小麦秸秆捆运输前后密实度变化研究

刘金龙等

摘 要：密实度是捆型秸秆的重要参数，在运输过程中对其散捆率、完整性有一定影响。本文通过振动模拟试验、实际路况试验并结合理论分析，研究了捆型小麦秸秆运输前后密实度的变化。试验表明，秸秆捆经过振动模拟试验、实际路况试验后，秸秆捆密实度均值和标准差都会变小，会使得完整性降低、散捆率升高。

关键词：密实度 捆型秸秆 散捆率 完整性

中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0206-02

秸秆直燃发电能够将秸秆低效燃烧转化为集中高效燃烧，能避免秸秆随处焚烧现象，对防治环境污染有一定作用，是秸秆能源化利用的一种重要方式[1，2]。秸秆分布广、密度低、体积大、收获季节性强等特点，使秸秆的持续供应成为秸秆直燃发电发展的主要瓶颈[3，4]。为保证秸秆的持续供应，需将秸秆进行打捆以提高存储运输效率。密实度、散捆率、完整性是秸秆捆在运输和储藏中需要考虑的三个指标。其中，密实度是指秸秆捆内秸秆所充实的程度；散捆率是指一定数量的秸秆捆中散捆捆型占总数的百分比（通常秸秆捆有一道绳子断裂即认定为散捆）；完整性是指搬运和运输前后秸秆捆内部秸秆的损失比例。

1 秸秆捆密实度

秸秆捆密实度的大小由打捆机的性能决定，由于打捆机压缩部件的压力可以调节，所以密实度可以在一定范围内变化。密实度的设置应综合考虑秸秆硬度、打捆绳质量等因素。密实度如果太大，打捆绳内部应力会很大，在运输过程中可能会造成打捆绳断裂，以致散捆率增大；密实度如果太小，一方面，单位质量的秸秆所需捆数增大，增加了打捆成本和运输成本；另一方面，秸秆捆内部会很松散，运输过程容易造成秸秆损失，以致完整性降低。对于方捆打捆机，压缩方式为分片式压缩，秸秆捆出现了密实度分布不均的情况（如图1所示）。

2 试验装置与方法

2.1 试验材料

小型方捆小麦秸秆捆，2道打捆绳，由捡拾打捆机打捆而成长85 cm，宽40 cm，高35 cm，质量13 kg左右。

大型方捆小麦秸秆捆，6道打捆绳，由大型卧式打捆机和竖式打捆机打捆而成，长170 cm，宽115 cm，高85 cm，质量300 kg左右。

2.2 试验装置

捡拾打捆机：THB1060型，上海世达尔现代农机有限公司生产。

卧式打捆机：HFJWD-100型，山东临清市弘发棉麻机械制造公司生产。

竖式打捆机：YK2-40CK型，山东省临清市鸣宇机械制造有限公司生产。

振动试验台：TPJ型，济南试金集团有限公司生产。

密实度计：TYD-2型，浙江托普仪器有限公司生产。

2.3 试验方法

由于目前没有专用的秸秆捆密实度测量仪，本试验采用测量土壤硬度和紧实度的土壤硬度计。TYD-2型土壤硬度计的测量部分为45 mm的前端为圆锥形的铁质长杆探头，测量时，将探头插入被测物体，仪器会自动记录下探头所受力的最大值。

本试验采用五点测量法（LW面、LH面、WH面每个面的中心和距离四个顶点10 mm处）。对于小型方捆秸秆捆，LW面探头的插入长度为20 mm，LH面探头的插入长度为24 mm，WH面探头的插入长度为45 mm。而对于大型方捆秸秆捆，各面探头均为全部插入（45 mm）。振动试验采用小型方捆秸秆捆，实际路况试验采用大型方捆秸秆捆。

3 试验结果与分析

3.1 振动模拟试验

将小型方捆秸秆捆放置在振动试验台的振动平台上，用尼龙绳将其扎紧，使秸秆捆在振动时与振动平台无相对运动。根据物流行业的相关测试标准，将振动试验台的振幅设置为10 mm，振动频率设置为4 Hz。

