随着我国畜牧业的发展，“人畜争粮”的矛盾日益突出，开发新的饲料资源，促进我国畜牧业向节粮型方向转变已经迫在眉睫。作为一个农业大国，我国的农作物秸秆资源极为丰富，年产6亿多t，但一直都得不到有效利用，造成了严重的浪费。而秸秆中大约有65%～80%的干物质能够被动物吸收利用，如秸秆中的可溶性糖类和蛋白质等，动物对秸秆的消化率一般在40%～50%之间，因作物秸秆的种类不同而有所差异。因此，秸秆饲料有着很好的开发利用前景，若能够形成商品化生产，跨区域利用的良好局面，将对缓解我国饲料压力，促进我国畜牧业结构调整产生深远的社会效益和经济效益。 农作物秸秆生产的季节性和区域性决定了首先要解决其贮藏和运输问题，而秸秆在自然状态下松散、容积密度小，贮运输成本太高，这大大妨碍了秸秆饲料的商品化生产。因此，第一步就是要对其进行压缩。秸秆压缩理论的研究越来越得到重视，如应力松弛特性的研究。各种压缩设备也屡见报端：秸秆压块机，饲草打捆机等，但由于制造和生产成本以及加工效果等问题，致使秸秆压缩饲料的有效推广还不容乐观。本文研制了一种秸秆大截面压块机，对揉碎的农作物秸秆进行大截面压块，效率高，成本低，便于运输和贮存。生产的大截面秸秆块可以打散添加精饲料直接饲喂，也可以作为青贮或微贮等的前期加工。 1、基本设计思想 本压块机拟对揉碎后的秸秆物料进行大截面中、高密度压块，密度为350～550 kg/m3，考虑到搬运和堆放方便，草块外形尺寸设计为200×400 mm×600 mm。在喂人方式上，采用人工多次定量喂人，这样的设计虽然使得整机的自动化程度有所下降，但结构简单，加工和制造成本低。在动力传输上，采用液压传动方式，其优点是：噪声小，传动平稳，只要合理选择液压泵和液压油缸，就能压出符合要求的中、高密度秸秆块。关于产品打包方式，考虑到秸秆物料的应力松弛特性，拟采用尼龙袋整体包装的方法，以有效防止散块现象的发生。 2、总体结构设计 2.1 总体结构及作业过程 液压式大截面秸秆压块机主要由油箱、液压泵站、料箱、挤压推板、推出板、压盖板和三个油缸组成，主要工作过程由三个液压油缸顺序的伸和缩共六个动作完成。其总体结构示意图见图1。 首先，由人工完成秸秆物料的装填工作，以添平料箱8为止。然后开启液压泵，料箱盖在压盖油缸的推动下闭合，紧接着，主压油缸推动挤压推板将物料一次性压缩至出料口处，这是压块机最关键的秸秆挤压工作过程，此时压力最大，能耗最高。所以电机功率的选取以该过程液压泵的输出功率为准。参考饲草压捆机的电机功率，并本着动力消耗最小化原则，选用7.5 kW的电机(额定转速为1 450 r/min)。最后，由推出油缸推动推出板将成形秸秆块推到出料口里，同时将上一个工作循环完成的秸秆料块（已驻留一个工作循环时间）推出。 2.2料箱结构尺寸 料箱的结构尺寸主要是根据压缩秸秆块的规格和物料的原始密度来确定的。在合适的范围内，考虑人工搬运草块的能力，确定草块的基本重为20 kg。根据秸秆碎料的体积质量：80～120 kg／m3，则每次装入的秸秆物料体积为0.25m3左右，考虑运输方便和外形美观的需要，设计料箱的长度为1100 mm，宽度和高度分别为600、660 mm。 2,3工作部件设计 本机的工作运动部件主要有料箱盖、挤压推板和推出板。为尽量缩短传动链，分别由料仓启闭油缸、主压油缸和推出油缸直接推动。位置结构如图1中所示（推出油缸在出料口的后方）。在三个油缸的推动下分别完成料仓开启、闭合，物料压缩，物料推出等动作。 