苜蓿素有牧草皇后之稱(chēng)，是世界上種植面積最廣的牧草品種之-。由于自然晾干的牧草各種營(yíng)養(yǎng)損失嚴(yán)重，只能作為粗飼料在國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售，而不能出口國(guó)外，因此為獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益，必須對(duì)收獲后的牧草進(jìn)行人工快速干燥。人工快速干燥法生產(chǎn)出來(lái)的苜蓿，由于芳香性氨基酸未被破壞，具有青草的芳香味，干草產(chǎn)品有很好的消化率和適口性，可促進(jìn)家畜采食量及營(yíng)養(yǎng)攝取量的增加，從而提高牧草的商品價(jià)值，也便于長(zhǎng)途運(yùn)輸和出口。但我國(guó)在牧草干燥烘干機(jī)干燥性能、以及牧草干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化等方面的研究較少。文章以現(xiàn)有的滾筒干燥烘干機(jī)為基礎(chǔ)，試驗(yàn)研究了物料喂人率、干燥溫度及滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)干燥烘干機(jī)性能的影響規(guī)律，為確定干燥烘干機(jī)的合理結(jié)構(gòu)和作業(yè)參數(shù)提供理論依據(jù)。
1、設(shè)備與方案
1.1轉(zhuǎn)簡(jiǎn)干燥烘干機(jī)的結(jié)構(gòu)
滾筒干燥烘干機(jī)主要由滾筒干燥器和熱風(fēng)爐兩部分組成。其滾筒由電機(jī)經(jīng)變頻器調(diào)整電流頻率減速驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速可調(diào)。熱源部分采用燃油熱風(fēng)爐，熱風(fēng)溫度可以通過(guò)調(diào)整燃燒器（Spark26/W，意大利制造）的油門(mén)開(kāi)啟程度來(lái)調(diào)節(jié)，熱風(fēng)率則通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口的大小來(lái)調(diào)節(jié)。熱風(fēng)管道與滾筒間密封采用拖拉機(jī)的離合器磨片與彈簧配合方式。牧草干燥烘干機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
1.2試驗(yàn)方案
本文以喂入率、干燥溫度和滾筒轉(zhuǎn)速為試驗(yàn)初始因素，因素水平如表l所示，采用全因素試驗(yàn)分析。
1.3試驗(yàn)過(guò)程
選用東北農(nóng)業(yè)大學(xué)牧草研究所試驗(yàn)田收獲的新鮮苜蓿，用橡膠錘將莖稈砸扁，再用鍘刀切成4 cm長(zhǎng)的草段。將切后草樣充分混合，使莖稈和葉片分布均勻，用烘箱法測(cè)得苜蓿含水率為78.32%。啟動(dòng)滾筒干燥烘干機(jī)，待系統(tǒng)工作穩(wěn)定后，按設(shè)定的喂入率向滾筒干燥烘干機(jī)入料口投入加工后的苜蓿草，測(cè)試各項(xiàng)指標(biāo)，包括干燥空氣的溫、濕度分布和物料含水率變化，并用Excel 2003和DPS(v3.01)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
2、結(jié)果與分析
2.1苜蓿喂入率對(duì)滾筒干燥烘干機(jī)性能的影響
不同干燥溫度與喂入率下苜蓿最終含水率曲線。
由圖2可以看出，在其他干燥條件(初始含水率，熱風(fēng)速度V=IB m.s，滾筒．車(chē)專(zhuān)速N=8 r-mirt)相同的前提下，對(duì)于相同的喂入率，干燥溫度越高，滾筒的干燥能力越強(qiáng)，苜蓿的最終含水率越低；對(duì)于相同的干燥溫度，喂入率越大，滾筒的干燥能力越弱。
在干燥溫度為320℃時(shí)，苜蓿的最終含水率與喂入率G的關(guān)系表達(dá)為：
M 產(chǎn)2.5091xEXP( 0.094057xG)(r=0.9942) (1)
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)喂入率低于10 kg-mirt時(shí)，干燥后苜蓿最終含水率為64qe，此時(shí)葉片過(guò)干，易碎和脫落。而當(dāng)喂入率大于22 kg - min-1時(shí)，苜蓿的最終含水率超過(guò)20%，此時(shí)苜蓿不易儲(chǔ)藏，因此，在320℃的干燥溫度下，苜蓿的喂人率應(yīng)在10-22 kg.min-1之間。
