摘 要：
立式環模顆粒成型機是一種新型
生物質燃料顆粒的生產設備，采用
偏心軸壓輥式結構，即壓輥繞軸轉動，與
環模接觸將物料擠出，壓輥成為成型機穩定工作的關鍵影響因素之一。基于虛擬樣機仿真技術，利用有限元分析軟件對壓輥組件進行靜態結構仿真分析，得出在正向與側向受載情況下，壓輥所受最大等效應力小于材料本身許用應力，并且壓輥的最大變形量遠遠小于其壓輥的總體尺寸，壓輥的強度與剛度可以得到保證，從而驗證成型機壓輥的結構性能合理性。
關鍵詞：立式環模顆粒成型機；偏心軸壓輥；性能仿真分析
生物質材料成型技術和設備在丹麥、奧地利、瑞典等國比較成熟，其研發的設備普遍受到認可，但在其它絕大多數國家，生物質材料成型技術方面發展普遍不足。我國在生物質成型方面的研究雖然己經取得一些進展和成果，但是在生物質成型設備關鍵組件性能研究方面上還有所欠缺。目前，國產研發的成型設備在使用過程中，常常容易出現兩種結果，一是關鍵部件強度不夠，導致成型機減少壽命；二是其強度過高也會有浪費資源的情況，具有很大的不確定性。因此，對于設備關鍵部件性能的研究顯得尤為重要，直接影響著成型過程的生產質量與生產效率。
壓輥式結構是當今成型機械中的常用動力結構組件，例如板材軋機中的軋輥，通過調節軋輥之間的間距來軋制不同厚度的金屬板材，同組壓輥的半徑相等。本研究的壓輥是立式環模顆粒成型機的關鍵組件之一，其主體結構設計為偏心式結構，其工作原理是壓輥自轉，壓輥與環模接觸，生物質原料在壓輥的主動碾壓作用下，進入到環模的成型孔中，形成柱狀成品，最后由切刀切斷形成顆粒。因此，分析壓輥組件在載荷作用下的性能變化是驗證設備的結構合理性的關鍵之一。本文主要利用有限元分析軟件對壓輥主體進行結構靜力學分析，主要分析壓輥主體的強度與剛度。
1、模型
將壓輥設計成偏心軸的結構，旨在調節壓輥與環模的間距。利用三維建模軟件建立壓輥分析模型，然后導人到有限元軟件中。
2、有限元分析
在生物質燃料壓縮成型過程中，成型機的兩個關鍵組件壓輥和環模并不是完全貼緊，其中會有少量燃料粉末存在，并且在壓輥與環模最近的部位，其壓輥受到的壓力最大，結構較薄弱。此外，由于在生物質燃料壓縮成型過程中，偏心軸的受力方向具有兩種可能，一種是正向受力，另外一種是側向受力，因此主要分析承受不同方向載荷時，偏心軸壓輥的等效應力與變形程度。
本文主要利用有限元分析軟件進行結構靜力分析。設置壓輥材料為45號鋼，其密度為7.8×10
3kg/m3，彈性模量為210GPa，泊松比為0.3。劃分網格后，對軸的上下固定位置施加固定約束，在偏心軸身部位施加面載荷3.26 MPa。
經過分析計算與數據后處理得出等效應力云圖。成型機壓輥在受正向載荷時，最大應力為176.87MPa，遠小于該材質的屈服應力，強度符合要求；成型機壓輥所受側向載荷時，最大應力為159.53MPa，也遠小于該材質的屈服應力，強度符合要求。可見，在立式環模顆粒成型機壓縮擠壓生物質燃料顆粒過程中，無論哪種受載形式，壓輥強度都符合要求。
通過數據后處理可以得出變形云圖。成型機壓輥在受正向載荷時，其最大變形量為0.050mm，遠小于壓輥的本身尺寸，符合剛度要求；在成型機壓輥在受側向載荷時，其最大變形量為0.059mm，遠小于壓輥的本身尺寸，符合剛度要求。可見，在立式環模顆粒成型機壓縮擠壓生物質燃料顆粒過程中，無論哪種受載形式，壓輥剛度都符合要求。
3、結論
通過有限元分析，在立式環模顆粒成型機壓縮擠壓生物質燃料顆粒過程中，應力方面在正向施加載荷時等效應力比在側向載荷的等效應力要大一些。在變形方面，側向施加載荷時等效應力比在正向載荷的變形量要大一些。在受正向載荷時，最大應力為176.87 MPa，遠小于該材質的屈服應力，強度符合要求；在受側向載荷時，其最大變形量為0.059 mm，遠小于壓輥的本身尺寸，符合剛度要求。從而驗證該成型機壓輥性能與材料本身屬性相適應，該組件的結構性能強度可以保證生物質燃料成型設備穩定的生產。
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