秸秆颗粒饲料螺旋挤压加工性能的试验研究.pdf

2 0 0 5年 3月 农 机 化 研 究 第 2期 秸 秆 颗 粒 饲 料 螺旋 挤 压 加 工 性 能 的试 验 研 究 崔玉洁 ，张祖立 ，孙丽慧 ，白晓虎 ( 1 沈阳农业大学 工程学院 ，辽宁 沈阳t t 0 1 6 t ；2 浙江科技学院 信电系，浙江杭州 3 t 0 0 1 2) 摘要 ： 利 用单 螺 杆挤 压 机对 农作 物秸 秆进 行 颗粒 饲料 的加 ： 试 验 。通过 单 囚素 试验和 通 用旋 转 组合 试验 ， 找 出各 影 响因 素及 其 问 的交 互作 用对 性 能指标 的影 响规律 ，建立 数学 模 型 ，并对 试 验结 果进 行 分 析 ；对 秸 秆进行碱化处理再挤压成形 ，经分析测试 ，该方法可明显降低粗纤维含量，从而有利于动物消化率和采食 率 的提 高。 关键词 ：畜牧学 ；作物秸秆 ；试验 ；螺旋挤压；颗粒饲料；营养强化 中图分 类 号 ： S 8 1 7 1 2 4 文 献标 识码 ：A 文章 编 号 ：1 0 0 3 1 8 8 X ( 2 0 0 5 ) 0 2 - 0 1 8 1 0 3 1 引 言 我 国是一个农业大国 ， 年产秸秆约 5 7亿 t 多。 但这 些 资 源长 期 没有 得 到合 理 的 开发 利用 ，约2 3 秸秆资源被焚烧 ，造成新的大气污染 ，其余 1 3主 要用 于 秸 秆还 田和 饲料 加 _T ，大部 分 未经 处理 (经 过 技术 处 理后 利 用 的仅 占 2 6 ) 。而 西方 一 些发 达 国家畜牧业已实现工厂化 ，饲料 ( 包括精饲料和粗 饲料 )的生产加工过程均实现了机械化作业 、规模 化生产 ，养畜实现 了工厂化 ，提高了单位面积的饲 养率。因此 ， 工厂化养畜是畜牧业发展的必然趋势。 目前 ，我国对粗饲料 ( 特别是秸秆物料 )的生 产加工还停 留在简单的切短、粉碎处理阶段。南于 秸秆 中粗纤维含量多 、蛋 白质少 、适 口性差 、消化 率低 ， 直接饲喂效果不佳 ， 只有很少一部分用作牛 、 羊等反刍动物的粗饲料 ，而在猪禽等单 胃动物饲料 中 ，仅可作 为填充料使用或不被利用 ，因此造成了 巨 大的资 源浪 费 。 秸秆的产生是有季节性的 ，但加工成颗粒饲料 就可常年均衡供应。而 且，将秸秆粉碎后挤压成形 作粗饲料 ，有不扬起灰尘的优点 ，可以方便地与其 他精料按一定的比例要求混合饲喂。成形后 的颗粒 饲料能有效地保存秸秆的营养成分 、 减少养分流失 ， 便于储藏运输 ， 并能提高运输效率、 降低运输费用 ， 而且无粉尘 、易于定量喂人 ，既提高饲养效果 ，又 利于牲畜采食 ，适 口性好 ，便于机械化作业 ，适于 规模化生产 。颗料饲料可 以作为商品进行流通 ，为 实现工厂化养畜奠定 了基础。 根据lT作原理和具体结构， 秸秆挤压设备基本 上分为 4种类型 ：螺旋挤压式 、柱塞往复式 、环模 收稿 日期 ：2 0 0 4 - 0 3 2 5 作者简介 ：崔玉洁 (I 9 7 5 -) 女 。讲师。 ( 或平模 )式和卷扭式 。螺杆挤压机可靠 自热使秸 秆物料在不外加任何粘结剂的情况下 成形 为颗粒饲 料 。试验加工先碱化处理再挤压成形的秸秆颗粒饲 料 ，经实验分析测试 ，该方法可 以达到降低粗纤维 进而提高动物消化率和采食率的目的。 2试 验设 备 、材 料及 测 量仪 器 2 1 试 验 设备 试验设备采用 自行研制 的单螺杆挤 压成形机 ， 主要 南螺杆、套筒 、成形孔等组成 。螺杆采用单螺 旋等螺距变根径矩形螺纹结构。 2 2试验 材料 选择粉碎后不同粒度 的豆秸秆 。因其木质素含 量较高 ，而木质素属非晶体 ，具有软化点 ，当温度 在 7 O 。 1 1 0 时粘合力就开始增加 ，温度再高就可 以达到熔融 ，因此在一定程度上充 当了粘结剂的作 用，同时降低了成本。 2 3测 量仪器 及 工作参 数的 确定 2 3 1 测 量 仪器 功率 的测量 采用 在 电机 主线路 上 接 上 电度 表 配 合秒表的方法进行 ；生产率通过天平称量各次试验 生产的颗粒饲料除以时问得到；压力 的测量选择挤 压机 出口处的压力为代表 ，采用将信号通过压力传 感器送入 Y D - 1 5 型动态 电阻应变仪 ，再输入信号 自 动处理系统 ( 该系统由沈 阳农业大学 工程学院 白行 研制 开发 ) 。 2 3 2 工作参数的确定 通过试验选择较适宜的螺杆转速为 5 5 0 r m i n 。 在连续生产的情况下 ，通过物料与机筒 、螺杆摩擦 生热可使成形孔处温度逐渐升高 ，满足物料成形所 1 81 维普资讯 2 0 0 5年 3月 农 机 化 研 究 第 2期 需 温度 。 3试 验 安 排 及结 果 分析 3 1 通用旋转组合试验设计及结果分析 3 1 1 因素和水平的选择 考虑到生产的连续性 ， 本试验选择 3个因素( 物 料 的含水率 Z i 、螺杆头部与成形孔之间的出 口间隙 Z 和物料 的粒度 ) ，对于每一个因素分别取 5个 水平 。 由单 因素试验可以确定每个 因素的变化范围。 各因素的取值及其水平安排见表 1 所示。 表 1 因素水平编码表 Ta b1 Co di n g t ab1 e of f act ors a nd 1 eve1 s 3 1 2 二次回归的通用旋转组合设计 根据试验安排进行 2 0次组合试验 。 