常见农作物秸秆的物料特性及切碎方法研究

常见农作物秸秆的物料特性及切碎方法研究摘要摘 要: 针对农业生产中数量最多的副产品农作物秸秆，其物料特性研究主要有秸秆的组织结构、秸秆的化学成分、秸秆的物理特性和秸秆的切碎特性等方面; 本文分别介绍了滚筒式切碎摘 要: 针对农业生产中数量最多的副产品农作物秸秆，其物料特性研究主要有秸秆的组织结构、秸秆的化学成分、秸秆的物理特性和秸秆的切碎特性等方面; 本文分别介绍了滚筒式切碎、圆盘式切碎、锤片式切碎、组合式切碎等几种典型的秸秆切碎方法。开展秸秆物料特性分析、适合多种类型农作物秸秆的复合式秸秆粉碎机是农作物秸秆资源化利用的一些研究方向。关键词: 农作物秸秆; 物料特性; 切碎方法; 研究1 农作物秸秆的物料特性1. 1 农作物秸秆的组织结构水稻、小麦、玉米、高粱等禾本科作物的植株由根、茎、叶、花和籽实等器官组成，茎、叶是秸秆的主要组成部分。禾本科作物的茎呈圆筒状，茎中有髓或有空腔，茎可分为若干节，节与节之间的部分叫节段。水稻和小麦的茎秆比较细软，地上部分有 5 6 节，节间中空，曲折度大，有弹性; 玉米、高粱的茎为实心，茎高大，地上部分节数有 17 18 节，节间粗、坚硬、不易折断; 棉秆属于一年生禾本科植物，正株棉包括根、茎、冠 3 部分，根系由主根和毛根组成，茎由主干和支干组成，冠由分枝、叶、桃组成，横向截面分为皮、木质部和髓 3 部分，按重量比，棉花秸秆 (图 1) 的皮占 30%、木质部分占 65%、髓占 4. 5%，按体积比，棉花秸秆的皮占 20. 47%、木质部占 63. 3%、髓占 15. 95%。1. 2 农作物秸秆的化学成分农作物秸秆是由大量的有机物和少量的无机物及水所组成的，其中有机物的主要成分是纤维素类物质和可溶性糖类组成的纤维素类碳水化合物，除此之外还包括少量的粗蛋白质和粗脂肪。由纤维素、半纤维素和木质素等物质组成的纤维素类物质是植物细胞壁的主要成分。1. 3 农作物秸秆的物理特性农作物秸秆具有松散、体积大、密度小的特性，不便于运输、贮存和加工处理，其本身的物理特性是影响秸秆切割、揉搓、压缩及粉碎等加工的主要因素。不同农作物秸秆的物理特性不尽相同，同一种农作物秸秆受作物产地、成熟度等多种因素的影响，其物理特性也有一定的差别。纤维素是农作物秸秆中的主要成分，使农作物秸秆保持了一定弹性和机械强度。半纤维素由多聚糖组成，在贮存过程中易水解，转变成木质素。木质素在农作物秸秆中占 20%左右的含量，其独特 3 维空间结构由苯丙烷结构单体构成，保证了农作物秸秆高的硬度和刚度。农作物秸秆的组织结构在轴向和径向上有所不同，表现出不同的力学性质，使农作物秸秆在切割、揉搓、压缩及粉碎等加工过程中，体现出了抗拉、抗折、抗弯、抗挤压、抗剪切抗磨、抗撕等各种特性; 同时，农作物秸秆的外皮机械强度高，内穰机械强度较低。国外对麦秸、饲草等软茎秆的拉伸强度、剪切强度、弹性模量、刚度模量等物理特性研究较多 (O Dogherty，1995)，国内开展的研究较少，孙骊 (1998)、徐学耘 (2000) 等对麦秸和棉杆的物理特性作了初步的分析10-12。2 农作物秸秆的切碎方法在农作物收获后，秸秆一般都不能直接利用，需要通过机械设备进行加工后才可以进行饲料化、肥料化、能源化等资源化利用，秸秆切碎是进行秸秆资源化利用基础。