農作物秸稈生產的季節性和區域性決定了首先要解決其貯藏和運輸問題，而秸稈在自然狀態下松散、容積密度小，貯運輸成本太高，這大大妨礙了秸稈飼料的商品化生產。因此，第一步就是要對其進行壓縮。秸稈壓縮理論的研究越來越得到重視，如應力松弛特性的研究。各種壓縮設備也屢見報端：秸稈壓塊機，飼草打捆機等，但由于制造和生產成本以及加工效果等問題，致使秸稈壓縮飼料的有效推廣還不容樂觀。本文研制了一種秸稈大截面壓塊機，對揉碎的農作物秸稈進行大截面壓塊，效率高，成本低，便于運輸和貯存。生產的大截面秸稈塊可以打散添加精飼料直接飼喂，也可以作為青貯或微貯等的前期加工。
1、基本設計思想
本壓塊機擬對揉碎后的秸稈物料進行大截面中、高密度壓塊，密度為350～550 kg/m3，考慮到搬運和堆放方便，草塊外形尺寸設計為200×400 mm×600 mm。在喂人方式上，采用人工多次定量喂人，這樣的設計雖然使得整機的自動化程度有所下降，但結構簡單，加工和制造成本低。在動力傳輸上，采用液壓傳動方式，其優點是：噪聲小，傳動平穩，只要合理選擇液壓泵和液壓油缸，就能壓出符合要求的中、高密度秸稈塊。關于產品打包方式，考慮到秸稈物料的應力松弛特性，擬采用尼龍袋整體包裝的方法，以有效防止散塊現象的發生。
2、總體結構設計
2.1 總體結構及作業過程
液壓式大截面秸稈壓塊機主要由油箱、液壓泵站、料箱、擠壓推板、推出板、壓蓋板和三個油缸組成，主要工作過程由三個液壓油缸順序的伸和縮共六個動作完成。其總體結構示意圖見圖1。
首先，由人工完成秸稈物料的裝填工作，以添平料箱8為止。然后開啟液壓泵，料箱蓋在壓蓋油缸的推動下閉合，緊接著，主壓油缸推動擠壓推板將物料一次性壓縮至出料口處，這是壓塊機最關鍵的秸稈擠壓工作過程，此時壓力最大，能耗最高。所以電機功率的選取以該過程液壓泵的輸出功率為準。參考飼草壓捆機的電機功率，并本著動力消耗最小化原則，選用7.5 kW的電機(額定轉速為1 450 r/min)。最后，由推出油缸推動推出板將成形秸稈塊推到出料口里，同時將上一個工作循環完成的秸稈料塊（已駐留一個工作循環時間）推出。
2.2料箱結構尺寸
料箱的結構尺寸主要是根據壓縮秸稈塊的規格和物料的原始密度來確定的。在合適的范圍內，考慮人工搬運草塊的能力，確定草塊的基本重為20 kg。根據秸稈碎料的體積質量：80～120 kg／m3，則每次裝入的秸稈物料體積為0.25m3左右，考慮運輸方便和外形美觀的需要，設計料箱的長度為1100 mm，寬度和高度分別為600、660 mm。
2,3工作部件設計
本機的工作運動部件主要有料箱蓋、擠壓推板和推出板。為盡量縮短傳動鏈，分別由料倉啟閉油缸、主壓油缸和推出油缸直接推動。位置結構如圖1中所示（推出油缸在出料口的后方）。在三個油缸的推動下分別完成料倉開啟、閉合，物料壓縮，物料推出等動作。
2.4出料口設計
本機在料箱前部設計一長方筒形的出料口（見圖1），其結構與設計的草塊相同，為利于草塊推出，尺寸稍稍大于草塊。在工作過程中，出料口中始終存有一草塊，這樣不但解決了飼草外流的問題，草塊包裝也變得簡單易行；尼龍袋本身有一定的彈性，只需在草塊推出之前，將其套在方形出料口上，在尼龍袋和出料口的摩擦阻力作用下，成形草塊被推出的同時，就自然地裝入袋中，最后人工封口即可。更重要的是，按照應力松弛的結論，草塊平均需要13.3 s才能完成快速應力松弛過程，而草塊在出料槽中的滯留時間理論上是一個工作循環的時間，將遠遠大于13.3 s。這一設計使得草塊有充裕的松弛時間，可以有效地避免由于內應力過大而造成的散塊問題。
3、液壓系統設計
液壓系統是大截面壓塊機完成壓塊作業的執行機構，本部分設計的合理與否，將直接影響到草塊的質量，能量的消耗和生產率，甚至會影響到壓塊機工作的安全性。本機壓塊作業主要由翻蓋油缸、主壓油缸和推出油缸的伸和縮共六個動作完成，其工作循環如圖2所示。各個動作之間既不能有空閑時間浪費，又不能產生不良干涉，以保證作業的效率和機器的可靠性。在充分考慮到實際工作的可行性及系統的造價等因素后，理論確定每個工作循環的周期為1 min。另外，液壓系統的設計要考慮到多塵和高溫等環境因素，以減少故障發生。因此，本液壓系統采用變量式柱塞泵提高電機效率；分別設有溢流閥防止系統超載，電磁換向閥實現每個油缸的雙向運動，液控單向閥保證主壓油缸保壓。另外，油箱上設有液位計、空氣濾清器、冷卻器、回油過濾器以滿足正常的使用功能，保證油液的清潔度，降低系統油溫，使系統安全可靠的運行。
主要工作參數
外形尺寸：1 500 mm×800 mm x1300 mm；
電機功率：7.5 kW；
設計生產率：1 200 kg/h；
液壓油缸最大工作壓力：1.023 MPa；
一個工作循環時間：60 8。
5、樣機性能試驗
5.1試驗原料
河北承德產優質玉米秸稈，經9SC400B型揉搓機揉搓加工，晾曬至含水率低于20%。原因是若含水率高于20%，壓塊后保存時容易發霉變質或者風干后草塊變松把捆繩拉斷。
5.2壓塊試驗
本試驗共分五組進行，所得試驗數據見表1。
分別對5個組試驗進行位移和壓力的數據采集。用sPss軟件對數據進行回歸分析，得到三次多項式回歸方程，再利用該回歸方程進行功耗的計算。計算結果見表2。
由表1、表2可見，隨著草塊密度的增大，壓塊功耗、壓塊時間和壓塊過程最大壓力也呈上升趨勢，并與理論設計值基本符合。這證明了測試數據的可靠性及機器運行的可靠性。
試驗過程中，第5組壓塊出現了推出油缸推料不暢的問題，影響了工作效率，這主要是由于裝料量大，而電機輸出功率不足，進而導致主壓油缸壓力不足。但前4個組試驗，壓塊密度完全達到要求；因此，只要控制裝料量，7.5 kW電機可以滿足該機中、高密度壓塊的需要。
6、結論
(1)本機電機選型合理，機器運行可靠；壓塊產品符合設計規格。
(2)本機能夠滿足對揉碎秸稈物料的中、高密度壓縮的要求，其壓縮密度為350～550 kg/m3，使秸稈密度提高5～7倍，大大降低了秸稈飼料的貯運成本。
(3)本機的液壓系統設計合理，通過對三個液壓缸的控制，可以安全有效地完成對秸稈的中、高密度壓縮。
(4)本機結構簡單，操作方便，生產和加工成本低，適合在廣大農村推廣應用。
三門峽富通新能源生產銷售秸稈顆粒機、秸稈壓塊機、木屑顆粒機等生物質燃料顆粒成型機械設備。