试验安排及 结果 见表 2所 示 。 表 2三因子通用旋转组合设计 及试验结果 Ta b1 e 2 Cur re nt r ot at i On com bi na ti On d esi gn 0f t hr ee f act or s an d it s t est re su1 t s 通过 回归分析分别建立度 电产量 q、生产率 Q、 压力 P 的具体表达式为 q= 7 5 7 9 + 0 2 2 8X I 一 0 O 0 1 2 0 41 8 3 + 0 1 0 5 S i X 2 0 2 9 0X l 一 0 7 6 0X 2 如 一 0 0 4 5 一 0 61 1 ； 一 0 0 8 1 Q= 2 0 7 8 0 + 0 9 7 5X l + 1 4 6 6 2 + 0 3 1 2 3 + 1 0 0 6 X l X 2 0 3 1 1 X l + 0 0 5 6 X 2 一0 51 8 一 2 1 O 0 ； - 0 9 9 7 P ：1 5 5 0+ 0 1 4 0 X I + 0 1 5 7 2 0 0 2 6 3 0 0 3 8 X l X 2+ 0 0 5 8 X I 一 0 0 4 8 X 2 一 0 01 6 + 0 1 3 6 ； + 0 2 4 2 3 1 3 试验结果分析 综合以上 3 个方程 ，并通过对其回归系数的检 验可知 ，秸秆物料的含水率对度 电产量 、生产率 、 压力都有较显著的影响 ，其中对压力的影响最大； 出口间隙对生产率 、压力影响较显著 ；而秸秆物料 的粉碎粒 度对 度 电产量影 响较 生 产率 和压 力显 著 。 3 2营 养强化 秸秆颗 粒饲 料试 验加 工及 测 试分 析 3 2 1 营养强化的秸秆颗粒饲料的试验加_ 关于提高秸秆 营养价值的方法虽然有多种 ，但 在生产实践 中，常将各种方法结合使用。如碱处理 后制成颗粒或草块 ，切碎后碱化或氨化等方法是化 - l 8 2- 维普资讯 2 0 0 5年 3月 农 机 化 研 究 第 2期 学和物理处理 的结合 ，青贮过程中添加精饲料是物 理处理与生物处理法的结合 。本试验采用氢氧化钠 处理粉碎后 的秸秆 。氢氧化钠可以促使秸秆中的纤 维素和半纤维素与木质素分离 ， 细胞结构变得疏松， 使得分解纤维素的酶能够渗透到内部 ，并提高秸秆 中的含氮物质和潜在碱度 ，从而提高了秸秆营养价 值及饲用效果。碱化处理的T艺为 ：秸秆的选配一 粉碎一秸秆的碱化一调水分一制粒一冷却 。 3 2 2测 试结 果分 析 分别对粉碎的豆秸原料、直接挤压成形的颗粒 饲 料 、 经过 N a 0 H处理 后 挤压 成 形 的颗粒 饲 料 3者进 行营养成分的分析测试 。其结果见表 3 所示。 4 结 论 试验表 明，秸秆物料可 以通过单螺杆挤压成形 为颗 粒 饲料 。加 _T前 对 不 同粒 度 的秸秆 物 料进 行碱 化处理，能明显降低粗纤维含量 ，进而有利于采食 率 、消化率的提高。 表 3测 试 结 果 T ab 3 R eS u1t Of d et or mi n l Li On 水分 灰分 粗 蛋白 粗脂肪 粗 纤 t 无氮浸f | 物 l 0 29 2 8 7 7 32 O 425 71 1 2 l 8 27 8 7 3 3 66 5 1 7 0 5 98 4 8 07 42 5O 98 4 9 0l 8 2 6 0 5 84 451 0 37 0 5 参考 文献 ： 1 L I Y ， H s i e h F M o d e l i n g o f f l O W i n a s i n g l e s c r e w e x t r u d e r J J o u r n a l o f F o o d E n g i n e e r i n g ， 1 9 9 6 ， 2 7( 4 ) ： 3 5 3 3 7 5 2 孟庆 兰 农业 废 弃 物综 合 利用 技 术 的 试验 研 究 J 农 业： r ： 程学 报， 1 9 9 4 ， ( 2 ) ： 7 8 8 3 3 康德孚 生物质物料热压成形工艺参数 的探讨 J 农 业： l 程 学 报， 1 9 9 4 ， ( 3 ) ： l 2 卜 l 2 6 4 任 露 泉 试 验 优 化 技 术 M 北 京 ： 机 械 1 业 出 版 社 ， l 9 9 4 Ex pe r i me n t a l S t ud y o n S c r e w Ex t r u d i n g Pe l l e t f o r Cr o p S t r a w C UI Y u - j i e ， Z H A NG Z u 1 i ， S U N L i h u i ， B AI Xi a o h u ( 1 T h e E n g i n e e r i n g C o l l e g e S h e n y a n g Ag r i c u l t u r a l Un i v e r s i t y ， S h e n y a n g l l 0 1 6 1 ， Ch i n a ；2 Th e De p a r t me n t o f I n f o r ma t i o n a n d E l e c t r o n i c Z h e j i a n g S c ie n c