摘要：针对生物质
颗粒机在加工
生物质成型颗粒燃料过程中关键部件平模和
压辊磨损后导致使用寿命短、影响生产率等问题，对压辊进行了设计并采用Ansys软件对其进行有限元分析。仿真结果表明，设计的压辊在极限工况下应力为179.24MPa，应变0.038mm，平均疲劳安全系数达到2.4，符合材料特性要求。对样机进行试验表明，采用这种结构的生物质颗�；哪芎牡�、产量大、产品品质高。
关键词：生物质颗�；�；压辊；平模；有限元
农林生物质能有很高的开发潜力，是未来能源利用的重要途径。生物质颗粒成型机是生物质物料固化成型的一个主要技术。目前研究的生物质固化成型设备主要有螺杆挤压式成型机、机械驱动活塞式成型机、液压驱动活塞式成型机和辊压式颗粒成型机等4种形式，以辊压式颗粒成型机应用最为广泛。
文献[1]对环模生物质颗粒燃料成型机的颗粒成型进行了试验研究；文献[2]用热重分析仪对玉米秸秆、木屑、混合木屑3种生物质成型颗粒燃料进行了理论分析；文献[针对模辊式成型机在生产生物质颗粒燃料过程中存在能耗高等问题，以玉米秸秆为原料，研究了成型机模辊间隙、主轴转速和�？字本兜炔问陨省⒍秩剂夏芎�、颗粒燃料的成型率、机械耐久性和颗粒密度等的影响，得出了满意的结果。下面，笔者研究了一款生物质颗�；纳杓�，并针对其关键部件进行了有限元分析和实物验证。
1、总体结构
生物质颗�；饕晌锪衔谷�、传动系统、电力控制系统和平�；沟炔考槌伞�
2、主要部件设计
1)平模的设计分析平模作为颗�；尚妥饕档男脑�，在设计中一定要考虑到：①平模应具有较强的强度和耐磨性以及耐腐蚀性；②充分考虑平模材质和结构参数对物料成型的影响，其中包括平�？卓仔�、�？准渚�、平模圆周速度、�？状植诙鹊龋允迪钟呕杓�。
由文献[4]获知，通常情况下生产小尺寸生物质颗粒，平模表面边沿的线速度为2～5m／s。生产较大尺寸时，应将平模表面的速度限制在4～8m/s。由于本设计为生产小尺寸生物质颗粒，故平模表面边沿的最佳线速度选用2～5m/s。
由V=2πnR/60得D=60V/πn。式中，V为平模表面边沿的线速度，m/s；n为转速，r/min;R为平模半径，mm;D为平模直径，mm。
取D =500mm，通过大量试验，认为当平模厚度为25mm时较理想，故取平模有效厚度L=25mm。
2)压辊的设计对于生物质颗�；此悼帕；构醯某叽缡瞧渲疃嗷静问凶钗匾�，而选择最佳的压辊径比A(A=r/R，r为压辊的半径，R为平模半径)是设计颗�；构醯墓丶侍�，也是设计和改进颗�；闹匾砺垡谰荩涌帕；ぷ魇庇泄夭问涞募负喂叵导右匝芯�，可得这些参数之间的关系如图2所示。图2中．ho表示压辊所能攫取的物料层厚度；攫取角a。表示压辊的一条半径OA的切线AB和平模上表面相交所成的角∠ABC;h为模辊间隙。
由此可取压辊所能攫取物料层的不同厚度。和压辊的一条半径的切线和平模上表面相交所成的攫取角a。得出A的不同取值。物料与钢材的摩擦角一般在20～25。之间，而攫取角口。为物料与压辊的摩擦角和物料与平模的摩擦角之和。取a0=40°，h0=20mm时，为的理论最佳值，即r=0.842。
3、平模总成有限元分析
1)建立有限元模型 使用Catia软件绘制的平模总成结构如图3所示。该结构主要由压辊、平模、动力轴和轴承等相关部件组成。动力传动轴选用45钢，材料的屈服强度为600MPa，弹性模量为209GPa，泊松比为0.269。压辊材料选用耐磨性、强度好的42CrMoTi，弹性模量为205.8GPa，泊松比为0. 293。
2)网格划分在Ansys/Workbench的DM�？橹卸云侥；菇星按�，全部采用六面体网格进行划分，共划分节点1914440，单元572547。六面体网格在对于计算的准确性上可以有很大提高。
3)加栽和约束根据平模运动状态在中心轴处添加约束，仅保留绕轴线转动的自由度，添加转速为104r/min。
4)静力学分析 完成压辊材料、约束、载荷等设置和有限元网格划分后，即进行有限元分析，得到压辊三维应力及等效应力。同时为了判断材料是否发生永久变形，对可延展材料按照最大等效应力失效原理计算安全系数。图5为压辊静力学分析结果，由图5可知，压辊机构在极限工况下受力为179.24MPa，变形量为0.037mm,静力学结果显示设计符合材料和机构的要求。同时通过对结果分析可以得知，压辊总成应力较大，是整个产品容易坏的部件。
5)疲劳分析 疲劳失效是压辊产生破坏的主要原因。当压辊在接受循环接触应力作用时，永久性累计损伤会在局部产生，经一定循环次数后，接触表面发生麻点、浅层或深层剥落。
从图6有限元分析的结果可以发现，安全系数较低的地方发生在压辊2侧，为2.4。图7显示的是600h的轴承安全寿命，看出最低的安全系数只有0.8，说明在缺少润滑和冷却条件下，轴承的寿命严重降低，在实际使用过程中，轴承运行600h就需要更换，后续的工作将针对这个问题作进一步改进。
4、试验验证
对研制成功的样机，进行了生物质颗粒生产试验。试验对象为竹粉，经测试竹粉颗粒含水率为8.3%，颗粒成型率为96%，成品颗粒坚实度为91.7%，并且颗�；亩趾牡缌课�59.8kW·h/t，成产率高达524kg/h。
5、结语
通过对压辊的理论计算分析，从理论上说明了设计的正确性。通过对压辊进行有限元分析，得出了压辊在极限工况下应力、应变和平均疲劳系数，验证了压辊机构的合理性。通过样机的生产试验表明，采用这种结构的生物质颗粒机的能耗低、产量大、产品生物质颗粒品质高。
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