常見農作物秸稈的物料特性及切碎方法研究

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1、常見農作物秸稈的物料特性及切碎方法研究 摘要 摘 要: 針對農業(yè)生產中數量最多的副產品農作物秸稈，其物料特性研究主要有秸稈的組織結構、秸稈的化學成分、秸稈的物理特性和秸稈的切碎特性等方面; 本文分別介紹了滾筒式切碎 　　摘 要: 針對農業(yè)生產中數量最多的副產品農作物秸稈，其物料特性研究主要有秸稈的組織結構、秸稈的化學成分、秸稈的物理特性和秸稈的切碎特性等方面; 本文分別介紹了滾筒式切碎、圓盤式切碎、錘片式切碎、組合式切碎等幾種典型的秸稈切碎方法。開展秸稈物料特性分析、適合多種類型農作物秸稈的復合式秸稈粉碎機是農作物秸稈資源化利用的一些研究方向。 　　關鍵

2、詞: 農作物秸稈; 物料特性; 切碎方法; 研究 　　1 農作物秸稈的物料特性 　　1. 1 農作物秸稈的組織結構水稻、小麥、玉米、高粱等禾本科作物的植株由根、莖、葉、花和籽實等器官組成，莖、葉是秸稈的主要組成部分。禾本科作物的莖呈圓筒狀，莖中有髓或有空腔，莖可分為若干節(jié)，節(jié)與節(jié)之間的部分叫節(jié)段。水稻和小麥的莖稈比較細軟，地上部分有 5 ～ 6 節(jié)，節(jié)間中空，曲折度大，有彈性; 玉米、高粱的莖為實心，莖高大，地上部分節(jié)數有 17 ～ 18 節(jié)，節(jié)間粗、堅硬、不易折斷; 棉稈屬于一年生禾本科植物，正株棉包括根、莖、冠 3 部分，根系由主根和毛根組成，莖由主干和支干組

3、成，冠由分枝、葉、桃組成，橫向截面分為皮、木質部和髓 3 部分，按重量比，棉花秸稈 (圖 1) 的皮占 30%、木質部分占 65%、髓占 4. 5%，按體積比，棉花秸稈的皮占 20. 47%、木質部占 63. 3%、髓占 15. 95%。 　　1. 2 農作物秸稈的化學成分農作物秸稈是由大量的有機物和少量的無機物及水所組成的，其中有機物的主要成分是纖維素類物質和可溶性糖類組成的纖維素類碳水化合物，除此之外還包括少量的粗蛋白質和粗脂肪。由纖維素、半纖維素和木質素等物質組成的纖維素類物質是植物細胞壁的主要成分。 　　1. 3 農作物秸稈的物理特性農作物秸稈具有松散、體積大、

4、密度小的特性，不便于運輸、貯存和加工處理，其本身的物理特性是影響秸稈切割、揉搓、壓縮及粉碎等加工的主要因素。不同農作物秸稈的物理特性不盡相同，同一種農作物秸稈受作物產地、成熟度等多種因素的影響，其物理特性也有一定的差別。纖維素是農作物秸稈中的主要成分，使農作物秸稈保持了一定彈性和機械強度。半纖維素由多聚糖組成，在貯存過程中易水解，轉變成木質素。木質素在農作物秸稈中占 20%左右的含量，其獨特 3 維空間結構由苯丙烷結構單體構成，保證了農作物秸稈高的硬度和剛度。農作物秸稈的組織結構在軸向和徑向上有所不同，表現出不同的力學性質，使農作物秸稈在切割、揉搓、壓縮及粉碎等加工過程中，體現出了抗拉、抗折、

5、抗彎、抗擠壓、抗剪切抗磨、抗撕等各種特性; 同時，農作物秸稈的外皮機械強度高，內穰機械強度較低。國外對麥秸、飼草等軟莖稈的拉伸強度、剪切強度、彈性模量、剛度模量等物理特性研究較多 (O Dogherty，1995)，國內開展的研究較少，孫驪 (1998)、徐學耘 (2000) 等對麥秸和棉桿的物理特性作了初步的分析[10-12]。 　　2 農作物秸稈的切碎方法 　　在農作物收獲后，秸稈一般都不能直接利用，需要通過機械設備進行加工后才可以進行飼料化、肥料化、能源化等資源化利用，秸稈切碎是進行秸稈資源化利用基礎。目前，國內農作物秸稈的資源化利用方式多種多樣，但是部分利用

