太阳能热带牧草干燥机的设计与试验

随着畜牧业的高速发展，热带牧草种植加工也有了极大的进步。海南等地建立的热带牧草生产示范基地超过23hm2.热研2号柱花草在南方累计推广种植20万，是适合中国南方地区种植的热带豆科牧草之，也是海南干草粉生产的主要品种H，在中国热带豆科牧草中已占80以上H.牧草的营养成分受刈割后加工方法的影响很大，目前干燥牧草的相关技术落后是牧草生产发展的主要阻碍5.干燥工艺是影响牧草加工质量的重要因素之6.目前，牧草的干燥方法主要分为3种，即自然干燥法、物理化学干燥法和人工干燥法。自然干燥法效率低、营养损失很大、容易受天气影响；物理化学干燥法是用物理化学的方法加快干燥，常与其他方法相结合；人工干燥法投资高、耗能高、部分营养损失较大8.干燥作业所用能源占国民经济总能耗的12左右，是我国的耗能大户之。目前，国内外还没有人工干燥热研2号柱花草的专用设备10.为了解决热带牧草干燥的品质、效率问题，推动热带牧草产业发展，迫切需要开展关于热带牧草干燥设备的相关研制工作。为此，拟充分利用海南丰富的基金项目：海南自然科学基金项目（513140）太阳能资源，设计开发一种太阳能热带牧草干燥机，并以热研2号柱花草为例进行试验。
1构造与原理1.1整机构造太阳能热带牧草干燥机结构原理如所示。
整机主要由鼓风装置、传动装置、太阳能集热器、控制装置、布草装置、输草装置、备草箱及机架等组成。该干燥机采用3层网状输草装置和匀风控温系统，使热带牧草能方便地在稳定的热气流中快速干燥，主要技术参数如表1所示。
技术参数设计值干燥效率/fd-10.5工作温度/55鼓风机功率/kW0.045电动机功率/kW0.05太阳能集热器效率/0.57太阳能采光面积/m23外形尺寸/mm1250x500x1660结构质量/kg1101.2工作原理及过程经过初步切断后的牧草，装进备草箱，通过进草装置均匀地铺满输草装置。整个铺草过程由电动机通过传动装置驱动输草装置实现。当下层的输草装置铺满牧草，电动机停止转动，鼓风机通过风管和匀风板把太阳能集热器中的热风均匀地吹入干燥机室；热风垂直穿过输草装置对牧草进行干燥，然后通过排气烟囱排出干燥机；同时，余热板吸收热风中的部分余热，对备草箱中的牧草进行预热；并通过鼓风机不断吹风干燥和电动机的断续启动运转，牧草不断被干燥，然后暂时储存于干草箱中。
牧草中的营养成分在高温中会被分解破坏，造成营养流失。所以，当太阳光非常强烈时，干燥室中的温度感应器就会传输信号给控制装置，调节控风阀，减少太阳能集热器热风的流量，增大冷风的流量，使干燥室的热风温度保持在极限高温以下。当阴雨天阳光不够强烈、太阳能无法提供足够的热风时，电热丝就会通电加热空气，保证热风具有干燥牧草所需的热风温度。夜晚时，太阳能集热器的控风阀关闭，冷风阀完全打开，空气完全由电热丝加热，继续进行干燥牧草。热风的工作原理及干燥流程如所示。
2整机关键传动系统设计2.1传动装置传动装置实现把电动机的动能通过从动轮按需传递到3层输草装置和进草装置的功能，结构如所为了简化机械结构，该干燥机的传动装置采用单个电机驱动。同时，由于带传动具有结构简单、传动平稳、能缓冲吸振、可以在大的轴间距和多轴间传递动力，且造价低廉、不需润滑、维护容易等诸多优点，该传动装置采用平型带传动。
由于热风对底层牧草的干燥能力略高于上层，底层输草装置上面就可以比上层铺放更多的牧草。因此，3层输草装置的转动速度从上到下依次变小，从动轮的直径从上到下依次增大，并通过张紧轮张紧平型带，同电动机上的主动轮构成传动装置。
2.2鼓风装置鼓风装置包括鼓风机、风管、控风阀、匀风板、太阳能集热器和电热丝，以保证吹进干燥室的热空气风量和温度都比较稳定。
鼓风装置中，匀风板做成带孔的斗状，置于干燥室的底部，保证热风均匀地吹到干燥室的各个位置。
太阳能集热器共两块，每块采光面积1.5m2，主要由V弧型集热板、吸热涂层、玻璃盖板和保温层等构成，如所示。集热板采用V弧型，增大了单位材料吸收阳光的面积，而且双面同时加热空气。同时，其上有均布的细小通风孔，与集热板上下两侧的空气通道共输草装置主要由3层输草平带组成，起到铺放牧草的作用。输草平带为金属网状结构，网格较大，利于热风流动带走牧草中的水分。输草平带张紧环绕在两个滚轴上，由传动装置带动运转。牧草每次铺满3层为1个周期进行干燥，干燥完毕，电动机运转，干燥后的牧草落入干草箱。同时，湿牧草会继续被铺满输草装置，从而实现牧草连续干燥工作，避免了人工搬运牧草的时间和劳务浪费。
