【正文】 er . Thesis. The Pennsylvania State University, University Park, PA. [10] Srivastava A K, Carroll E G, Rohrbach R P, and Buchmaster D R (2006) Engineering principles of Agricultural Machines. American Society of Agricultural and Biological Engineers, St. Joseph, MI: ASABE. [11] Cundiff J S, Grisso R D, and McCullough D (2011) Comparison of bale operations for smaller production fields in the Southeast. ASABE Paper No. 1110922. St. Joseph, MI: ASABE. [12] ASAE Standards (2006) Agricultural machinery management data. American Society of Agricultural Engineers, St. Joseph, MI: ASAE. [13] Liu J and Kemmerer B (2011) Field performance analysis of a tractor and a large square baler. SAE Technical Paper 2011012302,Presented at Commercial Vehicle Engineering Congress, Chicago, IL doi:收獲系統(tǒng)和分析草本植物的產(chǎn)量1 摘要作物原料包括秸稈和其他有潛在價值的遺留物，現(xiàn)在它們正被考慮煉成生物燃料或生物原油。目前難以實現(xiàn)是因為秸稈熱量值很低但會占用很大的體積。提高了儲存，運輸?shù)某杀?。另外，后勤回收建設(shè)不足導(dǎo)致企業(yè)原料不足。為使秸稈利用達到最大化，需要高回收效率的體系來收集、儲存、運輸。這就要求我們用所學(xué)到的知識來改良現(xiàn)有的機器，使其更為經(jīng)濟。了解收集系統(tǒng)內(nèi)部相互協(xié)調(diào)工作是一項挑戰(zhàn)。確定收獲時間的長度和收獲時間都取決于植物本身、土壤、氣候、肥料等等。收獲時間會影響到產(chǎn)量、收割、儲存的費用。而利用收割機，撿拾打捆機能提高效率。根據(jù)不同的情況選擇不同設(shè)備，有必要在選擇收割機前作必要的分析。土地的研究報告通常會作為選擇收割機和打捆機的依據(jù)。并且后勤的建立可以使產(chǎn)能達到最合理化。本章將會指導(dǎo)讀者通過討論來學(xué)習(xí)必要的知識。作物能提供的能量將決定產(chǎn)能設(shè)備系統(tǒng)，通過分析，實驗來確定零部件能否達到工業(yè)生產(chǎn)的要求。教導(dǎo)農(nóng)場主來決定最佳的方法來收割、儲存、運輸秸稈。 生物質(zhì)是一種分布式資源，它必須從生產(chǎn)領(lǐng)域收集積累在存儲位置。收獲的原料成本控制是最大的關(guān)鍵，田間作物進入生物煉制時間有限，草本生物量收獲的收獲季節(jié)和窗口也有限的。為使時間能盡量減少，生物需要被存儲在一個中心位置。通常情況下，在一定范圍的中央存儲位置的幾個或許多生物煉制場地需要保證每天24小時不間斷供應(yīng)。這些集中存儲的位置通常被稱為衛(wèi)星倉庫。在一個給定的農(nóng)場，收割機和成本下，生物煉制廠規(guī)模取決于生物量的可用性。