0、引言
麦秸是我国的主要农作物秸秆，也是一种可再生生物资源，每年生产量约1.1亿t，占秸秆总量的15%左右。江苏省每年产麦秸约1000万t，占秸秆总量的25%左右。由于麦秸的综合利用率较低，加之收集用工量大，因此在我国北方主要是直接还田作肥，在稻麦轮作区除一部分用于还田作肥外，其余被焚烧或丢弃在田头、路上和塘边，既浪费资源又污染环境。近年来，江苏省引进了一批平模和环模型
秸秆压块机，为使秸秆制块后方便运输及存放，从而扩大秸秆在燃料、肥料、饲料和工业原料方面的应用，提高秸秆的价值和农民收集积极性。但从实践来看，引进机型对麦秸制块连续作业的效果不太理想，容易出现松散与堵模现象。因此，必须开展麦秸制块的研究，分析影响制块作业的主要因素，为机具的改进和技术的完善提供依据。2009年，镇江市农业机械技术推广站引进了河南省富民生物燃料成型设备有限公司生产的JMX-5型生物质成型机，开展了平�；蠼罩瓶橛τ眯褪匝檠芯�，进行了不同含水率条件下的压缩试验，测定了秸秆块的成型率、密度、含水率和粒度，分析了影响麦秸制块的主要因素，只有在调整好各影响因素的情况下才能连续制块。
1、影响平�；�，我们对引进的制块机配套生产的9RC-50型揉搓机，进行了多次麦秸制块试验和观察，包括与生产厂领导、技术人员共同进行试验，作业均不稳定。主要表现为：当麦秸含水率较高时不易成型，当含水率较低时�？滓锥氯晃锪铣な辈灰壮尚颓倚式系�，物料短时易成型且效率较高；温度适中时容易成型，过低或过高均不易成型。查阅有关研究表明：“生物质原料具有流动性差、相互牵连力较大的特性，是成型喂入和压缩的瓶颈。对于不同的原料、不同的含水率、不同的粒度，压缩特性有很大的差异，并对成型过程和产品质量有很大的影响。”根据生物质致密成型技术原理，我们对引进样机生产情况进行初步分析认为，影响麦秸秆制块的主要因素是含水率、粒度和温度。麦秸的含水率是影响平�；瓶榈氖滓蛩�，当水分过高时，秸秆块出模时容易松散；但含水率太低，成型也很困难，容易出现堵模或散料从�？字新┏鱿窒�，因此，该机麦秸秆制块的物料适宜含水率需进行试验研究。其次，生物质制粒“粒度小的原料容易成型，粒度大的较难压缩。”这仅仅是个定性分析，还不能定量。因此，在小麦秸秆制块中，究竟原料的粒度细到什么程度，怎样分级，各级粒度所占比例应为多少等问题，国内少有研究。再者，模内温度低于75℃时，秸秆不易压制成块，高于100℃后，物料的水分挥发较快，当进料含水率较低时会造成堵模，因此，需了解物料在制块过程中的水分挥发情况，确定制块物料的最佳含水率。
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2.1试验样机的主要技术参数
试验机具为生产的JMX-5型生物质成型机（平�；�，说明书介绍：成品密度0.9—1.4g/cm3，生产率0.5~lt/h，电动机功率30 kW，制块原料适宜含水率10%．30%。实测模盘高90 mm，�？资�30，�？仔【�33mm，大径34 mm，辊轮为槽轮型，直径170 mm，数量2个，辊轮与�？诩湎�1~1.5 mm可调，试验时调整为1mm。模盘外配置一个电热圈，功率2 kW，可对模盘进行预加热，试验时预加热至75℃，机具正常工作时模盘温度达125℃。
2.2试验用麦秸秆处理
试验在丹阳市云阳镇青阳村进行，试验用秸秆为当年收小麦秸秆，用世达尔打拥机捡拾打捆后堆放在仓库里。秸秆分别用生产的9RC-50型秸秆揉搓机和山东生产的3FS-500秸秆粉碎机进行揉搓和粉碎处理。揉搓机加工后秸秆较长，一般为10 cm以上，最长达到25 cm左右。粉碎机加工后秸秆成颗粒状，麦秆茎、节均打碎，长度10 mm左右，宽3 mm左右。对两种处理制块试验后分析，揉搓机加工料制块时工效低，且喷水后不能搅拌均匀，易出现堵塞情况；粉碎机加T料制块效率高，且喷水拌料较均匀，便于掌握，因此采用粉碎料测定。在大堆料中多点取样，按GB5262-85《农业机械试验条件中测定方法的一般规定》中茎秆含水率测定方法测出秸秆平均含水率，测得试验用麦秸平均含水率为17.13%。根据试验要求，我们确定了从含水率26%开始试验，每次试验降低1%，直至堵模。每次试验秸秆用量20kg，均匀堆放在塑料布上，用生产的3WBJ-16DZ型多功能静电喷雾器喷水，事前测定了喷雾器单位时间的喷水量(14.176gts)，并根据原秸秆含水率、试验物料总质量、需要达到的物料含水率和单位时间的喷水量确定喷水时间，用秒表控制时间对物料均匀喷雾均匀搅拌后即用。在物料含水率处理时机器不停。