2.4余热板余热板由导热性良好的铝板材料制成，吸收热风排出时剩余的部分热量，对备草箱中的湿牧草进行预热。同时，热风未全部通过余热板的部分，会将余热板外部可能凝结的小水滴带走，维持干燥箱内的干燥条件。
2.5自动控制系统太阳能热带牧草干燥机由PLC控制实现干燥过程中的数据采集和各装置运转。干燥过程中PLC会根据检测到的温度、湿度和风量等参数的大小，不断调节控制执行元件，以达到合理、高效的运行状态。
其中，干燥过程的各种运行模式的定时、鼓风机的启停、牧草的装卸、故障检测等均由PLC根据计算机设定的命令来执行。其具体结构示意图，如所示。
3性能试验分析3.1试验条件试验选用牧草样品为热研2号柱花草，由中国热带农业科学院品种资源研究所提供。该牧草是我国华南地区广泛种植的热带牧草之鲜草湿基含水率为80~90.由于实际生产中刈割后的牧草大多不能马上投入太阳能干燥机进行干燥，所以试验前对鲜草进行初步的晾晒干燥，使其含水率达到70左右。
在海口市进行，当天白天夜间都为多云，气温34~26°C，平均相对湿度82. 3.2试验方法将处理好的牧草分为两部分，一部分由干燥机干燥，另部分放于铁架上在室外进行自然晾晒，形成对照试验。干燥过程中，持续跟踪监测干燥效果，每隔1h，分别对两部分牧草抽取5个单位的牧草样本，完成温、湿度及营养成分的测试比较。
牧草样品水分含量采用标准烘箱法，按照GB5009.3 -2010中测定。样品的各种营养成分由中国热带农业科学院品种资源研究所相关。其中，集热器采用单层玻璃盖板，非选择性吸收表面，故F= 0.94，代入式（1）中计算得集热器平均集热效率为57.2，集热效率达到较高水平。可以看出，在14：00时，太阳光辐射强度大，集热器的进出口温差高达到34.1C，其他时间点也形成了比较高的进出口温差，说明该太阳能集热器集热效果显著。试验过程中太阳能集热器工作运行良好，达到了设计要求。
时刻进口温度出口温度效率3.3.2温度及含水率测定结果试验过程中，对牧草、外界环境和干燥室内的温度和相对湿度的测试结果，如和所不。
时间/h相对湿度实测图试验过程中，环境温度变化幅度不大，但是随着太阳光辐射的不断增强，干燥室内温度有了较大升高，并在12：00左右达到了高温度。同时，牧草也直升温，在14：00-15：00左右温度达到了高值57.3C.这个温度既可以更快速地干燥牧草，又保护了牧草的营养成分不被高温分解，使营养物质得到了很好的保留。海口相对湿度一直较高，在12：00附近降到低为66，干燥箱内的相对湿度比环境的低21个百分点以上，随着温度升高，湿度差值变大。而牧草在干燥初期很快失水，相对湿度快速降低，之后下降速度逐渐减小，到15以下逐渐趋于平缓。
3.3.3营养成分比较营养物种类自然晒干/干燥机干燥1）结合热带牧草干燥技术薄弱、营养成分高温易采样分析主要营养成分数据如表3所示。结果表明，采用该干燥机干燥的牧草营养成分保留量高于自然晾晒，主要在于干燥机能短时间内快速低温干燥，减少了曰晒时间和牧草细胞自我营养损耗。由于干燥受热均匀，牧草样品的色泽保持良好，营养成分含量完全满足调制青贮饲料或干草的含量要求。对干燥机干燥的牧草总质量进行分析，其干燥效率0. 52t/d，达到了设计要求。
破坏等特点，设计了太阳能热带牧草干燥机。整机采用太阳能集热器与电热丝加热相结合，通过3层网状输草装置和匀风控温系统，实现了热带牧草装载、干燥、储存等干燥工序。
2）太阳能热带牧草干燥机的性能试验表明：该干燥机的干燥牧草含水率达到15以下是的干燥效率为0. 52t/d，干燥器集热效率为57.2，试验时段工作平均温度为58°C，干燥室高温度67°C，营养成分保留较好，满足热带牧草干燥的生产要求。
该太阳能热带牧草干燥机的研制，能进行稳定连续的热带牧草干燥，具有干燥效率高、节能环保、操作方便、结构简单等优点，具有显著的经济效益和生态效益，能够较好地解决目前热带牧草干燥问题，具有很高的推广应用价值。