本文详细介绍了该水滴的构造和使用方法，并进行了一些设计。还包括对该系统及其捆包的应用的讨论以及替代机器的简要介绍。
将干草、稻草或树叶等材料打捆有许多优点，因为这些包通常用于储存多余的材料或喂养动物。稻草捆也用作建筑材料。这种做法早在 1800 年代就在北美开始，最近作为绿色和自然建筑运动的一部分又重新兴起。秸秆捆是一种廉价且可用的建筑材料，因为秸秆是一种普遍存在的农业副产品。这些包可以提供建筑隔热和结构支撑。这种潜在建筑材料的可用性被认为是一种合适的技术。与机械联合收割机相关的巨大成本和拥有小块土地的农民需要低成本的替代方案。有很多可用的选项，本文将探讨由 Larry McWilliams 制造的手动干草和树叶打捆机位于CD3WD上。CD3WD 项目的目的是帮助第三世界自助，内容可以在这里找到。本文提供了更详细的如何构建和使用该水滴以及一些设计。还包括对该系统及其捆包的应用的讨论以及替代机器的简要介绍。
注意事项
获取巴陵材料
世界各地的农业地区都有需要打包的材料。除非常干燥的沙漠和冰雪覆盖的两极外，谷类植物在世界各地都有生长。[1]但更具体地说，秸秆是谷物植物的副产品，由秸秆制成的包被用作建筑材料。稻草是除去谷物和谷壳后剩下的东西；它也被称为植物的茎。非洲是许多本土谷类植物的家园，殖民化给该地区带来了许多其他物种。[2]换句话说，这项技术几乎可以在世界任何地方发挥作用。
获得建筑材料和建造能力
下面详细介绍的打包机是使用电动工具和名义木材制成的。这是因为这些是可用的材料和工具，以及我已经开发的技能。这些在世界各地都没有，但可以使用更简单的工具用不同的材料制成这种结构。在构建部分有一个表格，其中列出了构建此打包机的建议和潜在工具。熟练的工匠能够重建这种结构。如果团队前往无法获得这些工具和材料的地区，一个简单的解决方案是预先切割并运输它们，离开最后的组装，直到到达最终地点。在此之前，应对替代打包机进行全面分析。
捆包的适用性
秸秆捆可用于建筑，典型应用是低成本、低环境影响的住房。住房看似是一项基本的供给，它为家庭提供一个取暖、睡觉、相互交流的地方，并提供一个躲避环境中潜在危险（包括疾病）的地方。拥有一套房子有很多好处，拥有一套房子可以作为未来成功的垫脚石。稻草建筑廉价且有效地利用了可再生和当地资源。秸秆也是一种通常燃烧的副产品，[3]使用它作为建筑材料可以隔离可能最终进入大气中的碳。捆包还具有农业用途，因为这是动物食物或垫料的潜在来源。在农业应用中，在冬季或干旱时期，储存捆包可能很有用。重要的是要注意，无论如何使用，捆包都应保持干燥且无昆虫，因为它们会腐烂。
工程原理
在结构应用中使用捆包基于几个参数。[4]水分含量，因为捆包需要干燥以防止腐烂，而干密度决定捆包的强度。密度方程 [kg/m 3 ] 可在此处找到：
ρ =米V{\displaystyle \rho \ ={\frac {m}{V}}}
捆包的密度取决于材料的可压缩性和活塞施加的应力。研究表明，当平放时，密度较高的捆包在较高的极限载荷下会失效。[5]进一步的研究表明，捆包的密度和模量之间存在相关性，但方向对机械性能的影响更大。[6]稻草捆用于形成复合墙，稻草捆两侧均涂有灰泥。当这些抹灰墙受到同心压缩荷载时，它就像一个复合柱，其中灰泥承担了大部分荷载。吸管主要为石膏皮提供侧向支撑，同时承担一小部分压缩载荷。如果侧向支撑不足，薄抹灰层的局部屈曲将导致失效。稻草捆还可以在这些复合系统中提供隔热作用。[4]对于制作捆包，需要注意的重要一点是，较大的活塞力将导致捆包更密，从而提供结构更坚固的捆包。由于分子非常接近，较密的包的绝缘性能应该会降低，但在该领域需要进一步测试。
影响实用性的其他因素是历史性的，因为捆包不应靠近潮湿或霉菌、纤维长度和材料成分。稻草捆更适合建筑，因为碳水化合物已被去除。含有碳水化合物的干草会随着昆虫和动物的进食而自然腐烂。
对于这种结构，相对于构件横截面积提供的阻力，所有载荷都可以忽略不计。实用性决定设计，而不是强度或适用性。
建造
使用下表中列出的工具制作了手动干草和树叶打包机的原型。图 1a 显示了除了原始图纸和推荐布局之外构建的原型图片。为了简化，对原始设计进行了更改，其他更改反映在图 1b 所示的设计中。
