CN101975721A - 一种模拟秸秆压缩成型的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟秸秆压缩成型的方法及装置，包括以下步骤：1)对选用的秸秆进行去叶和去毛根处理，取少许秸秆进行切短和干燥处理后作为样品；2)测定分析步骤1)中样品的半纤维素、纤维素、酸性洗涤木质素、粗灰分和含水率；3)将步骤1)中剩下的秸秆进行风干；4)依据压缩筒的直径，将步骤3)中的秸秆进行切短处理；5)将步骤4)中的秸秆进行复水处理；6)通过BlueHill 2软件，根据步骤1)中测得的待压缩秸秆的品种特性，对“开式”和“闭式”压缩方法进行编辑；7)进行“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验；8)至压缩过程完全结束，按照步骤6)中设定的采样频率分别对“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验过程中的位移和载荷进行记录并保存，并计算应力、应变，以及秸秆密度和压缩比能耗。本发明可以应用在秸秆压缩成型过程的模拟研究中。

Description

一种模拟秸秆压缩成型的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种模拟农作物压缩成型的方法及装置，特别是关于一种模拟秸秆压缩成型的方法及装置。

背景技术

我国农作物秸秆资源丰富，据统计，年产量约7亿吨，约占世界秸秆总产量的30％，折合标准煤约3亿吨，农作物秸秆资源具有巨大的利用潜能。秸秆的处理和利用途径很多，诸如燃料化、材料化、饲料化、肥料化和基料化等。在农作物秸秆众多利用技术中，预处理环节是其生物质能有效利用的关键，而秸秆压缩成型是其预处理技术的重要一种。我国地域广阔，秸秆存在分布分散、结构疏松等特点，在收、储、运和生产过程中存在运输不便、储存密度低及费用高等问题，限制了其被大规模利用。因此，掌握生物质秸秆的压缩特性和成型规律，研究秸秆压缩工艺和成型设备具有重要的现实意义。由于秸秆种类繁多，且地域差异性较大，秸秆压缩成型影响因素较多，包括原料种类、含水率、粒度、压缩频率、成型压力和压缩方式等，因此，进行秸秆压缩工艺条件优化和成型模拟研究对于提高利用率，减小能耗具有重要意义。

秸秆压缩主要分为“开式”和“闭式”两种压缩形式，如果直接在实际生产压缩设备中通过不断调整各种秸秆压缩参数进行工艺优化和成型规律研究，一方面难以实现“开式”和“闭式”的快速转换，另一方面实际生产设备庞大，造价高，多次压缩试验易造成损坏，而且实际生产设备压缩试验时需要使用的原料多，能耗大，极易造成巨大的资源浪费，还有周期较长。相比而言，开发实验室小型秸秆压缩成型装置，模拟实际压缩工况，进行“开式”和“闭式”两种压缩形式下的工艺参数优化和成型模拟研究具有较大的现实意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种一种不仅能够快速实现“开式”和“闭式”压缩形式的转换，而且还能够对秸秆“开式”和“闭式”压缩形式下的最优工艺参数进行研究的模拟秸秆压缩成型的方法及装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种模拟秸秆压缩成型的方法，其特征在于包括以下步骤：1)对选用的秸秆进行去叶和去毛根处理，取其中少许秸秆进行切短和干燥处理后作为样品；2)将步骤1)中样品的半纤维素、纤维素、酸性洗涤木质素、粗灰分和含水率作为样品特性，进行测定分析；3)将步骤1)中剩下的秸秆进行风干；4)依据压缩筒的直径，将步骤3)中的秸秆进行切短处理；5)将步骤4)中的秸秆进行复水处理使含水率达到15％～55％；6)通过BlueHill2软件，根据步骤1)中测得的待压缩秸秆的品种特性，分别对“开式”和“闭式”压缩方法进行编辑，编辑情况如下：对于“开式”压缩试验方法，选取不同的压缩频率及其相应的循环次数，设定单次压缩往返行程、压缩动作结束后的保压时间和采样频率；对于“闭式”压缩试验方法，将整个压缩过程分为若干阶段，设定每阶段的压缩行程为、压缩速度、各阶段压缩动作结束后的保压时间和采样频率；7)将压杆与压力传感器和位移传感器联接，分别进行“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验；8)至压缩过程完全结束，按照步骤6)中设定的采样频率分别对“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验过程中的位移和载荷进行记录并保存，并计算出应力、应变，以及不同压缩阶段压缩后的秸秆密度和压缩比能耗，压缩比能耗E的计算公式是：

