我國是農(nóng)業(yè)大國，秸稈能源相當豐富，它不僅是優(yōu)良的燃料資源，還是寶貴的粗飼料資源。但是在農(nóng)村，由于秸稈所占面積較大，很多被當即焚燒，造成了秸稈能源的浪費。而秸稈經(jīng)壓縮之后，不僅提高熱效率，還便于存放、儲存，牲畜采食率也高，而其排放的污染物低于煤。大量燃燒一次性能源，會排放大量的S02和C02等，秸稈中硫的質(zhì)量分數(shù)遠小于煤炭，僅為0.12%～0.18%，煤炭中硫的質(zhì)量分數(shù)一般在0.8%左右。因此秸稈壓實技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。但是目前的
秸稈壓塊機存在著很多的不足，如產(chǎn)出率低、生產(chǎn)成本偏高等，從而限制了成型機的推廣。因此，如何提高秸稈燃料產(chǎn)出率、降低生產(chǎn)成本，就成了它能否在市場上應(yīng)用的關(guān)鍵。
1、旋轉(zhuǎn)式秸稈燃料壓塊機的工作原理
以農(nóng)作物秸稈為原材料，設(shè)計一種高產(chǎn)加工植物作物機器。這種機器可以將農(nóng)作物秸稈原材料壓成圓柱體狀的成品。它的優(yōu)點是將自然界植物作物的廢料加工成燃料，消耗自然界的可再生資源，無污染，有利于環(huán)保。為了提高秸稈燃料生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，設(shè)計了一種旋轉(zhuǎn)式秸稈燃料成型機，然后為進一步提高秸稈燃料生產(chǎn)率，對成型機的幾個重要參數(shù)進行了優(yōu)化。
旋轉(zhuǎn)式秸稈燃料成型機與以往的成型機有著很大的不同。以往的秸稈燃料成型機主要有兩個成型缸：預(yù)壓缸和壓實缸，這兩個缸是固定不動的。其成型過程一般分為兩個階段，送料預(yù)壓階段和壓實推出階段，而且這兩個階段是在相互垂直的兩個方向上進行的，即預(yù)壓完成之后，把預(yù)壓的燃料推到成型缸內(nèi)進行壓實然后推出。這樣增加很多的等待時間，造成時間浪費，從而使產(chǎn)出率偏低。
旋轉(zhuǎn)式秸稈成型機是液壓驅(qū)動活塞桿沖壓成型的，主要由三個相同的壓縮棒、三個等大的成型缸、工作臺、料斗及輸送裝置組成。
因為三個成型缸是相同而且旋轉(zhuǎn)的，故把在輸送裝置下半部位置的缸作為推出缸。推出缸下面的工作臺有一個和成型缸直徑等大的孔，便于秸稈成品推出。秸稈成型流程圖如圖l。成型原理如下：第一個周期，粉碎好的秸稈原料輸送到預(yù)壓缸并進行預(yù)壓，預(yù)壓動作完成之后，三個成型缸旋轉(zhuǎn)1200，即預(yù)壓缸旋轉(zhuǎn)到壓實缸的位置，壓實缸旋轉(zhuǎn)到推出缸的位置，推出缸旋轉(zhuǎn)到預(yù)壓缸的位置，旋轉(zhuǎn)結(jié)束，預(yù)壓缸再進料預(yù)壓，同時，壓實缸進行壓實，此時，推出缸是空的，兩個動作完成之后再旋轉(zhuǎn)1200，此時，預(yù)壓缸進料預(yù)壓，壓實缸進行壓實，推出缸推出秸稈成品。再旋轉(zhuǎn)1200回到初始位置，完成第一個周期；第一個周期只推出一次成品，在以后的每個周期，三次推出成品。
2、秸稈成型機的參數(shù)優(yōu)化
2.1數(shù)學(xué)建模
在旋轉(zhuǎn)式秸稈成型機成型原理的基礎(chǔ)上，為了進一步提高成產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，對幾個重要沒計參數(shù)進行優(yōu)化。優(yōu)化的目標可以是單位時間的生產(chǎn)率最大，也可以是生產(chǎn)一定質(zhì)量的秸稈所用的時間最小。本論文以生產(chǎn)一定質(zhì)量的秸稈所用的時間為目標函數(shù)，以一定的動力為約束條件進行優(yōu)化。由于成型的三個階段同時進行，只有三個動作都完成之后，成型缸才能旋轉(zhuǎn)，因此成型周期取決于最慢的那個階段。優(yōu)化目標函數(shù)即為：
min(max(t1，t2，t3)）式中：tI為進料預(yù)壓階段所用的時間，s；t2為壓實階段所用的時間，s；t3為推出階段所用的時間，s。
旋轉(zhuǎn)式秸稈燃料成型機的總體框架如圖2所示。由于秸稈具有很高的壓實比，所以預(yù)壓階段壓縮位移較大，因此我們把預(yù)壓筒分為兩部分，上半部分和輸送裝置連在一起，上半部分的長度即為預(yù)壓位移，預(yù)壓后秸稈燃料的長度即為預(yù)壓缸下半部分的長度，這樣能減少壓縮缸的長度，從而減少了壓縮和推出時間。
旋轉(zhuǎn)式秸稈成型機是由液壓系統(tǒng)驅(qū)動的，功率一定，為提高成型機的產(chǎn)出率．將給定的功率通過參數(shù)優(yōu)化分配給三個階段。因此本文考慮預(yù)壓位移（預(yù)壓筒上半部分的長度），壓實階段的位移、推出階段的位移以及三個工作和非工作階段（成型缸后退階段）所需的動力這八個量作為自變量。可以列出如下方程：
由式(1)可以看出，壓實時問和推出時間都是由進給和后退兩部分組成的，只有壓實棒退出成型缸后，成型缸才能旋轉(zhuǎn)，而預(yù)壓時，預(yù)壓棒只需運行到成型缸的頂端即可，無需后退，成型缸也可以旋轉(zhuǎn)，因此預(yù)壓時間只包括預(yù)壓進給時間。旋轉(zhuǎn)式秸稈成型機的生產(chǎn)周期為T：
2.2仿真實例
由北京林業(yè)大學(xué)對生物質(zhì)燃料常溫高壓致密成型技術(shù)及成型機理研究可知，玉米秸稈的壓縮比一般在7.95～8.74之間，本文取8。研究的成品燃料棒直徑約為100 mm，長度約為80 mm。因此這三個成型缸的直徑也是100 mm。由于預(yù)壓階段秸稈松散，壓縮位移較大，而壓實階段壓縮位移較小，推出位移就是壓實位移和成型棒的長度和。取旋轉(zhuǎn)式秸稈成型機的電機功率為36 kW，目標函數(shù)為：
傳統(tǒng)秸稈成型機分為兩個階段：預(yù)壓和壓實。秸稈成品的推出力是依靠后一個秸稈的壓實力擠出的，所以相同情況下，傳統(tǒng)式秸稈成型機單個秸稈成品所用的時間是預(yù)壓時間與壓實時間的和，即：
t"=t1+t2 =18.5s
由此可見，優(yōu)化設(shè)計之后的產(chǎn)出率大大增加。
4、結(jié)論
以減少成型等待時間來提高成型機產(chǎn)出率為目標，提出壓實缸旋轉(zhuǎn)的新設(shè)汁方案，并通過參數(shù)優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)了成型機的三個成型階段的功率合理分配。對成型機的研究具有很好的理論和實際意義。