6、方式還處于研究階段，在實際生產中沒有得到很好的應用。根據對秸稈進行切碎加工時施力種類與方式的不同，秸稈加工有彎曲折斷、剪切破壞、撕裂、粉碎等的切碎加工方式，目前國內農作物秸稈加工機具的研究設計基本上都按上述幾種方式進行，鍘草機、粉碎機、揉搓 (切) 機等是秸稈切碎加工的主要設備[18]。 　　2. 1 滾筒式切碎農作物秸稈的滾筒式切碎通過滾筒式切碎機完成。滾筒式切碎機 (圖 2) 有螺旋滾筒式和平板刀滾筒式，滾筒式秸稈切碎機由上喂入輥、下喂入輥、定刀片、切碎滾筒等組成。工作時，上下喂入輥以相反的方向轉動，秸稈等草料被壓緊送入，由滾筒上的動刀片配合定刀片將秸稈等草料切成碎段，從排出槽

7、排出，或從風扇吹到指定地點[19]。適用于切碎長桿類農作物秸稈。 　　2. 2 圓盤式切碎機農作物秸稈的圓盤式切碎通過圓盤式切碎機完成。圓盤式切碎機也叫盤刀式切碎機 (圖 3)，圓盤式飼草切碎機在構造上與滾筒式相似，喂入部分多了一個鏈板式輸送器。工作時，秸稈等草料在鏈式輸送器上送向喂入輥，喂入輥將草料壓緊卷入，由動刀片配合定刀片把飼草切成碎段，由拋送葉板拋送到貯存地點。圓盤式切碎機質量輕、結構簡單、縱向尺寸小、刀盤轉動慣量大，有利于克服負荷不均，工作時切碎均勻[19]。適用于切碎長桿類農作物秸稈，切碎小麥秸稈、水稻秸稈效果一般。 　　2. 3 錘片式切碎錘片式切碎設備是

8、錘片式粉碎機 (圖 4)，可以通過篩片控制切碎后物料的粒度，完成對物料的細粉碎，我國的錘片式粉碎機主要以粉碎糧食等精飼料為主，粉碎機高速旋轉的轉子上由錘片固定銷軸安裝多組錘片，按照進料方向的不同，可分為切向進料式、軸向進料式、徑向進料式 3 種[20]。錘片式粉碎機在工作狀態(tài)下的錘片成射線狀分布，物料在進入粉碎室后，被錘片擊打，并撞擊篩片，直至被粉碎物料破碎粒度小于篩孔直徑時，物料通過篩網，完成物料的粉碎。在打擊、撞擊的同時，物料還受到錘片端部及篩面的摩擦、搓擦作用而進一步粉碎。錘片式切碎方式能耗比較高，適合加工經粗碎后的秸稈物料。在粉碎稻草、小麥秸稈時效果較好，長桿類農作物秸稈直接采用錘片式

9、粉碎機的加工效率較低[21]。 　　3 結論目前，我國對大量農作物秸稈的各種資源化利用技術研究很多。但是農作物秸稈的實際利用率不高，農作物秸稈資源浪費嚴重。全國應根據各個地方的不同特點研究各自適宜的農作物秸稈利用模式，加大對技術研究的投入，加強管理，減少秸稈焚燒等形式對資源的浪費和對環(huán)境的破壞，盡快形成一種良性循環(huán)的生態(tài)農業(yè)模式。分析不同農作物秸稈原料的物料特性，根據農作物秸稈的物料特性對開展農作物秸稈高效生產加工技術的研究，提供理論技術支撐，對農作物秸稈資源化利用將會有很大的幫助。根據現有農作物秸稈切碎方法，結合農作物秸稈的物料特性和切碎特性，大力開展組合式農作物秸稈切碎結構設計，進行適合多種類型農作物秸稈的復合式秸稈粉碎機將是農機科研人員應該考慮的問題。 　　參考文獻 　　[1]譚瑞虹. 西北地區(qū)主要農作物秸稈的熱物性研究 [D]. 咸陽: 西北農林科技大學，2017. 　　[2] 李玉道，杜現軍，宋占華，等. 棉花秸稈剪切力學性能試驗[J]. 農業(yè)工程學報，2011，27 ( 2) 124-128. 　　《常見農作物秸稈的物料特性及切碎方法研究》來源：《農業(yè)與技術》，作者：李浩，班婷，郭兆峰，沈衛(wèi)強。