$E=\frac{\underset{0}{\overset{l}{\∫}}\mathrm{FdS}}{m}\×{10}^{-3}$

式中，S(mm)是测得的压缩位移，F(N)是测得的载荷，m(g)是待压缩秸秆的总质量，l(mm)是压缩盘运动的整个行程。

所述步骤1)中，将取做样品的秸秆切短至30～40mm，干燥温度是65℃，干燥时间是48h。

所述步骤2)中，将步骤1)中剩下的秸秆进行风干至含水率为10％～15％。

所述步骤7)中，“开式”压缩试验时，将压缩筒直接置于底座上方，并使压缩筒与底座上的出口对准联通后固定，再往压缩筒内加入底料，并按照步骤6)中编辑的压缩方法分批次地往压缩筒内加入秸秆；“闭式”压缩试验时，将“闭式”底板置于压缩筒底部与底座之间，再将待压缩秸秆一次性将压缩筒填满，然后按照步骤6)中编辑的压缩方法进行操作。

往压缩筒内加入底料的初始秸秆量为100～150g，单次加入秸秆的量为5～8g。

一种模拟秸秆压缩成型的装置，其特征在于：它包括一机架、一压缩装置、一位移传感器、一压力传感器、一控制箱和一计算机；其中，所述压缩装置、位移传感器和压力传感器均设置在所述机架上；通过所述计算机编辑“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验中的各试验参数，并控制所述位移传感器和压力传感器进行数据采集，同时通过所述控制箱控制所述压缩装置进行压缩；所述位移传感器和压力传感器分别将压缩试验过程中所述压缩装置的位移和载荷输送至所述计算机，由所述计算机计算出压缩密度和压缩比能耗。

所述压缩装置包括一固设在所述机架底部上的底座，所述底座上设置有一“凸”字形的压缩筒，所述压缩筒的凸部两端通透，与底部中心孔连通成一秸秆压缩腔；所述压缩筒中设置有一固连在所述压力传感器下部的压杆，所述压杆底端连接一与所述压缩筒的内壁具有间隙的压缩盘。

所述底座包括一固设在所述机架底部上的底板，所述底板上间隔均匀地固设有三块以上三角形的支撑板；各所述支撑板的顶部固设有一中心带圆孔的平台，所述压缩筒的底部坐设在所述平台上，且所述平台上的圆孔的中心与所述压缩腔的轴心对准。

所述压缩装置还包括一底板，该底板设置在所述底座的平台与所述压缩筒底部之间。

所述机架的两立柱中嵌设有两丝杠，所述位移传感器设在一侧的所述丝杠顶端，两所述丝杠之间通过螺纹连接有一横梁，所述压力传感器固连在所述横梁下方；所述机架上还设有上限位、下限位以及位移指针。

所述控制箱包括电机和编码器，所述电机通过所述编码器电连接所述计算机，所述电机的输出轴连接所述丝杠的底部；所述控制箱上设有紧急停止按钮和手动控制按钮。

所述计算机中预设值有一试验方法编辑模块和一计算模块，所述试验方法编辑模块用于编辑“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验中的各试验参数，并通过所述控制箱中的编码器，驱动所述电机带动所述机架上的横梁运动；所述计算模块根据接收到所述位移传感器和压力传感器输入的位移和压缩载荷后，计算出压缩密度和压缩比能耗，所述计算模块中预设置有压缩密度和压缩比能耗的计算公式，所述压缩比能耗的计算公式为：

