一种秸秆压缩特性测试装置及测试方法与流程

本发明涉及材料压缩性能测试领域，具体而言，涉及一种秸秆压缩特性测试装置及测试方法。

背景技术：

农作物秸秆是农业生产中的主要废弃物之一，目前全世界每年农业生产中产生的秸秆为1000亿～2000亿吨，中国每年有近6亿吨秸秆，而被利用的不足2000万吨，约97％的秸秆被焚烧、堆积和遗弃，这对环境造成了极大的破坏。解决好秸秆的处置问题，是缓解环境污染的有效措施。另一方面，将秸秆作为排水体用于软土的排水固结已经有所应用，要想很好地利用秸秆作为排水材料，需要先了解秸秆的压缩特性，进而了解秸秆的透水能力。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种秸秆压缩特性测试装置，其利用真空负压状态下产生的力对秸秆进行压缩，从而可以得到秸秆在真空负压状态下的压缩特性。

本发明的另一目的在于提供一种秸秆压缩特性测试方法，其能够测试得到秸秆在真空负压状态下的压缩特性。

本发明的实施例是这样实现的：一种秸秆压缩特性测试装置，其包括壳体、秸秆排水体、抽真空系统、体变测试装置和轴向变形测试装置。壳体包括第一底座、第二底座和侧板，第一底座和第二底座分别与侧板连接，构成用于容置秸秆排水体的秸秆室，秸秆室为一个封闭的空间。秸秆排水体包括弹性结构、第一秸秆接头和第二秸秆接头，弹性结构包括用于放置秸秆的容置腔和第一接口、第二接口；第一接口与第一秸秆接头可拆卸连接，第二接口与第二秸秆接头可拆卸连接；第二秸秆接头与第二底座连接。轴向变形测试装置包括导杆，导杆穿过第一底座与第一秸秆接头接触，导杆与第一底座可滑动地密封连接。体变测试装置包括第一水罐、第一管道和称量装置，第一管道的两端分别与第一水罐和秸秆室连通，第一管道上设置有第一阀门。抽真空系统包括抽真空装置和第二管道，第二管道的一端伸入到容置腔内，第二管道的另一端设置有抽真空装置，第二管道上设置有第二阀门。

在本发明较佳的实施例中，第一接口与第一秸秆接头卡接，第二接口与第二秸秆接头卡接。

在本发明较佳的实施例中，第一底座上设置有垂直防渗导筒，导杆可以延防渗导筒内侧上下移动。

在本发明较佳的实施例中，轴向变形测试装置还包括百分表，百分表架设在导杆上。

在本发明较佳的实施例中，抽真空系统包括真空罐，真空罐设置在第二管道和抽真空装置之间，并与第二管道和抽真空装置的接口连接，真空罐上设置有气阀。

在本发明较佳的实施例中，第一底座与第二底座通过螺杆联接。

在本发明较佳的实施例中，侧板的材质为有机玻璃。

一种秸秆压缩特性测试方法，其利用秸秆压缩特性测试装置进行，其包括以下测试步骤：在容置腔内装入质量为m₀的秸秆，装入秸秆后的容置腔高度为h₀，直径为d₀；将秸秆排水体安装在秸秆室后，打开第一阀门，第一水罐中的水通过第一管道将秸秆室加满水，然后关闭第一阀门，记录称量装置上第一水罐的重量为M₁；接着打开第二阀门和抽真空装置，当称量装置的示数分别趋于稳定时，记录导杆的下降高度H₁和第一水罐的重量为M₂。

在本发明较佳的实施例中，秸秆的初始体积为V₀＝π*d₀²*/4，秸秆的初始密度为ρ₀＝m₀/V₀，秸秆的总体积变化量△V＝(M₁-M₂)/ρ_水，轴向变形＝H₁，径向变形为△d＝[d₀-(4△V-π*d₀²*H₁)/(πh₀-πH₁)]^0.5。