它把如何將田地里的秸稈送往加工廠簡便的分為三個部分。第一部分為“出場”行動，這包括作物生產(chǎn)、收獲、運輸?shù)絻Υ嫖恢眠M行預(yù)處理。本節(jié)由客戶與農(nóng)場主面對面交易。第二部分是“公路運輸作業(yè)”，它保證從衛(wèi)星倉庫到加工廠不會浪費時間。第三部分是“接收設(shè)施”，它包括煉制原料管理，庫存控制和控制的商業(yè)運輸合同持有人保證均勻全年運行的作物交付。農(nóng)業(yè)作物具有較低的體積密度，需要加密領(lǐng)域的打包機或切碎的自走式青貯飼料收獲機。目前，有四種突出的收獲的機器可用于生物質(zhì)收獲[1]。它們是：（1）圓形打包機（2）矩形打包機（3）切碎與青飼料收獲機（單獨的現(xiàn)場搬運）。（4）一臺牽引機。大的圓形和矩形大打包機是兩個廣泛使用的收獲機械[2]。它提供了一系列的簡單操作。圓捆打捆機，當(dāng)這些草料在室溫儲存，他們會緊密擠在一塊而縮小空間能使存儲成本顯著降低。圓形打包機，因體積小故障率低?？梢栽诙扉L時間工作。[3]大的矩形包則有更高的堆積密度，緩解運輸，提高生產(chǎn)力。然而，大型矩形打捆機成本更高，而且因為無法擺脫水的使用從而限制它在在美國東南部農(nóng)的推廣場[4]。打包壓縮機可壓縮大矩形包，產(chǎn)生高密度封裝。壓成球形的料包能比矩形的料包密度大2到3倍[5]。一個有效的物流系統(tǒng)的目標(biāo)是在整個物流鏈中簡化存儲、處理。這一目的在于在運行中能將成本控制在最低。農(nóng)民普遍的目標(biāo)是保證生物質(zhì)的質(zhì)量，并希望以最低的成本生產(chǎn)。雙方共同協(xié)助實現(xiàn)目標(biāo)，本章將主要的討論生物煉制場的物流和機械系統(tǒng)的問題，從開始收割到最終煉制。生物質(zhì)供應(yīng)鏈的限制也會被討論。草本生物量收獲的不同情景的影響將被統(tǒng)計。本次物流系統(tǒng)的設(shè)計主要針對農(nóng)業(yè)和森林產(chǎn)品行業(yè)。參照商業(yè)案例的經(jīng)驗教訓(xùn)。一個地區(qū)這類行業(yè)面臨的一個給定的約束（原料的收獲季節(jié)）。原材料的體積密度、存儲、貯藏過程中品質(zhì)變化等等。與物流系統(tǒng)進行相應(yīng)的設(shè)計。通常，這些系統(tǒng)不可能在具體實施時考慮其他因素，因為設(shè)計師設(shè)計的主要原則是直接適用。其他如商業(yè)等因素不作考慮，但本章將會解釋。2 生物量收獲和收獲機器系統(tǒng)的現(xiàn)場性能 收獲纖維素生物質(zhì)收獲，特別是草本生物量，是做了更典型的一組機器，能開到地里并收集秸稈。機器運行和田野操作都需牽引，因此它們通常是不適合用于公路營運。因此，將采用單元牽引還是高速牽引在收集系統(tǒng)中備受爭議。需要從地里把秸稈弄到卡車上。還需要卡車把草垛拉上公路再送到倉庫里去。收集系統(tǒng)可分為耦合和非耦合系統(tǒng)。理想的耦合系統(tǒng)有源源不斷的材料，例如從外地來的植物，像美國東南部收獲的木材，全年收獲的木材都會被直接送到加工廠。非耦合的系統(tǒng)的特點是有不同的存儲位置。以加工甘蔗為例，收割機割甘蔗棒，割成38厘米（如圖1所示），收割機沒有動力，因此必須要牽引車才能工作。一輛車滿了之后從公路離開。另一輛車接替輛車。要是整體運行起來需要四臺拖拉機和拖車，司機當(dāng)然不能少?？ㄜ囆枰o緊跟在拖車后面，而且一個小故障就會導(dǎo)致整個系統(tǒng)延誤。一個“青貯飼料系統(tǒng)”可以用來收獲高水分草本作物生物能源。牧草收割機砍成碎片的生物量約一英寸() 可以吹進旁邊的收割機。這車可以直接開到筒倉（存儲位置），如果該土地是接近筒倉，就直接有卡車?yán)M去避免長途奔波。