2.4出料口设计 本机在料箱前部设计一长方筒形的出料口（见图1），其结构与设计的草块相同，为利于草块推出，尺寸稍稍大于草块。在工作过程中，出料口中始终存有一草块，这样不但解决了饲草外流的问题，草块包装也变得简单易行；尼龙袋本身有一定的弹性，只需在草块推出之前，将其套在方形出料口上，在尼龙袋和出料口的摩擦阻力作用下，成形草块被推出的同时，就自然地装入袋中，最后人工封口即可。更重要的是，按照应力松弛的结论，草块平均需要13.3 s才能完成快速应力松弛过程，而草块在出料槽中的滞留时间理论上是一个工作循环的时间，将远远大于13.3 s。这一设计使得草块有充裕的松弛时间，可以有效地避免由于内应力过大而造成的散块问题。 3、液压系统设计 液压系统是大截面秸秆压块机完成压块作业的执行机构，本部分设计的合理与否，将直接影响到草块的质量，能量的消耗和生产率，甚至会影响到压块机工作的安全性。本机压块作业主要由翻盖油缸、主压油缸和推出油缸的伸和缩共六个动作完成，其工作循环如图2所示。各个动作之间既不能有空闲时间浪费，又不能产生不良干涉，以保证作业的效率和机器的可靠性。在充分考虑到实际工作的可行性及系统的造价等因素后，理论确定每个工作循环的周期为1 min。另外，液压系统的设计要考虑到多尘和高温等环境因素，以减少故障发生。因此，本液压系统采用变量式柱塞泵提高电机效率；分别设有溢流阀防止系统超载，电磁换向阀实现每个油缸的双向运动，液控单向阀保证主压油缸保压。另外，油箱上设有液位计、空气滤清器、冷却器、回油过滤器以满足正常的使用功能，保证油液的清洁度，降低系统油温，使系统安全可靠的运行。 主要工作参数 外形尺寸：1 500 mm×800 mm x1300 mm； 电机功率：7.5 kW； 设计生产率：1 200 kg/h； 液压油缸最大工作压力：1.023 MPa； 一个工作循环时间：60 8。 5、样机性能试验 5.1试验原料 河北承德产优质玉米秸秆，经9SC400B型揉搓机揉搓加工，晾晒至含水率低于20%。原因是若含水率高于20%，压块后保存时容易发霉变质或者风干后草块变松把捆绳拉断。 5.2压块试验 本试验共分五组进行，所得试验数据见表1。 分别对5个组试验进行位移和压力的数据采集。用sPss软件对数据进行回归分析，得到三次多项式回归方程，再利用该回归方程进行功耗的计算。计算结果见表2。 由表1、表2可见，随着草块密度的增大，压块功耗、压块时间和压块过程最大压力也呈上升趋势，并与理论设计值基本符合。这证明了测试数据的可靠性及机器运行的可靠性。 试验过程中，第5组压块出现了推出油缸推料不畅的问题，影响了工作效率，这主要是由于装料量大，而电机输出功率不足，进而导致主压油缸压力不足。但前4个组试验，压块密度完全达到要求；因此，只要控制装料量，7.5 kW电机可以满足该机中、高密度压块的需要。 6、结论 (1)本机电机选型合理，机器运行可靠；压块产品符合设计规格。 (2)本机能够满足对揉碎秸秆物料的中、高密度压缩的要求，其压缩密度为350～550 kg/m3，使秸秆密度提高5～7倍，大大降低了秸秆饲料的贮运成本。 (3)本机的液压系统设计合理，通过对三个液压缸的控制，可以安全有效地完成对秸秆的中、高密度压缩。 (4)本机结构简单，操作方便，生产和加工成本低，适合在广大农村推广应用。 河南省同创新能源生产销售秸秆颗粒机秸秆压块机、木屑颗粒机等生物质燃料颗粒成型机械设备。