在本发明较佳的实施例中，上述秸秆的轴向应变ε_v＝△S/h₀，ε_h＝△d/d₀，秸秆稳定后的体积V稳＝V₀-△V，稳定时秸秆排水体的密度ρ_稳＝m₀/V_稳。

本发明实施例的有益效果是：通过抽真空系统，可使秸秆排水体的容置腔内产生负压，进而形成力的作用对容置腔内的秸秆进行压缩；秸秆排水体包括弹性结构，当秸秆被压缩时，弹性结构也会被压缩，导杆会随着弹性结构被压缩而向下运动，同时，由于秸秆收缩，第一水罐中的水会进入到秸秆室，通过称量装置可称量变化前后的第一水罐的质量；进而可以计算出秸秆的总体积变化量、秸秆稳定后的体积、秸秆的轴向变形、径向变形、轴向应变和稳定时秸秆排水体的密度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例的秸秆压缩特性测试装置的整体示意图；

图2为图1中Ⅱ-Ⅱ的放大图；

图3为图1中秸秆排水体的示意图；

图4为本发明第二实施例的秸秆压缩特性测试装置的整体示意图。

图标：100-秸秆压缩特性测试装置；200-秸秆压缩特性测试装置；110-壳体；111-第一底座；111a-防渗导筒；112-第二底座；113-侧板；114-秸秆室；115-螺杆；130-秸秆排水体；131-弹性结构；131a-容置腔；131b-第一接口；131c-第二接口；132-第一秸秆接头；133-第二秸秆接头；150-抽真空系统；151-抽真空装置；152-第二管道；153-第二阀门；154-真空罐；154a-气阀；155-真空测量装置；170-体变测试装置；171-第一水罐；172-第一管道；173-称量装置；174-第一阀门；190-轴向变形测试装置；191-导杆；192-百分表。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“内”、“上”、“下”、“下方”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种秸秆压缩特性测试装置100，其包括壳体110、秸秆排水体130、抽真空系统150、体变测试装置170和轴向变形测试装置190。

壳体110包括第一底座111、第二底座112和侧板113，第一底座111和侧板113连接，第二底座112和侧板113连接，第一底座111、第二底座112和侧板113组成的空间构成用于容置秸秆排水体130的秸秆室114，秸秆室114是一个封闭的空间。

在本实施例中，第一底座111和侧板113固定连接，第二底座112和侧板113固定连接，且第一底座111和第二底座112之间通过螺杆115连接，增加了整个装置的稳定性和安全性。在其他实施例中，第一底座111和侧板113可以可拆卸连接，第二底座112和侧板113可以可拆卸连接。在本实施例中，侧板113的材质为有机玻璃，在其他实施例中，侧板113的材质不做限定。

需要说明的是，在本实施例中，第一底座111在第二底座112的上方。

请参照图1和图3，秸秆排水体130包括弹性结构131、第一秸秆接头132和第二秸秆接头133，弹性结构131包括用于放置秸秆的容置腔131a、第一接口131b和第二接口131c。第一接口131b与第一秸秆接头132可拆卸连接，第二接口131c与第二秸秆接头133可拆卸连接，第二秸秆接头133与第二底座112连接。

在本实施例中第二秸秆接头133与第二底座112固定连接，在其他实施例中，第二秸秆接头133与第二底座112可采用可拆卸的方式连接。

在本实施例中，弹性结构131的材质为橡胶膜，在其他实施例中，弹性结构131的材质不做限定，只要满足能够盛装秸秆和隔水，且具有一定的弹性即可。

在本实施例中，弹性结构131为圆筒状。在其他实施例中，弹性结构131的形状不做限定，可为矩形框体，只要能确定其体积即可。

请参见图1和图2，轴向变形测试装置190包括导杆191和百分表192。导杆191穿过第一底座111与第一秸秆接头132接触，导杆191与第一底座111可滑动地密封连接，百分表192架设在导杆191上。第一底座111上设置有垂直防渗导筒111a，导杆191可以沿着防渗导筒111a内侧上下移动。

体变测试装置170包括第一水罐171、第一管道172和称量装置173，第一管道172的一端与第一水罐171连通，第一管道172的另一端与秸秆室114连通，第一管道172上设置有第一阀门174。

在本实施例中，称量装置173为电子称，第一阀门174设置了一个。在其他实施例中，称量装置173不做限定，只要能够直接或间接地称量第一水罐171的质量即可，可选择天平或是地磅；第一阀门174的数量也不做限定，可为两个或三个。

抽真空系统150包括抽真空装置151、第二管道152和真空测量装置155，第二管道152的一端与抽真空装置151的接口连接，第二管道152的另一端伸入到容置腔131a内，第二管道152上设置有第二阀门153和真空测量装置155。

