新鮮草物料壓縮過程中應(yīng)力松弛的試驗研究

新鮮草物料壓縮過程中應(yīng)力松弛的試驗研究

本研究的目標(biāo)是闡明壓彎機械壓縮新鮮草材料的壓縮性、壓縮頻率、壓縮功率等動態(tài)參數(shù)與壓縮密度、供應(yīng)量、材料類型等的關(guān)系，為壓縮技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。國際上沒有進行過屬于開式壓縮工程上的應(yīng)力松弛的試驗研究,國內(nèi)也沒有進行過新鮮草物料的壓縮應(yīng)力松弛試驗研究。在草物料壓縮應(yīng)力松弛的研究中,對草片應(yīng)力松弛的實質(zhì)、研究的方法和程序,甚至某些理論上都有新的突破。1試驗處理和結(jié)果1.1在放松試驗中，應(yīng)突然降低電壓的含義1.1.1附加值數(shù)據(jù)從試驗數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn),在新鮮草物料壓縮成一個草片后壓縮活塞停止的瞬間,活塞上的作用力有一個突降值,如表1所示。1.1.2草片的應(yīng)力突降和突變活塞壓縮物料過程中,活塞上的力是壓縮變形的阻力(一般包括彈性變形、塑性變形、流動的阻力和被壓縮草物料與草捆室壁的摩擦力)。當(dāng)達到最大密度的瞬間,可認(rèn)為草片的變形一定,活塞繼續(xù)移動,活塞上的力僅剩下草片的彈性恢復(fù)力和所有草片與草捆室壁的摩擦力,出現(xiàn)一次應(yīng)力突降。直到行程終點,活塞停止了運動,其上的力僅是草捆室內(nèi)所有草片的彈性恢復(fù)力。所以,在活塞停止的瞬間,其上的力又發(fā)生了一個突降,其力的大小、性質(zhì)都發(fā)生了變化。這些力的突降是草片與草捆室壁的動摩擦力所致。突變值大小反映了被壓縮草片的特性。如果物料是彈性體,其突變值可以變小;如果是粘性體,其突變值可能就大。就因為草片不是虎克材料,也不是理想粘性材料,而粘彈性體材料,表現(xiàn)了不同物料、不同喂入量甚至不同密度的草片的性質(zhì)是不同的。這個突降值愈大,再進行壓縮時壓縮就容易,功率就有減小的趨勢。1.2應(yīng)力松弛試驗的結(jié)果1.2.1應(yīng)力松弛試驗曲線活塞停止(即保持草片變形不變)瞬間發(fā)生突變值后,緊接著其上的應(yīng)力(膨脹力)隨時間逐漸變小,這就是直接壓縮后草片的應(yīng)力松弛過程。試驗曲線如圖1～圖3所示。圖的右上角是與圖中對應(yīng)曲線尾端部分的方程式(曲線下細(xì)曲線的方程式,說明曲線的模擬模型不并列聯(lián)彈簧)。1.2.2模型擬合結(jié)果根據(jù)試驗數(shù)據(jù)和曲線,以及筆者提出的方法,采用由n個[M]模型并聯(lián)的廣義麥克斯威爾模型,即n階G[M],經(jīng)過充分分析論證,有足夠的精確性和理論的正確性。模型類型已經(jīng)確定,那么是幾階的G[M]模型呢?筆者采用阻尼最小二乘迭代方法,并根據(jù)自編的程序框圖編制了一個計算機程序。利用所編程序?qū)υ囼灲Y(jié)果進行分析計算,計算時麥克斯韋模型數(shù)(階數(shù))n取2～6,結(jié)果發(fā)現(xiàn):n=4時(只有蘇丹草在6kg時,n=3),擬合效果最好。應(yīng)力松弛方程式見表2、表3、表4所示,應(yīng)力松弛模型見圖4所示。2試驗結(jié)果的分析2.1應(yīng)力松弛時間譜物料在不同喂入量、高密度壓捆時,壓縮成草片的應(yīng)力松弛時間(譜)分別見表5～表7所示,其方程式見表2～表4中的方程式。所謂應(yīng)力松弛時間,就是應(yīng)力松弛到原應(yīng)力的37%的時間。顯然,松弛時間愈大,松弛就愈慢;反之,松弛得就快。所謂應(yīng)力松弛時間譜,是由若干個應(yīng)力松弛時間確定的規(guī)律,而不是一個應(yīng)力松弛時間。對于不同物料和不同喂入量,應(yīng)力松弛時間不同。松弛時間越長,應(yīng)力松弛越快;反之,應(yīng)力松弛越慢。松弛時間最小者在工程上具有重要意義,而且分析時要注意松弛時間對應(yīng)的應(yīng)力值大小。顯然,小的松弛時間對應(yīng)大的應(yīng)力值,其松弛量就大。2.2本研究中電壓緩沖參數(shù)之間的分析2.2.1應(yīng)力松馳率的確定為了方便分析試驗結(jié)果,提出兩個引入?yún)?shù),即比應(yīng)力和應(yīng)力松馳率。(1)比應(yīng)力。顯然,β越小,在生產(chǎn)較高密度的產(chǎn)品時,需要的壓縮力越小(功率也小)。(2)應(yīng)力松弛率。δ是某個時間草片的應(yīng)力松弛的量σ2.2.2提高工程的頻率(1)物料不同,喂入量不同,對應(yīng)力松弛參量都有顯著的影響。(2)應(yīng)力松弛時間愈小,草片的膨脹力松弛得愈快。在保持產(chǎn)品性能的條件下,提高工程的壓縮頻率,不僅增加了生產(chǎn)率,而且有可能降低壓縮力、壓縮功,甚至功率。(3)物料在不同喂入量下直接壓縮成草片的最大膨脹力σ(4)仔細(xì)分析各種應(yīng)力松弛方程式(包括整體分析和逐項的分析),對揭示新鮮草物料壓縮工程的內(nèi)部規(guī)律和工程動力學(xué)參量的優(yōu)化,具有直接指導(dǎo)作用。3本試驗過程的結(jié)果(1)首次揭示了典型新鮮草物料在開式壓縮工程中應(yīng)力松弛規(guī)律:一是同一種物料的應(yīng)力松弛與喂入量存在明顯的規(guī)律性;二是不同物料在相同喂入量下,其應(yīng)力松馳與喂入量也存在一定的規(guī)律性。(2)揭示了草物料壓縮應(yīng)力松弛的實質(zhì)不是壓縮力,而是草片膨