2.3试验测定方法
试验主要测定该机在不同含水率麦秸条件下制块的成型率、密度、含水率和粒度。由于目前国家对秸秆块成型标准尚无明确的规定，本测定引用北京市地方标准DBll/t541-2008《生物质成型燃料》中长度大于三倍直径为合格的标准，计算出产品的成型率。秸秆块的密度测定方法参照上法中量筒测定生物质燃料密度的方法测定。秸秆块的含水率测定方法，是在物料出模达到规定长度时折断并迅速封入小样塑料袋，测定其质量，粉碎到一定粒度后用秸秆含水率测定方法测定，计算出出模时秸秆块的含水率。粒度测定方法为将秸秆块浸泡在水中自然溶化，用细纱布滤去水分，按秸秆含水率测定方法烘干，用60目、30目和16目分级筛筛分，测定出各级所占比例。由于该机设有温显装置，机具温度对制块作业质量的影响主要靠观察分析。
3、试验结果及分析
3.1 含水率对成型率的影响
麦秸含水率与制块成型率的关系如表1。试验表明：“当原料水分过高时，加热过程中产生的蒸气不能顺利地从燃料中心孔排出，造成表面开裂，严重时产生爆鸣。但含水率太低，成型也很困难，这是因为微量水分对木素的软化、塑化有促进作用。”根据粒子微观结合模型分析认为：在垂直于最大主应力的方向上，粒子向四周延展，粒子间以相瓦啮合的形式结合；在沿着最大主应力的方向上，粒子变薄，成为薄片状，粒子层之间以相互贴合的形式结合。当植物材料中的含水量过低时，粒子得不到充分延展．与四周的粒子结合不够紧密，所以不能成型；当含水率过高时，粒子尽管在垂直于最大主应力方向上充分延展，粒子问能够啮合，但由于原料中较多的水分被挤出后，分布于粒子层之间，使得粒子层间不能紧密贴合，因而不能成型。从力学角度分析：物料在压力作用下发生挤压变形，在含水率过低时，相互之间和对模壁摩擦力较大，需要较大的挤压力将秸秆块从�？字屑烦�，由于辊轮与模端间隙一定即压力一定，所以当摩擦力大于挤压力时即发生堵模现象；当物料含水率过高时，物料相互之间和对模壁摩擦力较小，所需挤压力小，粒子层间贴合力小，出模后贴合面内蒸气对四周的压力大于贴合力而爆散，物料不能成型。因此，秸秆料的含水率直接影响粒子的软化延展、粒子间表面的粘结力、成型所需的挤压力和块对模壁的摩擦力，是影响秸秆成型率的主要因素，富通新能源生产销售的秸秆颗�；�、秸秆压块机专业压制生物质成型燃料。
从试验得出，机具制块的适宜秸秆含水率为24%，成型率好，能正常工作；秸秆含水率高于25%，秸秆块出模时部分或全部散开，不能正常作业；秸秆含水率低于23%，短期内能正常出模，成型率高，但随时间推移则出现�？锥氯窒蠖荒芏∽�。从表l看出，该机制块作业时麦秸含水率与成型率的关系为反比关系，即成型率随物料含水率的增加而降低，达到正常制块作业且不堵模的平衡点在24%。从试验情况看，该机能进行麦秸制块作业，但适宜含水率范围太窄，人工较难控制。
3.2含水率对密度的影响
麦秸含水率与制块密度的关系见表2。从表2看出，该机制块作业时麦秸含水率与制块密度的关系亦为反比关系，即密度随含水率的增加而降低。经分析其原因是，物料含水率较高时，所需挤压力小，粒子未得到充分延展，其内部和相互间的空隙较大，加之部分蒸气的存在，所以秸秆块密度��；物料含水率较低时，所需挤压力大，粒子得到了充分延展，其内部和相互间的空隙较小，蒸气少，所以秸秆块密度大。试验证明了对于麦秸秆类高纤维素含量的生物质原料，成型难度较大，成型过程中对粒度、含水率等因素的适应范围较窄，需要的成型压力也较大，成型率较低。通过试验，该机麦秸秆制块的块密度适宜值约为l.2g/cm3，成型率高，超过1.3 g/cm3就有可能堵模，低于1.1 g/cm3则麦秸不易成块。
3.3制块过程中水分的挥发