當(dāng)干燥溫度為360℃時(shí)，苜蓿的最終含水率與喂入率G的關(guān)系表達(dá)為：
Mel.0428xEXP( 0.09257xG)( r=0.9939)
喂人率在15～25 kg．min-1，最終苜蓿的含水率在5%一l5%，此時(shí)干燥后苜蓿的顏色翠綠，品質(zhì)好，莖稈與葉片間的水分差異低于15%，可以滿(mǎn)足進(jìn)一步加工生產(chǎn)和儲(chǔ)藏的需要。
當(dāng)干燥溫度為400℃時(shí)，苜蓿的最終含水率與喂入率G的關(guān)系表達(dá)式為：
M產(chǎn)0.433327xEXP(0.126495xG)(,=0.9862) (3)
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)喂入率低于25 kg．nun-l時(shí)，苜蓿的最終含水率低于11%，此時(shí)滾筒內(nèi)干燥強(qiáng)度過(guò)大，草葉焦糊，并且莖桿和葉片間的水分差異大于15%;當(dāng)喂人率力30 kg．rmnl時(shí)，苜蓿最終含水率為19.3%，低于安全儲(chǔ)藏水分(20%)。因此，在400℃的干燥溫度下，苜蓿的喂入率應(yīng)在25—30 kg·min-1之間。
2.2苜蓿干燥溫度對(duì)滾筒干燥烘干機(jī)性能的影響
在干燥條件相同（初始含水率Mo-78.5%，熱風(fēng)速度V=1.8 m·s-1．滾筒轉(zhuǎn)速N=8 r.min-l）的情況下，研究滾筒出料端的廢氣溫度、相對(duì)濕度與干燥溫度和喂入率的關(guān)系，見(jiàn)圖3。
由圖3可見(jiàn)，隨著苜蓿喂入率增加，排出廢氣的溫度下降．相對(duì)濕度增加，這是因?yàn)闊峥諝獍褵崃總鬟f給濕苜蓿，苜蓿吸熱后干燥去水，變成水蒸汽。苜蓿喂入率越大，蒸發(fā)去水所需的熱量越多，熱空氣的溫度下降越大，擴(kuò)散到熱空氣中的水分越多，排出廢氣的相對(duì)濕度越大。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)干燥溫度為280℃，喂入率為30 kg．min-l時(shí)，廢氣的相對(duì)濕度為100%，溫度為65℃，干燥后苜蓿含水率為60%。在干燥溫度為320℃時(shí)，排出的廢氣溫度為88℃，相對(duì)濕度為95%，上述兩種情況都有明顯的水蒸汽排出，雖然熱能得到充分利用，但苜蓿最終含水率過(guò)高，沒(méi)有達(dá)到安全儲(chǔ)藏水分。
2.3滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)干燥烘干機(jī)性能的影響
在其他干燥條件相同的前提下，滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)干燥烘干機(jī)性能的影響規(guī)律見(jiàn)圖4。
由圖4可知，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速最低(8 r-min-１)時(shí)，在任何喂入率水平下，苜蓿最終含水率均最低。這是因?yàn)樵诘娃D(zhuǎn)速時(shí)，苜蓿被抄板抄起的次數(shù)少，在滾筒內(nèi)停留的時(shí)間長(zhǎng)，干燥去水多，因此最終含水率低。隨著滾筒轉(zhuǎn)速的增加，苜蓿被抄板抄起的次數(shù)增多，其在滾筒內(nèi)移動(dòng)速度加快，在滾筒內(nèi)停留時(shí)間變短，所以苜蓿最終含水率增加。當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速為10、12和17r.min-l時(shí)，不同喂入率對(duì)苜蓿最終含水率影響不顯著。這是因?yàn)楫?dāng)滾筒轉(zhuǎn)速達(dá)到10r．min-l以上時(shí)，苜蓿在滾筒內(nèi)已被完全拋起，此時(shí)轉(zhuǎn)速對(duì)于燥速度無(wú)影響，因此苜蓿最終含水率差別不大。
3、結(jié)論
