将废弃的秸秆回收并制成具有一定密度的成型压块燃料用于燃烧，可实现农村能源的持续发展并且减少环境污染。目前用于生产秸秆压块的加工设备主要有辊模
秸秆压块机（包括环模式和平模式）、活塞冲压成型机（包括机械式、液压式）、螺旋挤压成型机等，其中环模辊模式压块机由于其挤压成型时产生的压力较大，产量较高，广泛应用于大规模生产秸秆压块成型燃料�；纺Ｊ腔纺９跄Ｊ窖箍榛暮诵牟考�，其工作性能直接影响着成型燃料压块的质量。由于在环模压块机工作过程中，环模与物料及压辊轮之间相互挤压摩擦使环模受力，在挤压摩擦的同时会产生热量使温度升高，较高的一定温度对秸秆物料在环模中成型有益，但也会加剧环模磨损，缩短其使用寿命。因此，环模是环模压块机工作过程中最易损坏的部位，分析环模受力情况，对研究优化环模结构具有重要意义。
环模的力学性能是影响环模使用寿命的重要因素，对环模进行力学分析具有重要意义。为了减少环模磨损，延长环模使用寿命，分析压块机环模工作中受力情况十分必要。目前的研究集中在对环�？帕；亩嗯旁部仔位纺Ｊ芰Ψ治�，对环模压块机的单排方形�？谆纺Ｊ芰Ψ治鼋仙佟８梦脑诙匝芯靠帕；纺５幕∩涎芯垦箍榛纺Ｔ谘箍楣讨械氖芰Γ魅费箍榛纺９丶芰Σ课坏氖芰η榭�。应用ANSYS软件研究该部位在工作过程中的应力分布及形变，为降低压块机环模磨损，优化环模结构提供一定依据。
1、压块机环模结构及工作原理
环模秸秆压块机的环模为单列方形模孔结构，模孔通常为方形，横截面的对角线一般大于25mm，长度不等。压块机环模如图l所示采用合金钢整体锻造环模坯，然后用钻头加工多个圆孔，再用铣刀铣削使圆孔成为方孔。
环模压块机主要工作部件是由固定的单列方�？椎幕纺：妥钠难孤肿楣钩�。粉碎后的秸秆物料经喂料口进入环模与压轮组间的成型腔中，随着压轮组主轴体转动将物料布满环模内表面的沟槽中，偏心压轮沿着环模沟槽内切公转和摩擦自转将物料挤压进环�？�。压轮组每完成一次公转周期就将布满环模沟槽内的物料挤压人�？啄冢佣纬闪巳剂峡榈囊桓鲅共�。随着物料的不断喂入和压轮组的公转、自转，便接连不断地形成无数个物料压层，相继地挤入�？字�，通过�？字胁欢霞烦龀尚�。
2、环模工作受力分析
环模压块机的挤压成形过程建立在物料间存在间隙的基础上，通过压辊与环模在温度、摩擦力和挤压力等综合因素的作用下使物料间隙缩小，最终形成具有一定密度和强度的压块。根据物料在挤压过程中不同的状态，压块过程中受力情况可分为3种过程，即供料、变形压紧和挤压成形，其中在挤压成形过程时，物料所受到压辊的挤压力足以克服物料受到�？锥云涞哪Σ亮ψ枇Υ佣烦龀尚�。对压块过程中环模内表面和孔壁受力情况进行分析，进而研究环模模孔间主要受力的楔形部位受力。
2.1环模内表面受力分析对环模在工作过程中内侧受力情况进行研究，环模与压辊在无物料时是存在一定间隙的，环模在生产压块过程中，压辊和环模内表面间隙被物料所填充，环模内表面主要受到压辊通过物料传递的挤压力，压辊旋转通过物料传递的摩擦力。
环模压块机工作过程中，环模固定在机体上，偏心压辊通过绕主轴公转的同时自转将物料分布在环模的内侧并通过模孔挤压成型。对环模压块过程中的受力进行分析，环模在压块过程中内侧受力情况如图2所示，压辊组在主轴电机驱动下公转产生转矩r，压辊边缘在直径为D的圆周上旋转产生对物料的驱动力Q，压辊与物料和环模间相互作用产生周期性挤压力Ⅳ并通过物料传递至环模内表面，当压辊与物料接触时压辊受到物料摩擦阻力F而自转。
通过对在压块过程中环模内侧受力分析可知，在环模固定，压辊驱动挤压的环模压块机工作过程中环模内表面受到压辊通过物料传递的轴向挤压力与周向摩擦力的影响，通过转矩公式得出环模内表面受轴向挤压力的计算公式，环模所受到的轴向挤压力与环模的功率、环模的内径、转速及摩擦系数有关，再根据正压力与摩擦力的关系求出环模内表面所受摩擦力。
2.2环�？啄谑芰Ψ治龌纺Ｑ箍榛谘构醯淖饔孟陆锪贤ü？准烦龀尚�。在挤压过程中，物料在�？啄谑艿窖构醮莸闹嵯蚣费沽�，同时物料受到环�？妆诙云涞哪Σ磷枇�。�？字械奈锪霞烦鲂枰愕奶跫俏锪纤艿闹嵯蚣费沽Υ笥谖锪嫌牖纺？妆诩淠Σ亮�。为研究压块过程中方形�？啄诒砻娴氖芰η榭�，压块过程中孔内的物料压块视为整体，受力分析如图3所示。