在本实施例中，抽真空装置151为真空泵，真空测量装置155为真空表。在其他实施例中，抽真空装置151不做限定，只要能够实现抽真空即可，可使用抽空器；真空测量装置155可为其他，只要能直接或间接地测量真空度即可。

秸秆压缩特性测试装置100的工作原理：在秸秆排水体130的容置腔131a内装入秸秆，将秸秆排水体130安装在秸秆室114后，打开第一阀门174，第一水罐171中的水通过第一管道172将秸秆室114注满水，关闭第一阀门174后称量第一水罐171的重量。然后打开第二阀门153和抽真空装置151，可使秸秆排水体130的容置腔131a内产生负压，进而形成力的作用对容置腔131a内的秸秆进行压缩；秸秆排水体130包括弹性结构131，当秸秆被压缩时，弹性结构131也会收缩，导杆191会随着弹性结构131收缩而向下运动，通过百分表192上的读数可得到导杆191下降的高度。同时，由于秸秆收缩，第一水罐171中的水会进入到秸秆室114，通过称量装置173可称量变化前后的第一水罐171的质量；进而可以计算出秸秆的总体积变化量、秸秆稳定后的体积、秸秆的轴向变形、径向变形、轴向应变和稳定时秸秆排水体130的密度。

本实施例还提供了一种秸秆压缩特性的测试方法，其包括以下测试步骤：

在容置腔131a内装入质量为m₀的秸秆，装入秸秆后的容置腔131a高度为h₀，直径为d₀；将秸秆排水体130安装在秸秆室114后，打开第一阀门174，第一水罐171中的水通过第一管道172将秸秆室114加满水，然后关闭第一阀门174，记录称量装置173上第一水罐171的重量为M₁。

接着打开抽真空装置151，使秸秆排水体130的容置腔131a内产生负压，进而形成力的作用对容置腔131a内的秸秆进行压缩；当秸秆被压缩时，弹性结构131也会收缩，导杆191会随着弹性结构131收缩而向下运动，通过百分表192上的读数可得到导杆191下降的高度。防渗导筒111a垂直设置，能防止秸秆室114中的水渗出。由于秸秆收缩，第一水罐171中的水会进入到秸秆室114，当称量装置173的示数趋于稳定时，记录导杆191的下降高度H₁和第一水罐171的重量为M₂。秸秆的初始体积为V₀＝π*d₀²*/4，秸秆的初始密度为ρ₀＝m₀/V₀，秸秆的总体积变化量为△V＝(M₁-M₂)/ρ_水，轴向变形＝H₁，径向变形为△d＝[d₀-(4△V-π*d₀²*H₁)/(πh₀-πH₁)]^0.5。秸秆的轴向应变ε_v＝△S/h₀，ε_h＝△d/d₀，秸秆稳定后的体积V稳＝V₀-△V，稳定时秸秆排水体130的密度ρ_稳＝m₀/V_稳。

第二实施例

本实施例提供了一种秸秆压缩特性测试装置200，本实施例与第一实施例的区别仅在于增加了抽真空系统150还设置了真空罐154，真空罐154上设置了气阀154a，本实施例中未提到的结构请参见第一实施例的描述。

请参见图4，抽真空系统150包括真空罐154，真空罐154设置在第二管道152和抽真空装置151之间，并与第二管道152和抽真空装置151的接口连接，真空罐154上设置有气阀154a。

通过打开或关闭真空罐154上的气阀154a可以调节真空度，真空测量装置155可对真空度进行测量，进而可以调节对秸秆压缩所产生的力，从而得到不同真空度下稳定时秸秆排水体130的密度，从而可以得到稳定时秸秆排水体130的密度与渗透系数之间的关系。

综上所述，通过抽真空系统150，可使秸秆排水体130的容置腔131a内产生负压，进而形成力的作用对容置腔131a内的秸秆进行压缩；秸秆排水体130包括弹性结构131，当秸秆被压缩时，弹性结构131也会被压缩，导杆191会随着弹性结构131被压缩而向下运动，同时，由于秸秆收缩，第一水罐171中的水会进入到秸秆室114，通过称量装置173可称量变化前后的第一水罐171的质量；进而可以计算出秸秆的总体积变化量、秸秆稳定后的体积、秸秆的轴向变形、径向变形、轴向应变和稳定时秸秆排水体130的密度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。