本文根據(jù)試驗(yàn)研究，得出了干燥條件對(duì)滾筒牧草干燥烘干機(jī)部分性能指標(biāo)的影響規(guī)律，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析獲得了能在合理操作參數(shù)范圍內(nèi)定量預(yù)測(cè)苜蓿最終含水率的模型。在一定范圍內(nèi)，定量分析了牧草喂入率、干燥溫度和滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)干燥后牧草含水率的影響規(guī)律，即喂人率越高，干燥溫度越低，則苜蓿最終含水率越高。這為滾筒牧草干燥自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。當(dāng)熱風(fēng)速度一定時(shí)，適當(dāng)調(diào)節(jié)喂入率、滾筒轉(zhuǎn)速和干燥溫度等參數(shù)，可以使苜蓿達(dá)到良好的干燥效果。
1、設(shè)備與方案
1.1轉(zhuǎn)簡(jiǎn)干燥烘干機(jī)的結(jié)構(gòu)
滾筒干燥烘干機(jī)主要由滾筒干燥器和熱風(fēng)爐兩部分組成。其滾筒由電機(jī)經(jīng)變頻器調(diào)整電流頻率減速驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速可調(diào)。熱源部分采用燃油熱風(fēng)爐，熱風(fēng)溫度可以通過(guò)調(diào)整燃燒器（Spark26/W，意大利制造）的油門(mén)開(kāi)啟程度來(lái)調(diào)節(jié)，熱風(fēng)率則通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口的大小來(lái)調(diào)節(jié)。熱風(fēng)管道與滾筒間密封采用拖拉機(jī)的離合器磨片與彈簧配合方式。牧草干燥烘干機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
1.2試驗(yàn)方案
本文以喂入率、干燥溫度和滾筒轉(zhuǎn)速為試驗(yàn)初始因素，因素水平如表l所示，采用全因素試驗(yàn)分析。
1.3試驗(yàn)過(guò)程
選用東北農(nóng)業(yè)大學(xué)牧草研究所試驗(yàn)田收獲的新鮮苜蓿，用橡膠錘將莖稈砸扁，再用鍘刀切成4 cm長(zhǎng)的草段。將切后草樣充分混合，使莖稈和葉片分布均勻，用烘箱法測(cè)得苜蓿含水率為78.32%。啟動(dòng)滾筒干燥烘干機(jī)，待系統(tǒng)工作穩(wěn)定后，按設(shè)定的喂入率向滾筒干燥烘干機(jī)入料口投入加工后的苜蓿草，測(cè)試各項(xiàng)指標(biāo)，包括干燥空氣的溫、濕度分布和物料含水率變化，并用Excel 2003和DPS(v3.01)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
2、結(jié)果與分析
2.1苜蓿喂入率對(duì)滾筒干燥烘干機(jī)性能的影響
不同干燥溫度與喂入率下苜蓿最終含水率曲線。
由圖2可以看出，在其他干燥條件(初始含水率，熱風(fēng)速度V=IB m.s，滾筒．車(chē)專(zhuān)速N=8 r-mirt)相同的前提下，對(duì)于相同的喂入率，干燥溫度越高，滾筒的干燥能力越強(qiáng)，苜蓿的最終含水率越低；對(duì)于相同的干燥溫度，喂入率越大，滾筒的干燥能力越弱。
在干燥溫度為320℃時(shí)，苜蓿的最終含水率與喂入率G的關(guān)系表達(dá)為：
M 產(chǎn)2.5091xEXP( 0.094057xG)(r=0.9942) (1)
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)喂入率低于10 kg-mirt時(shí)，干燥后苜蓿最終含水率為64qe，此時(shí)葉片過(guò)干，易碎和脫落。而當(dāng)喂入率大于22 kg - min-1時(shí)，苜蓿的最終含水率超過(guò)20%，此時(shí)苜蓿不易儲(chǔ)藏，因此，在320℃的干燥溫度下，苜蓿的喂人率應(yīng)在10-22 kg.min-1之間。
當(dāng)干燥溫度為360℃時(shí)，苜蓿的最終含水率與喂入率G的關(guān)系表達(dá)為：
Mel.0428xEXP( 0.09257xG)( r=0.9939)
喂人率在15～25 kg．min-1，最終苜蓿的含水率在5%一l5%，此時(shí)干燥后苜蓿的顏色翠綠，品質(zhì)好，莖稈與葉片間的水分差異低于15%，可以滿(mǎn)足進(jìn)一步加工生產(chǎn)和儲(chǔ)藏的需要。
當(dāng)干燥溫度為400℃時(shí)，苜蓿的最終含水率與喂入率G的關(guān)系表達(dá)式為：