图1：原图
图 1a：原型
图 1b：推荐
下表显示了用于构建原型的工具以及可用于生产相同打包机的基本工具。尽管原型是用电动工具建造的，但熟练工匠手中的基本工具足以完成这项任务。
| 首选工具 | 基本工具 |
|---|---|
| 圆锯 | 锤子 |
| 钻头 | 手锯 |
| 锤子 | 卷尺 |
| 卷尺 | 工作台/夹具 |
| 正方形 | |
| 工作台/夹具 |
零件清单
| 部分 | 姓名 | 标称尺寸 | 原型长度 | 数量 | 推荐长度 | 数量 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 底部 | 2X4 | 6'10" | 2 | 6'10" | 2 |
| 2 | 侧支撑 | 2X4 | 2'1 1/4" | 8 | 4' | 6 |
| 3 | 顶部连接器 | 2X4 | 1'6 ½" | 4 | 1'6 ½" | 4 |
| 4.a | 室侧 | 2X4 | 3'4" | 4 | 3'4" | 4 |
| 4.b | 室侧 | 2X4 | 3英尺10英寸 | 4 | ||
| 5 | 室顶部 | 2X4 | 2'4" | 4 | 2'4" | 4 |
| 6 | 室底 | 2X4 | 4'8" | 3 [1] | 4'8" | 3 [1] |
| 7 | 底部连接器 | 2X4 | 1'3 ½" | 4 | 1'3 ½" | 3 |
| 8 | 后支撑 | 2X4 | 39.5" | 2 | 39.5" | 2 |
| 9 | 克制 | 2X4 | 3' 9 ½" | 2 | 3' 9 ½" | 2 |
| 10 | 门撑 | 2X4 | 1'6 ½" | 1 | 1'6 ½" | 1 [2] |
| 11 | 活塞 | 2X4 | 8' | 2 | 8' **2 | 2 |
| P1 | 活塞背部 | 层数 ½" | 12 英寸 x 14 英寸 | 1 | 12 英寸 x 14 英寸 | 1 |
| P2 | 活塞嵌件 | 层数 ½" | 12 英寸 x 12 英寸 | 1 | 12 英寸 x 12 英寸 | 1 |
| P3.a | 活塞块 | 2x2 | 4英寸 | 8 | 5英寸 | 8 |
| P3.b | 活塞块 | 2x2 | 3英寸 | 8 | 3英寸 | 8 |
| P4 | 活塞支撑 | 2x6 | 14英寸 | 2 | 14英寸 | 2 |
| 门 | 层数 ½" | 18"x18" | 1 | 18"x18" | 1 |
程序
为了加快构建过程，最好预先切割许多部件。虽然建议这样做，但请确保在腔室和其他部件组装完毕后构建活塞。这将确保活塞确实适合您所构建的部件。如果设计或零件组装有任何改变，当打包机进行最终组装时，这些改变就会变得明显。在整个步骤中，展开图像以更详细地查看零件名称和间距。
对于所有步骤，使用正方形将确保各个零件制作正确，从而使组装更容易。可以使用钉子或螺钉，但使用螺钉是出于个人喜好，因为如果出现错误或在迭代原型制作过程中，螺钉更容易被原谅。较小的部件，例如活塞头上的部件，也更容易用螺钉固定。在决定该结构的寿命时，环境因素会发挥作用。如果要无限期使用，户外螺钉和油漆或污渍将保护水滴并防止风化和其他环境磨损。
图 2：预切木材
图 2a：使用正方形和标记木头
这可以由中级工匠制作，更熟练的工人将能够更快、更准确地制作。无论是否熟悉工具，请遵循适当的安全程序。如果您的技术不那么熟练，与合作伙伴合作或寻找经验丰富的人将确保打包机的制造准确且安全。
请在尝试施工之前阅读所有步骤。
建造腔室顶部。各片之间有 1/2 英寸的间距，因为麻线会穿过这些间隙。
构建两个腔室侧面。第 2 部分，即侧支撑件，位于第二腔室侧的相对侧。否则这两块是相同的。部件之间还有 1/2 英寸的间隙。在推荐的图纸中，侧支撑增加到普通人的中等高度。这允许用户在打包和捆扎过程中站起来，减少用户背部的压力。