了解物料在制块过程中的水分挥发情况，对确定制块物料的最佳含水率具有重要意义。不同含水率麦秸秆制块过程中的水分挥发率见表3。从表3中看出，原料的含水率与制块时的水分挥发率成反比，即水分挥发率随原料含水率的提高而降低。这是因为在制块过程中辊轮对物料的碾压和物料对�？椎哪Σ练⑷�，在模盘和料斗内产生较高的温度，物料的水分在制块过程中被蒸发而致。制块时原料水分挥发率与制块密度和制块时间有直接关系，当原料含水率较高时，制块密度小，所需挤压力小，出模速度快，水分挥发少；原料含水率较低时，制块密度大，所需压力大，出模速度慢，水分挥发多。麦秸秆块出模时含水率15.7%、水分挥发率350/0左右为适宜，此时秸秆块密度达1.2，成型率可达98%以上。
3.4秸秆块中各级粒度比例
原料的粒度是影响制块作业的另一大因素。多数农作物秸秆在较低的压力压缩下，秸秆破裂，由于秸秆断裂程度不同，形成规则和大小不一的大颗粒，在成型块内部产生了架桥现象，所以成型块的松驰密度和耐久性都较低。粉碎的秸秆或锯末，在压力作用下，细小的颗�；ハ嘀淙菀追⑸裘艹涮�，其成型块的密度和强度显著提高。构成成型块的粒子越小，粒子间的充填程度就越高，接触越紧密；当粒子的粒度小到一定程度（几百至几微米）后，成型块内部的结合力方式和主次甚至也会发生变化，粒子间的分子引力、静电应力和液相附着力（毛细管力）开始上升为主导地位。据河南省科学院能源研究所试验，在麦秸秆含水率同为25%的情况下，用环模颗�；尚�，粒度2 mm的成型率为90.2%，而粒度8 mm的成型率仅为36.8%。
本次试验表明，平模机对物料的碾碎功能较强，物料粒度较小，小于60目、30~60目、16。30目和大于16目的比例分别为26,66%、40.75%、21.02%和11.57%。物料粒度与含水率关系不大。本试验一方面说明“粒度小的原料容易成型，粒度大的较难压缩”；从另一方面说明，麦秸的制块较困难的问题，是麦秸难以粉碎，粒子弹性系数较高而不易被木质素粘结的原因所致。
3.5温度对麦秸制块的影响
根据试验观察，制块时机具温度对作业质量有很大关系。在常温时，秸秆粒子中的木质素未被软化，粒子相互间的贴合力很小，不易压制成块。当温度达到75℃后，秸秆粒子中的木质素被软化，粘性加大，在受到一定的挤压力后，粒子相互间的粘结力较大，容易压制成块。而当高于100℃后，物料的水分挥发较快，可达到30%~40%，当进料含水率较低时会造成堵模；同时，由于模内温度较高，秸秆块内水分产生蒸气高压，含水率较高的物料在出模瞬间产生气爆而破坏秸秆块，使成形率下降。
4、结论
4.1秸秆料的含水率直接影响粒子的软化延展、粒子间表面的粘结力、成型所需的挤压力和秸秆块对模壁的摩擦力，是影响秸秆成型率的主要因素。该机能进行麦秸制块作业，成型率随物料含水率的增加而降低，适宜含水率为24%，范围太窄，人工较难控制。
4.2该机麦秸制块的密度随含水率的增加而降低，原因是物料含水率较高时，所需挤压力小，粒子未得到充分延展，其内部和相互间的空隙较大，加之部分蒸气的存在，所以秸秆块密度��；物料含水率较低时，所需挤压力大，粒子得到了充分延展，其内部和相互间的空隙较小，蒸气少，所以秸秆块密度大。该机麦秸秆制块的块密度适宜值约为l.2g，cm3，成型率高，超过1.3g/cm3就有可能堵模，低于1.1g/cm3则麦秸不易成块。
4.3水分挥发率随原料含水率的提高而降低，与制块密度和制块时间有直接关系，该机麦秸秆块出模时含水率15.7%、水分挥发率35qo左有为适宜。
4.4原料的粒度是影响制块作业的另一大因素，试验表明，平模机对物料的碾碎功能较强，物料粒度较小，能实现麦秸制块作业，原料的粒度要小于10 mm，细碎后的粒子粒度小于16目的要占80%以上。
4.5 -定的温度是保证麦秸中木质素软化黏度变高的必要条件，但由于机具摩擦发热速度很快，当温度超过100℃后，秸秆中的水分产生蒸气，影响粒子的贴合而出现爆裂现象。因此，应将模具的温度控制在100℃以内，减少制块时的水分蒸发，可适当提高麦秸秆制块的物料适宜含水率范围。
4.6压块机能进行麦秸制块作业，但对秸秆料要求高，制造厂应重视配套设备的研究，针对麦秸秆的特殊情况，增设符合平模制块机粒度要求的粉碎机、秸秆含水率测定仪和喷水搅拌器等，形成整套生产线，制订作业技术规范，方便用户使用和推广。在制块机改进方面，要研究增设压力可调装置，对适宜含水率下限可有所突破；增设温度调控装置，可对适宜含水率上限有所突破。