由于振动试验台尺寸的限制，选取2个小型方捆小麦秸秆捆为试验对象，在振动试验台上的放置方向如图3、图4所示，振动时间为30 min，振动方向为上下振动。2个秸秆捆的参数见表1。在振动前后，分别用密实度计对秸秆捆1和秸秆捆2各面5个测点测量密实度，取平均值，振动前后秸秆捆密实度均值变化如图5、图6所示，振动前后秸秆捆密实度标准差变化如图7、图8所示。

（1）秸秆捆1和秸秆捆2密实度均值减小（如图5、图6所示），其原因为：小型秸秆捆由捡拾打捆机打捆而成，其松散程度和绳子的应力要远小于大型秸秆捆，在经过振动试验后，秸秆捆有向外膨胀的趋势，秸秆捆体积略有增大，使得秸秆捆内部秸秆间隙增大、充实程度降低，所以各测点密实度均值减小。

（2）秸秆捆1和秸秆捆2密实度标准差减小（如图7、图8所示），原因为高密实度区域会对低密实度区域产生挤压的作用，使得低密实度区域的密实度增大；同时，高密实度区域会有膨胀的趋势，使得自身密实度减小，导致秸秆捆内各点密实度差异性减小，密实度标准差变小。

3.2 实际路况试验

在实际路况条件下，由于运输的方便和运输成本的限制，小型方捆秸秆捆大多数都被重新打成大型方捆秸秆捆，选取大型方捆小麦秸秆捆为试验对象。大型方捆秸秆捆的打捆设备主要有两种：一种是卧式打捆机；另一种是竖式打捆机。

卧式打捆机和竖式打捆机由于压缩方向的不同，所打的捆密实度的分布也不太相同。竖式打捆机的秸秆捆为竖直放置，压缩方向为单侧向下压缩，同时采用分片式压缩，所以竖直放置的秸秆捆的密实度出现了从上到下密实度逐渐增大的趋势；而卧式打捆机的压缩方向为水平方向（平行于L方向），压缩方向为两侧向中间压缩，同时采用分片式压缩，所打的秸秆捆密实度分布和捡拾打捆机所打的小型方捆类似。

分别以卧式打捆机和竖式打捆机所打大型方捆秸秆捆为试验对象，运输起点为河南省周口市太康县，运输终点为国能鹿邑生物发电有限公司，用密实度计对运输前后对大型方捆秸秆捆各面的密实度进行测量，各面为5个测点取平均值，试验方法与振动试验相同，密实度均值变化如图11、图12所示，密实度标准差变化如图13、图14所示。大型方捆秸秆捆在运输后密实度均值与密实度标准差都变小，这和振动试验的试验结果一致。在运输过程中，秸秆捆高密实度区域会对低密实度区域产生挤压的作用，使得低密实度区域的密实度增大；同时，高密实度区域会有膨胀的趋势，使得自身密实度减小，所以秸秆捆密实度均值变小。同时，由于秸秆捆不断振动，高密实度区域和低密实度区域内部各点密实度的差异性也会减小，所以秸秆捆密实度标准差也变小。

4 结论

振动试验台模拟试验和实际路况试验均表明，小型方捆秸秆捆和大型方捆秸秆捆在经过振动后，各面密实度减小，且各点密实度差异性也减小，会导致完整性降低；在运输过程中，秸秆捆体积有膨胀的趋势，使得打捆绳张力增大，会导致散捆率升高。

参考文献

[1] 马洪儒，苏宜虎.生物质直接燃烧技术研究探讨[J].农机化研究，2007（8）：155-158.

[2] 刘建禹，翟国勋，陈荣耀.生物质燃料直接燃烧过程特性的分析[J].东北农业大学学报，2001，32（3）：290-294.

[3] 张培远.国内外秸秆发电的比较研究[D].郑州：河南农业大学，2007.

[4] 张展，王利生，张培栋.区域秸秆资源最优化收集路径与运输成本分析[J].可再生能源，2009，27（3）：102-106.endprint