$E=\frac{\underset{0}{\overset{l}{\∫}}\mathrm{FdS}}{m}\×{10}^{-3}$

式中，S(mm)是测得的压缩位移，F(N)是测得的载荷，m(g)是待压缩秸秆的总质量，l(mm)是压缩盘运动的整个行程。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明方法由于通过BlueHill 2软件，根据测得的待压缩秸秆的品种特性分别对“开式”和“闭式”压缩方法进行编辑，再结合实际需要可以对“开式”和“闭式”压缩形式进行快速转换，操作方便，然后在不同压缩形式下进行压缩成型模拟试验，并根据计算得到的成品压缩密度和压缩比能耗，确定“开式”和“闭式”压缩形式下的最优工艺参数。2、本发明装置由于设置了机架、位移传感器、压力传感器、压缩装置、控制箱和计算机，因此结构简单，能够在实验室范围进行秸秆压缩成型的有效模拟，不仅可以确定“开式”和“闭式”压缩形式下的最优工艺参数，而且还可以降低成本。3、本发明由于可以在底座与压缩筒之间放置底板，简单地将开式压缩装置转换成闭式压缩装置，操作方便。4、本发明由于在控制箱上设有紧急停止按钮，便于控制机架失控的情形。5、本发明由于在控制箱上还设有手动控制按钮，便于夹具拆卸和安装。6、本发明由于在机架上设有横梁的位移极限，且在横梁的一侧设有位移指针，因此可以防止所设试验程序超出横梁位移极限而损坏机架上的其它部件等。本发明可以应用在秸秆压缩成型过程的模拟研究中。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图

图2是本发明装置中开/闭压缩装置结构示意图

图3是本发明装置中控制箱的连接框图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明方法包括以下步骤：

1)对选用的秸秆进行去叶和去毛根处理，取其中少许秸秆进行切短和干燥处理后作为样品，切短至30～40mm，样品的干燥温度是65℃，干燥时间是48h，并对样品的半纤维素、纤维素、酸性洗涤木质素、粗灰分和含水率等理化指标进行测定分析，将测得的半纤维素、纤维素、酸性洗涤木质素和粗灰分作为秸秆的品种特性。

2)将步骤1)中剩下的秸秆作为待压缩对象，首先风干至含水率为10％～15％，再依据压缩筒的直径，进行切短处理，然后将待压缩秸秆进行复水处理，使含水率调整为：15％～55％。

3)通过BlueHill 2软件，根据步骤1)中测得的待压缩秸秆的品种特性，分别对“开式”和“闭式”压缩方法进行编辑，编辑情况如下：

对于“开式”压缩试验方法，选取不同的压缩频率及其相应的循环次数，设定单次压缩往返行程、压缩动作结束后的保压时间和采样频率。

对于“闭式”压缩试验方法，将整个压缩过程分为若干阶段，设定每阶段的压缩行程为、压缩速度、各阶段压缩动作结束后的保压时间和采样频率。

4)将压杆与压力传感器和位移传感器联接，分别进行“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验：“开式”压缩试验时，将压缩筒直接置于底座上方，并使压缩筒与底座上的出口对准联通后固定，再往压缩筒内加入初始秸秆量为100～150g作为底料，然后按照步骤3)中编辑的压缩方法分批次地往压缩筒内加入秸秆，单次加入的秸秆量为5～8g；“闭式”压缩试验时，将“闭式”底板置于压缩筒底部与底座之间，将压缩筒与底座上联通的出口完全隔开，再将待压缩秸秆一次性将压缩筒填满，然后按照步骤3)中编辑的压缩方法进行操作。

5)至压缩过程完全结束，按照步骤3)中设定的采样频率分别对“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验过程中的位移和载荷进行记录并保存，再分别计算出两种压缩方式得到的压缩成品的应力、应变，以及不同压缩阶段压缩后的秸秆密度和压缩比能耗等压缩性能评价指标。上述应力、应变和压缩后的秸秆密度均可以通过教科书上的公开的计算方法获得，而压缩比能耗E的计算公式是：

$E=\frac{\underset{0}{\overset{l}{\∫}}\mathrm{FdS}}{m}\×{10}^{-3}$

式中，S(mm)是测得的压缩位移，F(N)是测得的载荷，m(g)是待压缩秸秆的总质量，l(mm)是压缩盘运动的整个行程。

6)根据步骤5)中计算的“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验得到的压缩成品的压缩密度和压缩比能耗，确定最优的压缩工艺参数。

下面是一具体实施例。

将本发明方法应用在小麦秸秆“开式”和“闭式”压缩成型模拟优化研究中。

1)以成熟期的小麦秸秆为原料，对原料进行去叶和去毛根处理，取其中少许秸秆进行机械切短，切短后的长度是30～40mm，然后将样品通过烘箱干燥，干燥温度是65℃，干燥时间是48h，最后粉碎通过40目筛，对样品的半纤维素、纤维素、酸性洗涤木质素、粗灰分和含水率等理化指标进行测定分析，测定分析方法的方法如表1所示。