分析物料在压块过程中环模方形孔内受力情况，可知在压块过程中�？啄诒谥饕艿轿锪隙云涞募费沽湍Σ亮�，挤压力与�？椎慕峁固匦院臀锪系氖粜杂泄�。
2.3关键部位受力分析经过对压块机环模内侧及模孔在工作过程中所受物料的作用力研究，可知在进行压块时环模受到压辊通过物料传递作用于内表面的轴向挤压力和周向摩擦力，环模的�？啄诒谑艿轿锪隙云涞募费沽σ约澳Σ亮Φ挠跋�，而这些力主要作用于模孑L间的楔形部位，楔形部位为压块过程中的关键受力部位，该部位当压辊运动到上方时受力达到最大，其受力情况如图4所示，楔形部位受到压辊通过物料传递的周期性轴向挤压力N和摩擦力F，物料在�？字卸云洳啾诘募费沽和摩擦力f。
3、仿真
压块机的环模在压辊对物料周期性压缩的作用下产生接触挤压应力，环模在此应力循环作用下楔形部位所受局部载荷很大。经过对环模的受力分析可知环模的楔形部位所受载荷的情况，为验证该部在压块过程中是否满足设计要求，并研究该部位在在受力后的磨损情况，应用ANSYS软件对楔形部位进行静力分析，研究楔形部位在压块过程中受力后的应力分布和发生的形变。
以生物质秸秆压块成套设备数据模拟进行仿真分析，成型机电机转动功率P= 45 kW，成型机额定转速n=166r/min，成型机�？资课�36个，�？坠娓裎�32 mm x32 mm方形模孔，成型�？咨頩= 130 mm，成型环模内径为D=493mm，压轮个数为2，压轮与环模间间隙1mm，物料与压辊的摩擦系数为，=0.6。物料的泊松比=0.3，物料与环模的摩擦系数为p=0.38，物料预紧压强（物料对�？椎恼帕Γ└菸淇热怂鍪匝榈贸鼋峁狿NO=4.8 KPa�；纺５牟牧涎∮�45号钢，弹性模量为210CPa，泊松比为0.3。
3.1模型建立及网格划分为分析压块机环模楔形部位在工作过程中所受应力及形变，将环模整体拆分为如图5所示的局部�？榻蠥NSYS分析。
在ANSYS13.0中对原有的单元类型进行了整合，该�？檠∪∩柚猛窭嘈臀猄OLID185单元进行划分，划分后如图6所示，并定义模块的材料属性，弹性模量为210 GPa，泊松比为0.3。
3.2加载载荷及求解根据环模工作原理，模块在仿真过程中约束添加在�？橥獠啾砻�，结合压块机工作过程中受力情况，模块受到压辊通过物料传递的轴向挤压载荷和周向的摩擦载荷，载荷添加在模块楔形部位的上表面，同时也受到�？啄谖锪隙阅？椴啾诘募费乖睾珊湍Σ猎睾�，载荷施加在楔形部位的两个侧面，载荷数据根据前文参数计算得出。
通过应力云图分析其结果表明，环模的楔形部位所受最大应力为155 MPa，由于45号钢力学性能为抗拉强度不小于600 MPa，屈服强度不小于355 MPa，楔形部位满足使用要求。再根据如图8所示形变图观察其形变位移。
由�？樾ㄐ尾课恍伪渫伎芍ㄐ尾课辉谘箍楣讨惺芰ψ畲笮伪湮灰屏课�0.015 6mm，形变量较小，不影响物料通过环模挤压成型。
3.3结果与分析通过对模块的楔形部位进行ANSYS分析，可知在压块过程中环模的楔形部位受力后的轴向应力分布。应力沿轴向不均匀分布且越与压辊接近所受到的应力越大，应力最大点出现在楔形部位两端与环模整体相接处，将会造成该处出现磨损，在压辊周期性载荷作用下易引起疲劳断裂。
楔形部位在压块过程中受力后发生了变形，形变位移沿切向呈不均匀变化，中间位移量较大两端较小，位移方向与压辊运行方向相关，最大位移出现在楔形部位顶端，将造成该部位磨损较大。
4、结论
通过研究环模压块机环模在工作过程环模内侧以及模孔中受力情况，分析�？准涞男ㄐ尾课晃丶芰Σ课唬τ肁NSYS软件分析环模楔形部位受力后应力分布及形变，得出以下结论：
(1)通过对环模在工作过程中环模内侧与压辊受力情况及物料在�？字杏肟妆谑芰η榭龅难芯浚治鲅箍榛纺５墓丶芰Σ课�，得出环模模孔间的楔形部位为主要受力部位。
(2)应用ANSYS软件分析环模压块机在工作过程中关键受力的楔形部位应力分布及形变，楔形部位轴向内侧所受应力较大，该部位顶端单侧发生变形因而较易磨损，在周期载荷作用下疲劳断裂也是环模楔形部位的一种失效形式。
(3)根据对仿真后得出的环模受力情况进行研究，环模的楔形部位失效主要为单侧磨损，物料均匀分布有利于改善受力。
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