e a n d T e c h n i c a l C o l l e g e ， H a n g z h o u 3 1 0 0 1 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Ex p e r i me n t o f p r o c e s s i n g p e l l e t f o r c r o p s t r a w b y s i n gl e s c r e w s h a p i n g e x t r u d e r wa s c a r r i e d o u t Th e ma t h e ma t i c a l mo d e l s d e s c r i b i n g f u n c t i o n a l p a r a me t e r s we r e e s t a b l i s h e d b y s i n g l e f a c t o r e x p e r i me n t s a n d g e ne r a l r o t a r y r e g r e s s i o n d e s i g n for s e c o n d p o we r Te s t r e s u l t s we r e a n a l y z e d ；S ma s h e d b e a n s t r a w wa s e x t r u d e d a f t e r d e a l i n g wi t h s o di u m h y d r o x i d e W i t h t h e h e l p o f a n a l y s i s a n d d e t e r mi n a t i o n ，i t wa s f ou n d t h a t t h i s me t h o d c o ul d r e d u c e t h e c o n t e n t o f c o a r s e fib e r a n d i mp r o v e i n t a k e r a t i o a n d d i g e s t i v e r a t i o Ke y wo r d s ： a ni ma l h u s b a n d r y s c i e n c e ； s c r e w e x t r u s i o n； e x p e r i me n t ； c r o p s t r a w； p e l l e t ； n u t r i t i v e s t r e n g t h e n A b s t r a c t I D ： l 0 0 3 一l 8 8 x ( 2 0 0 5 ) 0 2 0 l 7 9 一E A( 上接第 l 8 0页 ) 参 考文 献 ： 与推广， 1 9 9 9 ， ( 4 ) ： 2 2 1 施 关春 水 稻 机械 直播 的增产 机理 与技 术要 点 J 3 王 国强 三种 水 稻栽 植 机械 实 用性 能评 述 J 农 村 农业 机 械 ，2 0 0 3 ， ( 4 ) ： 3 9 机 械化 ， 1 9 9 8 ， ( 1 1 ) ： 2 1 2 鲍 树人 水 稻机 械水 直播技 术浅 探 J 农 机试验 Th e Ex p e r i me n t a l Re s e a r c h o n t h e T e c h n o l o g y o f Ri c e M e c h a n i c a l Di r e c t S e e d i n g S HI Gu a n c h u n ( H a n g z h o u Ci t y Xi a o s h a n Di s t r i c t Ag r i c u l t u r a l Ma c h i n e r y a n d Wa t e r Co n s e r v a n c y B u r e a u ， Ha n g z h o u 3 1 1 2 0 3 ， Ch i n a ) A b s t r a c t ： I n I 9 9 3 ， X i a o s h a n d i s t r i c t o f Z h e j i a n g P r o v i n c e H a n g z h o u C i t y b e g a n t o e x p e r i m e n t t h e m a c h i n e o f r i c e d i r e c t s e e di n g i n d i f f e r e n t s o i l o f di f f e r e n t t o wn By t h e e x p e r i me n t o f ma n y y e a r s ， t h e ma c h i n e wa s c h o s e n a n d i mp r ov e d ，S O r i c e me c h a n i c a l d i r e c t s e e d i n g i s a p p l i e d r e l e v a n t ma c h i n e a n d me a s u r e f r o m