xiàn)，攪拌葉片的半徑、螺距和旋轉(zhuǎn)速度都對混合物料的軸向速度產(chǎn)生非線性影響；最后通過混合物料的攪拌功率計算，分析發(fā)現(xiàn)，填料高度、攪拌葉片的寬度和旋轉(zhuǎn)速度都對混合物料的功率有一次線性遞增影響，攪拌葉片的半徑則對其功率有二次線性遞增的影響。
　　(2)番茄秸稈碎料的特性測定與試驗(yàn)分析
　　以成熟時期番茄秸稈為測定對象，通過3FC-500型秸稈切割粉碎機(jī)

4、切割獲得秸稈碎料，觀察其幾何形狀特征，可將其簡化為長度均值為6.93mm、直徑均值為2.09mm的圓柱形；分別采用TA.XTPLUS物性測試儀拉伸模塊，剪切模塊和摩擦力模塊套件，測得番茄秸稈碎料的彈性模量為235.2Mpa，剪切模量為5.38Mpa，番茄秸稈碎料之間靜摩擦系數(shù)為1.17，番茄秸稈碎料之間動摩擦系數(shù)為1.02，番茄秸稈碎料與鋼材之間的靜摩擦系數(shù)為0.97，番茄秸稈碎料與鋼材之間的動摩擦系數(shù)為0.84；采用MJ33水分測試儀

5、測得番茄秸稈碎料的含水率均值為22.61％；采用JA31002電子天平，利用填充法，測得堆積密度188.02kg.m-3和孔隙率58.56%，計算其真密度為453.72kg.m-3；采用高速攝像技術(shù)，測得番茄秸稈碎料之間，番茄秸稈與鋼材之間的恢復(fù)系數(shù)分別為0.2029,0.1935。以上這些秸稈碎料的特性為進(jìn)一步開展立式螺旋帶式混合離散元仿真研究提供了基礎(chǔ)與依據(jù)。
　　(3)立式螺旋帶式混合離散元仿真與試驗(yàn)研究
　　建立離散

6、元模型，通過對離散元參數(shù)標(biāo)定，采用正交試驗(yàn)的方法，對模擬仿真與實(shí)際試驗(yàn)的堆積角進(jìn)行對比，確定適合于番茄秸稈碎料仿真試驗(yàn)組合：顆粒間靜摩擦因數(shù)1.1，顆粒密度450kg.m-3，顆粒間粘性系數(shù)2000，開展離散元仿真試驗(yàn)研究：
　?、偻ㄟ^對單個物料顆粒的運(yùn)動過程仿真研究發(fā)現(xiàn)：物料顆粒群上表面徑向中心區(qū)域位置的物料顆粒沿著內(nèi)螺旋帶攪拌葉片螺旋下降，速度穩(wěn)定，物料桶底部徑向外部區(qū)域的物料顆粒沿著外螺旋帶攪拌葉片振蕩上升，速度較慢；

7、>　　②通過對徑向中心區(qū)域多個物料顆粒在不同因素下的軸向平均位移仿真研究發(fā)現(xiàn)：受擴(kuò)散混合影響，多個物料顆粒的軸向下降平均速度要比單個顆粒慢得多；不同旋轉(zhuǎn)速度情況下，軸向平均位移從大到小順序?yàn)?0r/min、60r/min、90r/min，不同螺距情況下，軸向平均位移從大到小順序?yàn)?75mm、150mm、400mm，不同填料高度情況下，軸向平均位移從大到小順序?yàn)?00mm、360mm、440mm；
　　③通過對徑向外邊緣區(qū)域多個物料

8、顆粒在對不同因素下的軸向平均位移仿真研究發(fā)現(xiàn)：多個物料顆粒的軸向上升平均位移，受擴(kuò)散混合影響較小；不同旋轉(zhuǎn)速度情況下，軸向平均位移從大到小順序?yàn)?0r/min、60r/min、30r/min，不同螺距情況下，軸向平均位移從大到小順序?yàn)?50mm、275mm、400mm，不同填料高度情況下，軸向平均位移的從大到小順序?yàn)?00mm、360mm、440mm；
　?、懿捎脝我蛩卦囼?yàn)法，對待發(fā)酵的番茄秸稈碎料與粘有發(fā)酵菌種番茄秸稈碎料混合運(yùn)

9、動仿真，研究不同因素下立式螺旋帶式混合性能，分析發(fā)現(xiàn)：隨著攪拌葉片螺距的增加，混合均勻度得到提高，混合功耗呈先增大后減小的趨勢，隨著攪拌葉片旋轉(zhuǎn)速度的增加，混合均勻度同樣得到提高，功耗呈大幅度提高的趨勢，隨著填料高度的增加，攪拌均勻度呈降低趨勢，功耗呈增加趨勢。
　　(4)樣機(jī)試制與試驗(yàn)研究
　　設(shè)計并搭建了一種立式螺旋帶式混合試驗(yàn)裝置，具有根據(jù)試驗(yàn)要求精確控制攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)速度，取料加料，攪拌葉片的快速更換，以及轉(zhuǎn)矩的實(shí)時

10、采集等功能。采用該試驗(yàn)裝置分別開展了以攪拌葉片螺距，旋轉(zhuǎn)速度和填料高度為單因素的試驗(yàn)，以及以攪拌葉片螺距，旋轉(zhuǎn)速度和填料高度為多因素的回歸正交試驗(yàn)，研究結(jié)果表明：隨著攪拌葉片螺距的增加，混合均勻度得到提高，混合功耗呈先增大后減小的趨勢，隨著攪拌葉片旋轉(zhuǎn)速度的增加，混合均勻度同樣得到提高，功耗呈大幅度提高的趨勢，隨著填料高度的增加，攪拌均勻度呈降低趨勢，功耗呈增加趨勢；混合均勻度與攪拌葉片螺距，填料高度和旋轉(zhuǎn)速度存在一次線性關(guān)系，影響的主