表1

分析项目	测定方法	参考标准
			含水率	热风干燥法(105℃，3h)	GB/T 6435-86
半纤维素	范氏纤维测定法	——
			纤维素	范氏纤维测定法	——
酸性洗涤木质素	范氏纤维测定法	——

粗蛋白	燃烧法，凯式定氮仪测定	GB/T 6432-94
			粗灰分	马弗炉燃烧法(550℃，3h)	GB/T 6438-92

测得的秸秆原料的基本理化指标如表2所示。

表2

表2中，同列数据后面的不同字母表示最小显著差数法试验(P＜0.05)的显著差异性。

2)将剩下的秸秆作为待压缩对象，首先风干至含水率为10％～15％，再将风干后的秸秆机械切短至30～40mm，每种原料各取(500±5)g，通过计算每次加水量，对小麦秸秆进行复水使其含水率分别控制在15％、35％和55％左右。

3)通过BlueHill 2软件，根据步骤1)中测得的待压缩秸秆的品种特性，分别对“开式”和“闭式”压缩方法进行编辑，编辑情况如下：

对于“开式”压缩试验方法，选取不同的压缩频率范围0.5次/min、0.75次/min和1次/min，分别循环4次、6次和8次，单次压缩往返行程为500mm，压缩结束后保持60s，数据采集间隔时间为1s。

对于“闭式”压缩试验方法，将整个压缩过程分为三个阶段，设定每阶段的压缩行程为50mm，压缩速度为50mm/min，第一、二阶段压缩结束后的保压时间各为30s，第三阶段压缩结束后的保压时间为60s，数据采集间隔时间为1s，以及压缩行程为150mm。

4)将压杆与压力传感器联接，分别进行“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验：“开式”压缩试验时，将压缩筒直接置于底座上方，并使压缩筒与底座上的出口对准联通后固定，再往压缩筒内加入初始秸秆量为(140±5)g作为底料，然后按照步骤3)中编辑的压缩方法分批次地往压缩筒内加入秸秆，单次加入的秸秆量为(6.00±0.05)g；“闭式”压缩试验时，将“闭式”底板置于压缩筒底部与底座之间，将压缩筒与底座上联通的出口完全隔开，再将待压缩秸秆一次性将压缩筒装满，然后按照步骤3)中编辑的压缩方法进行操作。

5)至压缩过程完全结束，按照步骤3)中设定的采样频率分别对“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验过程中的位移和载荷进行记录并保存，再分别计算出两种压缩方式得到的压缩成品的应力、应变，以及不同压缩阶段压缩后的秸秆密度和压缩比能耗等压缩性能评价指标。上述应力、应变和压缩后的秸秆密度均可以通过教科书上的公开的计算方法获得，而压缩比能耗E的计算公式是：

$E=\frac{\underset{0}{\overset{l}{\∫}}\mathrm{FdS}}{m}\×{10}^{-3}---\left(1\right)$

式中，S(mm)是测得的压缩位移，F(N)是测得的载荷，m(g)是待压缩秸秆的总质量，l(mm)是压缩盘运动的整个行程。

6)根据步骤5)中计算的“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验得到的压缩成品的压缩密度和压缩比能耗，确定最优的压缩工艺参数：

根据压缩密度确定压缩工艺参数：各含水率水平下秸秆压缩都大致经历了松散、过渡和压紧3个阶段。在松散阶段，随着压力均匀增加，秸秆的变形增加较快，且秸秆的变形与所受压力呈近似线性关系，其中小麦秸秆应力为0.5MPa时，其密度已达到200kg/m³以上；在过渡和压紧阶段，随压力的增加，秸秆变形的增幅逐渐减弱，压力与秸秆变形呈非线性关系，增加压力对增加秸秆的压缩密度效果不明显，含水率55％小麦秸秆压缩密度增长速度最快。

根据压缩比能耗确定压缩工艺参数：

“开式”压缩试验中各含水率水平下秸秆压缩比能耗均是随着压缩位移的增大而逐渐增加，压缩结束时，小麦秸秆压缩比能耗为18.883～31.043J/g，其中含水率55％小麦秸秆压缩比能耗最小；各压缩频率水平下秸秆压缩比能耗均是随着压缩次数的增多而逐渐增加，压缩结束时，小麦秸秆压缩比能耗为17.919～31.820J/g，其中小麦秸秆以压缩频率0.5次/min压缩比能耗最小。

