新鲜草物料压缩过程中应力松弛的试验研究

新鲜草物料压缩过程中应力松弛的试验研究

本研究的目标是阐明压弯机械压缩新鲜草材料的压缩性、压缩频率、压缩功率等动态参数与压缩密度、供应量、材料类型等的关系，为压缩技术的优化设计提供理论依据。国际上没有进行过属于开式压缩工程上的应力松弛的试验研究,国内也没有进行过新鲜草物料的压缩应力松弛试验研究。在草物料压缩应力松弛的研究中,对草片应力松弛的实质、研究的方法和程序,甚至某些理论上都有新的突破。1试验处理和结果1.1在放松试验中，应突然降低电压的含义1.1.1附加值数据从试验数据中发现,在新鲜草物料压缩成一个草片后压缩活塞停止的瞬间,活塞上的作用力有一个突降值,如表1所示。1.1.2草片的应力突降和突变活塞压缩物料过程中,活塞上的力是压缩变形的阻力(一般包括弹性变形、塑性变形、流动的阻力和被压缩草物料与草捆室壁的摩擦力)。当达到最大密度的瞬间,可认为草片的变形一定,活塞继续移动,活塞上的力仅剩下草片的弹性恢复力和所有草片与草捆室壁的摩擦力,出现一次应力突降。直到行程终点,活塞停止了运动,其上的力仅是草捆室内所有草片的弹性恢复力。所以,在活塞停止的瞬间,其上的力又发生了一个突降,其力的大小、性质都发生了变化。这些力的突降是草片与草捆室壁的动摩擦力所致。突变值大小反映了被压缩草片的特性。如果物料是弹性体,其突变值可以变小;如果是粘性体,其突变值可能就大。就因为草片不是虎克材料,也不是理想粘性材料,而粘弹性体材料,表现了不同物料、不同喂入量甚至不同密度的草片的性质是不同的。这个突降值愈大,再进行压缩时压缩就容易,功率就有减小的趋势。1.2应力松弛试验的结果1.2.1应力松弛试验曲线活塞停止(即保持草片变形不变)瞬间发生突变值后,紧接着其上的应力(膨胀力)随时间逐渐变小,这就是直接压缩后草片的应力松弛过程。试验曲线如图1～图3所示。图的右上角是与图中对应曲线尾端部分的方程式(曲线下细曲线的方程式,说明曲线的模拟模型不并列联弹簧)。1.2.2模型拟合结果根据试验数据和曲线,以及笔者提出的方法,采用由n个[M]模型并联的广义麦克斯威尔模型,即n阶G[M],经过充分分析论证,有足够的精确性和理论的正确性。模型类型已经确定,那么是几阶的G[M]模型呢?笔者采用阻尼最小二乘迭代方法,并根据自编的程序框图编制了一个计算机程序。利用所编程序对试验结果进行分析计算,计算时麦克斯韦模型数(阶数)n取2～6,结果发现:n=4时(只有苏丹草在6kg时,n=3),拟合效果最好。应力松弛方程式见表2、表3、表4所示,应力松弛模型见图4所示。2试验结果的分析2.1应力松弛时间谱物料在不同喂入量、高密度压捆时,压缩成草片的应力松弛时间(谱)分别见表5～表7所示,其方程式见表2～表4中的方程式。所谓应力松弛时间,就是应力松弛到原应力的37%的时间。显然,松弛时间愈大,松弛就愈慢;反之,松弛得就快。所谓应力松弛时间谱,是由若干个应力松弛时间确定的规律,而不是一个应力松弛时间。对于不同物料和不同喂入量,应力松弛时间不同。松弛时间越长,应力松弛越快;反之,应力松弛越慢。松弛时间最小者在工程上具有重要意义,而且分析时要注意松弛时间对应的应力值大小。显然,小的松弛时间对应大的应力值,其松弛量就大。2.2本研究中电压缓冲参数之间的分析2.2.1应力松驰率的确定为了方便分析试验结果,提出两个引入参数,即比应力和应力松驰率。(1)比应力。显然,β越小,在生产较高密度的产品时,需要的压缩力越小(功率也小)。(2)应力松弛率。δ是某个时间草片的应力松弛的量σ2.2.2提高工程的频率(1)物料不同,喂入量不同,对应力松弛参量都有显著的影响。(2)应力松弛时间愈小,草片的膨胀力松弛得愈快。在保持产品性能的条件下,提高工程的压缩频率,不仅增加了生产率,而且有可能降低压缩力、压缩功,甚至功率。(3)物料在不同喂入量下直接压缩成草片的最大膨胀力σ(4)仔细分析各种应力松弛方程式(包括整体分析和逐项的分析),对揭示新鲜草物料压缩工程的内部规律和工程动力学参量的优化,具有直接指导作用。3本试验过程的结果(1)首次揭示了典型新鲜草物料在开式压缩工程中应力松弛规律:一是同一种物料的应力松弛与喂入量存在明显的规律性;二是不同物料在相同喂入量下,其应力松驰与喂入量也存在一定的规律性。(2)揭示了草物料压缩应力松弛的实质不是压缩力,而是草片膨