目前，国内农作物秸秆的资源化利用方式多种多样，但是部分利用方式还处于研究阶段，在实际生产中没有得到很好的应用。根据对秸秆进行切碎加工时施力种类与方式的不同，秸秆加工有弯曲折断、剪切破坏、撕裂、粉碎等的切碎加工方式，目前国内农作物秸秆加工机具的研究设计基本上都按上述几种方式进行，铡草机、粉碎机、揉搓 (切) 机等是秸秆切碎加工的主要设备18。2. 1 滚筒式切碎农作物秸秆的滚筒式切碎通过滚筒式切碎机完成。滚筒式切碎机 (图 2) 有螺旋滚筒式和平板刀滚筒式，滚筒式秸秆切碎机由上喂入辊、下喂入辊、定刀片、切碎滚筒等组成。工作时，上下喂入辊以相反的方向转动，秸秆等草料被压紧送入，由滚筒上的动刀片配合定刀片将秸秆等草料切成碎段，从排出槽排出，或从风扇吹到指定地点19。适用于切碎长杆类农作物秸秆。2. 2 圆盘式切碎机农作物秸秆的圆盘式切碎通过圆盘式切碎机完成。圆盘式切碎机也叫盘刀式切碎机 (图 3)，圆盘式饲草切碎机在构造上与滚筒式相似，喂入部分多了一个链板式输送器。工作时，秸秆等草料在链式输送器上送向喂入辊，喂入辊将草料压紧卷入，由动刀片配合定刀片把饲草切成碎段，由抛送叶板抛送到贮存地点。圆盘式切碎机质量轻、结构简单、纵向尺寸小、刀盘转动惯量大，有利于克服负荷不均，工作时切碎均匀19。适用于切碎长杆类农作物秸秆，切碎小麦秸秆、水稻秸秆效果一般。2. 3 锤片式切碎锤片式切碎设备是锤片式粉碎机 (图 4)，可以通过筛片控制切碎后物料的粒度，完成对物料的细粉碎，我国的锤片式粉碎机主要以粉碎粮食等精饲料为主，粉碎机高速旋转的转子上由锤片固定销轴安装多组锤片，按照进料方向的不同，可分为切向进料式、轴向进料式、径向进料式 3 种20。锤片式粉碎机在工作状态下的锤片成射线状分布，物料在进入粉碎室后，被锤片击打，并撞击筛片，直至被粉碎物料破碎粒度小于筛孔直径时，物料通过筛网，完成物料的粉碎。在打击、撞击的同时，物料还受到锤片端部及筛面的摩擦、搓擦作用而进一步粉碎。锤片式切碎方式能耗比较高，适合加工经粗碎后的秸秆物料。在粉碎稻草、小麦秸秆时效果较好，长杆类农作物秸秆直接采用锤片式粉碎机的加工效率较低21。3 结论目前，我国对大量农作物秸秆的各种资源化利用技术研究很多。但是农作物秸秆的实际利用率不高，农作物秸秆资源浪费严重。全国应根据各个地方的不同特点研究各自适宜的农作物秸秆利用模式，加大对技术研究的投入，加强管理，减少秸秆焚烧等形式对资源的浪费和对环境的破坏，尽快形成一种良性循环的生态农业模式。分析不同农作物秸秆原料的物料特性，根据农作物秸秆的物料特性对开展农作物秸秆高效生产加工技术的研究，提供理论技术支撑，对农作物秸秆资源化利用将会有很大的帮助。根据现有农作物秸秆切碎方法，结合农作物秸秆的物料特性和切碎特性，大力开展组合式农作物秸秆切碎结构设计，进行适合多种类型农作物秸秆的复合式秸秆粉碎机将是农机科研人员应该考虑的问题。参考文献1谭瑞虹. 西北地区主要农作物秸秆的热物性研究 D. 咸阳: 西北农林科技大学，2017.2 李玉道，杜现军，宋占华，等. 棉花秸秆剪切力学性能试验J. 农业工程学报，2011，27 ( 2) 124-128.常见农作物秸秆的物料特性及切碎方法研究来源：农业与技术，作者：李浩，班婷，郭兆峰，沈卫强。