“闭式”压缩试验中各含水率水平下秸秆压缩比能耗均是随着压缩位移的增大而逐渐增加，压缩结束时，小麦秸秆压缩比能耗为2.969～7.239J/g，其中含水率55％小麦秸秆压缩比能耗最小。

以小麦秸秆为原料，利用本发明方法及装置进行的秸秆压缩成型模拟试验，对含水率和压缩速率两工艺参数进行优化，3种含水率水平和3种压缩速率水平均能使秸秆达到质量高、能耗小的压缩产品。其中，通过综合评价指标发现，小麦秸秆含水率和压缩频率分别为55％和0.5次/min压缩效果更优。

如图1所示，实现上述方法的装置包括一框架式的机架1、一压缩装置2、一位移传感器(图中未示出)、一压力传感器3、一控制箱4和一计算机5。其中，压缩装置2、位移传感器和压力传感器3均设置在机架1上，通过计算机5编辑“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验中的各试验参数，并控制位移传感器和压力传感器3进行数据采集，同时通过控制箱4控制压缩装置2进行压缩。位移传感器用于实时监测压缩试验过程中压缩装置2的位移，压力传感器3用于实时监测压缩试验过程中施加给压缩装置2的载荷。压缩装置2的位移和受到的载荷被位移传感器和压力传感器3输送至计算机5，由计算机5计算出压缩密度和压缩比能耗。

本发明的机架1的两立柱中嵌设有两丝杠6，两丝杠6之间通过螺纹连接有一横梁7，使横梁7可以通过丝杠6做上、下运动。压力传感器3固连在横梁7下方，位移传感器设在一侧的丝杠6顶端。机架1上还设有上限位A和下限位B，作为横梁7位移极限。横梁7的一侧相应地设有一位移指针8，用于准确指示横梁7的所在位置，上、下限位A、B与位移指针8共同用于防止所设试验程序超出横梁7位移极限而损坏机架1上的其它部件。

如图2所示，本发明的压缩装置2固设在机架1的底部上，压缩装置2包括一底座21，其底板211与机架1固连，底板211上间隔均匀地固设有三块以上三角形的支撑板212，各支撑板212的顶部固设有一中心带圆孔214的平台213。底板211、支撑板212和平台213可以一体成型成底座21，也可以通过其它方式固定连接成一体。平台213上设置有一“凸”字形的压缩筒22，压缩筒22的底部坐设在平台213上，凸部两端通透，与底部中心孔连通成一圆柱形的空腔，该空腔为秸秆压缩腔221。压缩腔221的直径小于平台213上的圆孔214，且压缩腔221的轴心与平台213的圆孔214中心对准，方便将压缩成品从压缩腔221挤出。

压缩筒22中设置有一压杆23，压杆23与压力传感器3的下部固连。压杆23底端连接一压缩盘24，压缩盘24与压缩筒22的内壁留有一定间隙，因此可以防止压缩原料与压缩筒22的内壁摩擦力过大而导致压缩无法进行。压缩装置2还包括设置在平台213与压缩筒22之间的一底板25，从而形成一闭式压缩装置。抽取出底板25，可以转换成一开式压缩装置，此时由于平台213和压缩筒22直接连接，因此压缩成品可以从该圆孔挤出。

如图1、图3所示，本发明的控制箱4包括电机41和编码器42，电机41通过编码器42电连接计算机5。电机41可以有一个，此时该电机41的输出轴连接机架1的两立柱中任一丝杠6的底部，电机41也可以有两个，每一个电机41的输出轴分别连接每一丝杠6的底部。控制箱4上设有紧急停止按钮43，便于机架1失控时得到有效控制。控制箱4上还设有手动控制按钮44，便于夹具拆卸和安装。

本发明的计算机5中预设值有一试验方法编辑模块和一计算模块，通过试验方法编辑模块编辑“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验中的各试验参数，对于“开式”压缩试验方法，试验参数指的是不同的压缩频率及其相应的循环次数，单次压缩往返行程、压缩动作结束后的保压时间和采样频率；对于“闭式”压缩试验方法，试验参数指的是整个压缩过程中每一阶段的压缩行程为、压缩速度、各阶段压缩动作结束后的保压时间和采样频率。试验方法编辑模块根据编辑好的“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验中的各试验参数，通过控制箱4对压缩装置2、位移传感器和压力传感器3进行控制。计算模块中预设置有压缩密度和压缩比能耗的计算公式，计算模块接收到位移传感器和压力传感器3输入的压缩装置2的位移和压缩载荷后，计算出压缩密度和压缩比能耗。本实施例中，试验方法编辑模块可以采用BlueHill 2软件。