建造与顶部类似的室底部。连接器位置如图 7 所示，组装后应与侧支架对齐。侧面的两个剥皮片可以通过将 2x4 撕成两半来制作。如图 8 所示，原型的底部部分不包括对结构的设计更改。
将顶部部件放在两侧之间来组装腔室。一旦完成，可以通过将结构倒置来将底部放入。夹具将确保腔室是方形的。图 10 显示了原型构建过程中使用夹具的位置。
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将打捆机直立后，按顺序连接后支架、约束装置和顶部连接器来构造打捆机的背面。这样新的部件在施工过程中就不会倒塌。可以使用辅助工具来固定零件，但如果没有辅助工具，请使用钉子或螺钉将零件固定在靠近所需位置的位置，然后正确固定另一端，最后连接原始一侧。
建造门有两种选择。可以安装带有铰链的门，但如果没有铰链，请尝试原型中显示的选项。应切掉门支架的一部分以固定门。如果采用第二个选项，则应拆下顶部连接器，并沿门槽长度切开一个截面。切割后，应将这两块连接起来，使它们与现有的块齐平，从而允许门打开和捆包自由退出室。这些门支撑件上的槽口应以适当的公差切割，以便门可以滑动。对于 1/2 英寸的门，使用 3/4 英寸的槽口。这些切口应使用锯子进行，凿子可用于去除切口之间的材料。废木料可用作门把手。
如果 2x2 可用，则应使用更复杂的活塞头选项。活塞块允许在舀水过程中使用插入件（未示出）。当捆包准备好打捆时，可以移除该插入件，并且块可以为手伸入打捆室提供空间。可以根据用户手的大小调整块。P3.a 中切口的公差应确保插入件可以轻松拆卸。如果 P3.a 中有删减，则 P3.b 的结尾也应与开头匹配。为了进行这种切割，可以将夹具一起放置在类似于图 15 所示的夹具中。
应从后面连接块，如图 16 所示。两个螺钉将阻止块转动。钉入一颗螺钉并拧紧第二颗螺钉将确保块保持在标记所在的位置。钻导向孔将确保胶合板和砌块在此步骤中不会分裂。或者，可以单独使用活塞背，但要保持捆包末端紧凑会更加困难。
在将活塞支架连接到活塞背部之前，应先对活塞支架进行钻孔。与块一样，这些应该在钻导孔后从背面连接。螺钉应位于块之间的大空间中，以方便施工。
两个活塞件应按图纸切割和钻孔。距离前面 47 英寸的切口允许活塞在捆扎麻绳时锁定到位。这确保了捆包在压缩室中保持压缩状态。前面的角度切口允许在打包过程中进行大范围的运动。
通过在两个活塞之间放置马车螺栓或轴，将两个活塞连接到活塞头。所有接口处（木材和螺母之间）均应使用垫圈。连接后，应将一块废木头直接放在活塞下方。这可以防止活塞头掉落。或者，如果没有螺栓、螺母和垫圈，则可以将活塞直接连接到活塞头。这消除了旋转功能。
成本
| 物品 | 数量 | 单价 | 全价 |
|---|---|---|---|
| 2"x4"x8' | 20 | 1.77 美元 | 35.40 美元 |
| 2"x6"x8' | 1 | 4.29 美元 | 4.29 美元 |
| 2"x2"x8' | 1 | 2.26 美元 | 2.26 美元 |
| ½" 层数 | 3 次截止 | 3 美元 | 9 美元 |
| 4" 5/16" 螺栓 | 2 | .69 美元 | 1.38 美元 |
| 5/16" 垫圈 | 6 | $.11 | $.66 |
| 5/16" 螺母 | 2 | $.14 | $.28 |
| 全部的 | 53.27 加元 | ||
使用全新木材建造推荐的打捆机的预计成本约为 55 美元。建造原型的实际成本要低得多。这是因为原型是使用回收材料制成的。如果要在农场建造，可能会有多余的木材，这会降低成本。相比之下农场杰克这只是替代技术中的一个组成部分，起价约为 55 美元。与所有建筑项目一样，应考虑潜在的切割错误或材料损失的津贴，上面列出的木材已包括在内。另一种大幅降低成本的方法是查看商店中的切断部分（如果有的话）。其他项目的削减提供了廉价的小材料来源，也从废物中转移了材料。螺丝或钉子不包括在本成本估算中，因为它们通常是批量购买的。
巴陵
程序：
- 将线穿过缝隙
- 根据材料可使用 2、4 或 6 件
- 仅将线缠绕在门上