所有的操作都是連續(xù)的。一輛車必須到位，使收割機前進，另一輛卡車必須在田地邊緣等待以保持車輛循環(huán)。而讓所有這些操作協(xié)調(diào)是一個挑戰(zhàn),。一個耦合系統(tǒng)能非常有效地將一個行業(yè)綜合運行。如美國南佛羅里達州的甘蔗產(chǎn)業(yè)。糖廠有自己的生產(chǎn)基地公路直接通往甘蔗地。工廠把持所有操作（收獲、運輸、加工）。甘蔗在收獲24校內(nèi)就被處理。很明顯這需要嚴(yán)格控制流程。 圖1 甘蔗收割機輸送材料為自卸拖車運送到田邊圖2 拖車將卡車牽引出甘蔗地。該系統(tǒng)為了解決原有系統(tǒng)的局限性即田間牽引拖車，收割機和在田邊的卡車不斷循環(huán)。最好的組織系統(tǒng)通?？梢员３质斋@棉花僅占全部農(nóng)田收獲時間的70%。而收割機等待拖車的時候時間也被浪費了。打包解耦收獲系統(tǒng)提供了一個顯著的優(yōu)勢。收獲時不必等待在田間牽引。圓捆可以保護它們不被雨水淋濕。你可以第二天甚至下個周再來裝運。但矩形捆就必須在下雨前拉走。采用設(shè)備使得農(nóng)場主更加有效地將草料打捆。可以在農(nóng)場生產(chǎn)降低成本。并且要對物流鏈上各單元運作的重要認識[6,7]。研究人員在計算能捆成正方形的植物。這些詳細的評估顯示野外作業(yè)場所涉及的收獲和處理不是機器能做到的[8]。相反，在農(nóng)場將草料打包可以有效降低生產(chǎn)成本。讓在地里的機器最大限度的發(fā)揮出效率[9]。農(nóng)場管理員知道每臺機器參與工作是必不可少的。此外，還要知道機器每天供給生物煉制廠或倉庫的產(chǎn)量。矩形打包機的效率可以通過打包機實際產(chǎn)量和材料產(chǎn)量計算得到[10]。以一個大型方塊壓捆機的長能為例。柱塞的速度是每分鐘42桿。測得的草捆密度為146 kg/m3的， m。理論計算包容量利用等式來完成，柱塞負荷提高可以產(chǎn)出更高的生產(chǎn)密度。從一個打包機生產(chǎn)廠家獲得的理論容量[10]。在理想的條件存在時的打包操作有[11]：1 長直的干草2 類似密度的干草（質(zhì)量/長度）3 合適或調(diào)整完的打包機4 熟練的工人一個打包機的實際效率由土地的形狀和大小的影響。收獲的作物，作物類型，產(chǎn)量和水分含量，堆料的制備等。典型的現(xiàn)場效率和行駛速度可以從ASAE標(biāo)準(zhǔn)d497 [ 12 ]中查詢[12]。它分析了撿拾壓捆機容量和土地大小，田間持水量對壓捆機的影響[]。研究人員發(fā)現(xiàn)。在現(xiàn)場用長方形的打捆機打包小麥秸稈，柳枝稷。結(jié)果表明，實際容量大的矩形的打包機是在11到13毫克/小時，這表明一個大矩形壓捆機的壓捆能力，可能是只是理論容量的50%或更低。 拖拉機的動力限制了打捆機的性能，還有工作的場地、環(huán)境、現(xiàn)場條件、最大可用功率的百分比等。收獲的高成本和現(xiàn)場處理仍然是一個利用生物質(zhì)原料生產(chǎn)生物燃料的主要障礙，通過設(shè)計，管理或選擇合適的機器，提高工作效率。2WD驅(qū)動拖拉機的動力性能在ASAE的流程圖上有標(biāo)準(zhǔn)，拖拉機所需的總功率[12]，牽引功率與水力發(fā)電，電壓關(guān)系的方程（1）。根據(jù)實施類型，方程（1）中數(shù)據(jù)成分可能會有所不同。用公式計算的總功率（2）為等效功率，可用于特定領(lǐng)域的業(yè)務(wù)在拖拉機燃油消耗的估計。 （1） 為傳輸功率，為牽引功率。公式中各電源（1）的估計可使用[ 12 ]。這個標(biāo)準(zhǔn)可以估計一個大型打捆系統(tǒng)的功率[ 13 ]。12