上述各实施例中，底座21的底板211可以通过螺母和螺栓与机架1相连，平台213可以通过螺母9和螺栓10与压缩筒22底部连接，方便安装和拆卸。

上述各实施例中，压杆23通过圆柱销钉11与压力传感器3下部连接，并通过卡环12与圆柱销钉11相配合防止圆柱销钉11脱落，再通过锁紧螺母13紧固压杆23，从而可以提高压缩过程中压杆23的稳定性。

本发明装置使用时，首先通过计算机5的试验方法编辑模块编辑压缩装置2“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验中的各试验参数。

当进行“开式”压缩试验时，先将平台213与压缩筒22之间的底板25抽出，并将压杆23提升至压缩筒22上端的敞口之上，再往压缩筒22内加入初始秸秆量为(140±5)g作为底料，然后计算机5的试验方法编辑模块向控制箱4中的编码器42发送工作指令，按照编辑的压缩方法，控制电机41的转动，从而通过横梁7带动压杆23对底料进行压缩，然后分批次地往压缩筒内加入秸秆，单次加入的秸秆量为(6.00±0.05)g，压杆23的位移和压缩载荷经过位移传感器和压力传感器3采集到后，输送至计算机5中的计算模块，最后由计算模块计算出压缩密度和压缩比能耗。

当进行“闭式”压缩试验时，先将底板25放置在平台213与压缩筒22之间，并将压杆23提升至压缩筒22上端的敞口之上，再往压缩筒22中加入待压缩秸秆，并一次性装满，然后计算机5的试验方法编辑模块向控制箱4中的编码器42发送工作指令，按照编辑的压缩方法，控制电机41的转动，从而通过横梁7带动压杆23对底料进行压缩，然后分批次地往压缩筒内加入秸秆，单次加入的秸秆量为(6.00±0.05)g，压杆23的位移和压缩载荷经过位移传感器和压力传感器3采集到后，输送至计算机5中的计算模块，最后由计算模块计算出压缩密度和压缩比能耗。

Claims (13)

1.一种模拟秸秆压缩成型的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)对选用的秸秆进行去叶和去毛根处理，取其中少许秸秆进行切短和干燥处理后作为样品；

2)将步骤1)中样品的半纤维素、纤维素、酸性洗涤木质素、粗灰分和含水率作为样品特性，进行测定分析；

3)将步骤1)中剩下的秸秆进行风干；

4)依据压缩筒的直径，将步骤3)中的秸秆进行切短处理；

5)将步骤4)中的秸秆进行复水处理使含水率达到15％～55％；

6)通过BlueHill 2软件，根据步骤1)中测得的待压缩秸秆的品种特性，分别对“开式”和“闭式”压缩方法进行编辑，编辑情况如下：

对于“开式”压缩试验方法，选取不同的压缩频率及其相应的循环次数，设定单次压缩往返行程、压缩动作结束后的保压时间和采样频率；

对于“闭式”压缩试验方法，将整个压缩过程分为若干阶段，设定每阶段的压缩行程为、压缩速度、各阶段压缩动作结束后的保压时间和采样频率；

7)将压杆与压力传感器和位移传感器联接，分别进行“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验；

8)至压缩过程完全结束，按照步骤6)中设定的采样频率分别对“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验过程中的位移和载荷进行记录并保存，并计算出应力、应变，以及不同压缩阶段压缩后的秸秆密度和压缩比能耗，压缩比能耗E的计算公式是：

