ANSYS的生物质成型机环模结构分析

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1、2015年6月农机化研究第6期ANSYS的生物质成型机环模结构分析袁晓明，徐静云，韩秀荣，葛翔，王宏宇(江苏大学机械工程学院，江苏镇江212013)摘要:根据生物质压块环模成型机的成型过程和机理分析，研究了环模的受力状况，分析了物料变化对攫入角β选取的影响;建立了环模挤压力学模型，借助ANSYS有限元分析软件对环模孔进行了力学分析。研究结果表明，环模锥形孔对生物质原料的成型影响较大，且在锥点处y向应力最大，减小应力的最佳开孔角度为9°～14°。该研究能够为改善生物质压块成型机环模的受力状况、降低环模的磨损、延长环模的使用寿命提供理论依据。关键词:生物质;环模;应力;ANSYS中图分类号:

2、TK64文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)06－0239－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.06.058寿命等方面提供一定的理论依据。0引言1固化成型过程分析生物质是一种清洁能源，是可再生和环境友好型能源。利用好生物质资源，既有利于缓解能源紧张的固化成型机在工作时，由电机带动环模旋转，物［1－4］问题，又能减少温室气体，保护生态环境。生物料与环模之间的摩擦力和物料与压辊之间的摩擦力质固体燃料是利用新技术及专用设备将农作物(如秸使得压辊自转，如图1所示。工作时，调制好的物料秆、木屑、树皮、干草等)压缩炭化成型的新型燃料。在环模与压辊间形成的

3、楔形空间受到挤压力作用，随我国作为农业大国，秸秆等农作物资源十分丰富，而着物料的不断进入，挤压力也不断增加;当挤压力能且产量逐年递增，以“秸秆能源”为代表的生物质能源够足以克服物料与环模模孔内壁之间的摩擦力时，物［5］将会成为一种发展前景非常可观的替代能源。因料将被逐渐挤入环模孔内;最后物料成条柱状从环模此，大力研究农作物秸秆生物质固化成型相关技术，孔挤出，再由装在环模外面的固定切刀切成一定长度［6］对于开发和利用生物质能源具有很大的现实意义。的压块。生物质固化成型技术在生物质能源的利用方式上与传统技术有所不同，将松散的生物质材料转化为高密度的成型燃料，成为一种有效利用生物质能源的方法之

4、一。在目前的生物质固化成型机中，生物质压［6］块环模辊压式成型技术是常用的技术之一;但是，作为固化成型机的关键部件—环模与压辊的使用寿命短、造价高，已成为生物质材料固化成型技术发展［7］的瓶颈之一。为此，通过分析生物质压块环模成型机的成型过程和机理，研究环模孔的受力状况，确定图1环模压辊工作原理环模孔的最佳开孔角度，可为改善生物质固化成型机Fig．1Workingprincipleofringdieandimpressingroller环模的受力状况、降低环模的磨损和延长环模的使用在环模成型过程中，根据生物质物料在压制区所受压辊的压紧力不同，可将压制区分为供料区、变形收稿日期:2014－

5、06－23压紧区和挤压成型区，如图1所示。生物质物料在这基金项目:“十二五”国家科技支撑计划项目(2011BAD20B08);江苏3个区域的受力状况是不同的，分析如下:大学大学生创新基金项目(11A359)作者简介:袁晓明(1975－)，男，江苏大丰人，实验师，博士研究生，1)供料区:物料处于自然松散状态，只随压辊的(E－mail)yuanxm1975@mail．ujs．edu．cn。自转向前移动，物料不断地汇聚，堆积于环模与压辊通讯作者:王宏宇(1974－)，男，山西怀仁人，副教授，博士，(E－mail)wangdoudou1974@163．com。之间，但此时并没有进入环模模孔内;随

6、着更多物料·239·2015年6月农机化研究第6期不断向前移动，使得供料区内先进入的物料在挤压力由图2可知，将物料攫入变形压紧区的条件为的作用下不断补给进新形成的变形压紧区。F1=μ2Q，F2=μ1N2)变形压紧区:随着环模和压辊的旋转，物料开其中，μ1为物料与压辊作用的摩擦系数;μ2为物始逐渐随着压辊的自转而同步向前运动;在运动过程料与环模内表面作用的摩擦因数。中，由于压紧区的断面面积在逐渐减小，使得物理层另外，物料进入变形压紧区时受到阻力Nsinβ。不断被压缩，且物料在挤压力的作用下产生不可逆的为保证物料能被压辊挤入变形压紧区，必须满足的条塑性变形;此时，物料内部的作用力还不足以克服

7、环件为模模孔内壁的摩擦力作用。因此，在此过程中物料仍μ1Ncosβ+μ2Q≥Nsinβ(1)未进入环模模孔内。Q为物料对环模的挤压力，它应满足的条件为3)挤压成型区:随着环模与压辊之间的间隙越来Q=Ncosβ+μNsinβ(2)越小，物料受到的挤压力急剧增大;此时物料发生了将式(2)代入式(1)中，可得到变形，而且接触表面积也在不断增大，使得物料在挤μ1Ncosβ+μ2(Ncosβ+μ1Nsinβ)≥Nsinβ压力作用下被压入环模模