- 切割足够的麻线以包裹整个草捆，建议使用 6 英尺，但确保最初有足够的麻线，因为之后添加额外的麻线很困难
- 关上门并推动活塞开始打包
- 使用少量以确保良好的压实
- 打包足够的材料后取出插入件
- 将线缠绕在捆包和扎带上
- 开门
- 通过推动活塞移除草捆
打包过程请观看以下视频：
请注意：该视频展示了我第一次在原型上创建包。整个过程不到20分钟。有了助手和更多的练习，这个时间就会大大减少，这样一天之内就可以为一个小房子制作足够的草捆。被打包的材料也陈旧且潮湿，这两种特性都没有用处。这样做只是因为这种材料是可用的。
机器具体建议
正如视频所示，个人可以操作该打包机，但拥有两台效率更高。一个人可以装载待打包的材料，而另一个人则操作活塞。切换可以减少流程的单调性，同时确保两个工人都不会感到疲劳。
对打包机的进一步改进包括通过添加轮子使其可移动。在打包过程中，这些轮子必须向上翻转，以确保装置不会移动。这将使打包机能够在田地周围移动到需要打包的其他材料。在门端放置两个轮子将允许人或者最好是动物推动或拉动这个装置。由于在打包过程中会施加很大的力，因此整个结构很容易朝这个方向移动。如果这很麻烦或妨碍了捞出过程，则可以将自重添加到结构的底座上，这会增加抵抗运动的摩擦力。或者，连接到结构上的楔子或钉子会抵抗这种运动，因为它们充当锚。
捆包一旦离开捆包室就会膨胀，如果需要特定的捆包尺寸，可以进行实验或进一步的工作以使捆包尺寸与实际捆包尺寸相匹配。所有采用非常规方法或机械打包机制成的捆包均应经过测试，以评估其施工的适用性。含水量、干密度、润湿历史、纤维长度和材料构成等指标对于确定建筑材料的有用性都是必要的。[4]当使用此类机器生产的包进行结构应用时，还会出现其他问题。机器生产的捆包具有一定的可变性。捆包密度的变化可归因于不同的活塞压紧力和一次压捆的材料量。在封闭区域内用手绑扎也会带来变化。有关稻草捆建造的更多信息可以在 appropedia 上找到，而有关稻草捆建造的 Wikibook是一个稍微更全面的资源。
替代技术
还有其他低成本打包装置可供选择。箱式打包是一种简单的方法，其方法不言自明。CD3WD 上有一个简单的边远地区干草打包机。英国国际发展部作为畜牧生产计划的一部分进行的一项研究提供了证据，证明盒装饲料对坦桑尼亚牛奶生产商的好处。有像克拉克·多尔曼（Clark Dorman）的移动松秆打包机这样的设备，但这种设备虽然比联合收割机小得多且便宜，但仍然由汽油发动机提供动力。最好的替代方案是由巴基斯坦秸秆包和适当建筑公司使用和开发的组织（PAKSBAB）。PAKSBAB 致力于在该地震活动地区采用适当的建筑方法来建造抗震房屋。对于草捆制造，使用压缩模具和人力农用千斤顶。该设备可能比拉里·麦克威廉姆斯的设计更昂贵，因为它是钢制的，但它更简单、更快、需要更少的人力，并减少了捆包的变化。
参考
- ^ 英国广播公司。你可知道？谷物。http://www.bbc.co.uk/gardening/gardening_with_children/didyouknow_cereals.shtml（2010年 4 月 13 日访问）。
- ^ 科学技术促进国际发展委员会，国际事务办公室，国家研究委员会。非洲失去的农作物：第一卷：谷物。华盛顿特区：国家学院出版社，1996 年。
- ^ 艾伯塔省政府。“使用秸秆作为农场取暖燃料。” 农业和农村发展。2010 年 1 月 6 日。http ://web.archive.org/web/20170109090115/http ://www1.agric.gov.ab.ca :80/$department/deptdocs.nsf/all/eng3127（2010 年 4 月 13 日访问）。
- ↑跳转至：4.0 4.1 4.2 金，布鲁斯。稻草捆建筑的设计。加利福尼亚州圣拉斐尔：绿色建筑出版社，2006 年。
- ^ Bou-Ali，G. 稻草捆和稻草捆墙系统。理学硕士 论文，图森：亚利桑那大学，1993
- ^ Tattersall, Graeme H. 密度对稻草捆机械性能的影响。论文，金斯顿：女王大学，2010 年。