$E=\frac{\underset{0}{\overset{l}{\∫}}\mathrm{FdS}}{m}\×{10}^{-3}$

式中，S(mm)是测得的压缩位移，F(N)是测得的载荷，m(g)是待压缩秸秆的总质量，l(mm)是压缩盘运动的整个行程。

2.如权利要求1所述的一种模拟秸秆压缩成型的方法，其特征在于：所述步骤1)中，将取做样品的秸秆切短至30～40mm，干燥温度是65℃，干燥时间是48h。

3.如权利要求1所述的一种模拟秸秆压缩成型的方法，其特征在于：所述步骤2)中，将步骤1)中剩下的秸秆进行风干至含水率为10％～15％。

4.如权利要求2所述的一种模拟秸秆压缩成型的方法，其特征在于：所述步骤2)中，将步骤1)中剩下的秸秆进行风干至含水率为10％～15％。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种模拟秸秆压缩成型的方法，其特征在于：所述步骤7)中，“开式”压缩试验时，将压缩筒直接置于底座上方，并使压缩筒与底座上的出口对准联通后固定，再往压缩筒内加入底料，并按照步骤6)中编辑的压缩方法分批次地往压缩筒内加入秸秆；“闭式”压缩试验时，将“闭式”底板置于压缩筒底部与底座之间，再将待压缩秸秆一次性将压缩筒填满，然后按照步骤6)中编辑的压缩方法进行操作。

6.如权利要求5所述的一种模拟秸秆压缩成型的方法，其特征在于：往压缩筒内加入底料的初始秸秆量为100～150g，单次加入秸秆的量为5～8g。

7.一种实现如权利要求1～6中任一项所述方法的模拟秸秆压缩成型的装置，其特征在于：它包括一机架、一压缩装置、一位移传感器、一压力传感器、一控制箱和一计算机；其中，所述压缩装置、位移传感器和压力传感器均设置在所述机架上；通过所述计算机编辑“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验中的各试验参数，并控制所述位移传感器和压力传感器进行数据采集，同时通过所述控制箱控制所述压缩装置进行压缩；所述位移传感器和压力传感器分别将压缩试验过程中所述压缩装置的位移和载荷输送至所述计算机，由所述计算机计算出压缩密度和压缩比能耗。

8.如权利要求7所述的一种模拟秸秆压缩成型的装置，其特征在于：所述压缩装置包括一固设在所述机架底部上的底座，所述底座上设置有一“凸”字形的压缩筒，所述压缩筒的凸部两端通透，与底部中心孔连通成一秸秆压缩腔；所述压缩筒中设置有一固连在所述压力传感器下部的压杆，所述压杆底端连接一与所述压缩筒的内壁具有间隙的压缩盘。

9.如权利要求8所述的一种模拟秸秆压缩成型的装置，其特征在于：所述底座包括一固设在所述机架底部上的底板，所述底板上间隔均匀地固设有三块以上三角形的支撑板；各所述支撑板的顶部固设有一中心带圆孔的平台，所述压缩筒的底部坐设在所述平台上，且所述平台上的圆孔的中心与所述压缩腔的轴心对准。

10.如权利要求7所述的一种模拟秸秆压缩成型的装置，其特征在于：所述压缩装置还包括一底板，该底板设置在所述底座的平台与所述压缩筒底部之间。

11.如权利要求7所述的一种模拟秸秆压缩成型的装置，其特征在于：所述机架的两立柱中嵌设有两丝杠，所述位移传感器设在一侧的所述丝杠顶端，两所述丝杠之间通过螺纹连接有一横梁，所述压力传感器固连在所述横梁下方；所述机架上还设有上限位、下限位以及位移指针。

12.如权利要求7或11所述的一种模拟秸秆压缩成型的装置，其特征在于：所述控制箱包括电机和编码器，所述电机通过所述编码器电连接所述计算机，所述电机的输出轴连接所述丝杠的底部；所述控制箱上设有紧急停止按钮和手动控制按钮。

13.如权利要求7或12所述的一种模拟秸秆压缩成型的装置，其特征在于：所述计算机中预设值有一试验方法编辑模块和一计算模块，所述试验方法编辑模块用于编辑“开式”压缩试验和“闭式”压缩试验中的各试验参数，并通过所述控制箱中的编码器，驱动所述电机带动所述机架上的横梁运动；所述计算模块根据接收到所述位移传感器和压力传感器输入的位移和压缩载荷后，计算出压缩密度和压缩比能耗，所述计算模块中预设置有压缩密度和压缩比能耗的计算公式，所述压缩比能耗的计算公式为：

$E=\frac{\underset{0}{\overset{l}{\∫}}\mathrm{FdS}}{m}\×{10}^{-3}$

式中，S(mm)是测得的压缩位移，F(N)是测得的载荷，m(g)是待压缩秸秆的总质量，l(mm)是压缩盘运动的整个行程。

Images