M產(chǎn)0.433327xEXP(0.126495xG)(,=0.9862) (3)
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)喂入率低于25 kg．nun-l時(shí)，苜蓿的最終含水率低于11%，此時(shí)滾筒內(nèi)干燥強(qiáng)度過(guò)大，草葉焦糊，并且莖桿和葉片間的水分差異大于15%;當(dāng)喂人率力30 kg．rmnl時(shí)，苜蓿最終含水率為19.3%，低于安全儲(chǔ)藏水分(20%)。因此，在400℃的干燥溫度下，苜蓿的喂入率應(yīng)在25—30 kg·min-1之間。
2.2苜蓿干燥溫度對(duì)滾筒干燥烘干機(jī)性能的影響
在干燥條件相同（初始含水率Mo-78.5%，熱風(fēng)速度V=1.8 m·s-1．滾筒轉(zhuǎn)速N=8 r.min-l）的情況下，研究滾筒出料端的廢氣溫度、相對(duì)濕度與干燥溫度和喂入率的關(guān)系，見(jiàn)圖3。
由圖3可見(jiàn)，隨著苜蓿喂入率增加，排出廢氣的溫度下降．相對(duì)濕度增加，這是因?yàn)闊峥諝獍褵崃總鬟f給濕苜蓿，苜蓿吸熱后干燥去水，變成水蒸汽。苜蓿喂入率越大，蒸發(fā)去水所需的熱量越多，熱空氣的溫度下降越大，擴(kuò)散到熱空氣中的水分越多，排出廢氣的相對(duì)濕度越大。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)干燥溫度為280℃，喂入率為30 kg．min-l時(shí)，廢氣的相對(duì)濕度為100%，溫度為65℃，干燥后苜蓿含水率為60%。在干燥溫度為320℃時(shí)，排出的廢氣溫度為88℃，相對(duì)濕度為95%，上述兩種情況都有明顯的水蒸汽排出，雖然熱能得到充分利用，但苜蓿最終含水率過(guò)高，沒(méi)有達(dá)到安全儲(chǔ)藏水分。
2.3滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)干燥烘干機(jī)性能的影響
在其他干燥條件相同的前提下，滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)干燥烘干機(jī)性能的影響規(guī)律見(jiàn)圖4。
由圖4可知，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速最低(8 r-min-１)時(shí)，在任何喂入率水平下，苜蓿最終含水率均最低。這是因?yàn)樵诘娃D(zhuǎn)速時(shí)，苜蓿被抄板抄起的次數(shù)少，在滾筒內(nèi)停留的時(shí)間長(zhǎng)，干燥去水多，因此最終含水率低。隨著滾筒轉(zhuǎn)速的增加，苜蓿被抄板抄起的次數(shù)增多，其在滾筒內(nèi)移動(dòng)速度加快，在滾筒內(nèi)停留時(shí)間變短，所以苜蓿最終含水率增加。當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速為10、12和17r.min-l時(shí)，不同喂入率對(duì)苜蓿最終含水率影響不顯著。這是因?yàn)楫?dāng)滾筒轉(zhuǎn)速達(dá)到10r．min-l以上時(shí)，苜蓿在滾筒內(nèi)已被完全拋起，此時(shí)轉(zhuǎn)速對(duì)于燥速度無(wú)影響，因此苜蓿最終含水率差別不大。
3、結(jié)論
本文根據(jù)試驗(yàn)研究，得出了干燥條件對(duì)滾筒牧草干燥烘干機(jī)部分性能指標(biāo)的影響規(guī)律，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析獲得了能在合理操作參數(shù)范圍內(nèi)定量預(yù)測(cè)苜蓿最終含水率的模型。在一定范圍內(nèi)，定量分析了牧草喂入率、干燥溫度和滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)干燥后牧草含水率的影響規(guī)律，即喂人率越高，干燥溫度越低，則苜蓿最終含水率越高。這為滾筒牧草干燥自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。當(dāng)熱風(fēng)速度一定時(shí)，適當(dāng)調(diào)節(jié)喂入率、滾筒轉(zhuǎn)速和干燥溫度等參數(shù)，可以使苜蓿達(dá)到良好的干燥效果。
