0、引言
    我國農作物秸稈資源十分豐富，年產量將近7億t，其中約有1.8億t作為工業原料加T利用，約2.7億t作為燃料進行焚燒，剩余的秸稈直接還田。農作物秸稈作為一種重要的粗飼料，經過揉碎處理壓縮成型后，不但減少了占地面積便于貯存，而且在壓縮過程中產生大量的熱，對秸稈起到熟化處理的作用，改善了適口性，提高了牲畜的采食率；此外，壓縮成型后還可以制成生物質顆粒燃料。農作物秸稈經過加工后，保護了生態環境并且使其利用價值得以充分體現。目前，隨著我國畜牧業的飛速發展，對農作物秸稈壓縮理論等方面的研究也在不斷地深入，粗飼料秸稈壓塊成型技術應用前景越來越廣泛。為此，以9YK-0.4D型環模式壓塊機為研究對象，利用Solidworks三維建模軟件建立樣機實體模型，將實體模型導人到AD-AMS中，利用ANSYS有限元分析軟件建立秸稈物料柔性體模型，然后將秸稈柔性體模型導人到ADAMS中并與虛構件連接，進行秸稈壓縮過程仿真分析，并且得出相應的運動變化規。對壓塊過程進行理論分析，可為壓塊機壓塊裝置的結構參數優化提供理論依據，富通新能源專業生產銷售秸稈壓塊機、秸稈顆粒機等農作物秸稈成型機械設備，同時我們還有大量的生物質顆粒燃料出售，秸稈壓塊機壓制的塊狀顆粒燃料如下所示：1、環模式壓塊機模型的建立
1.1環模式壓塊機工作原理
    環模式壓塊機主要是將揉碎后的農作物秸稈（長度約為30mm左右）壓縮成型。壓縮方式屬于開式壓縮。工作原理是利用環模、壓輥和農作物秸稈之間的摩擦和擠壓作用使秸稈壓縮成型。首先是將揉碎后的農作物秸稈送人到喂人斗中，由喂人斗內的螺旋攪龍將其農作物秸稈輸送到壓縮室內，電動機帶動環模進行旋轉：由于環模與農作物秸稈之間的相互摩擦作用，環模帶動秸稈轉動，由壓輥的摩擦和擠壓作用將農作物秸稈擠壓到模孔內。隨著農作物秸稈的不斷喂人以及環模和壓輥之間的擠壓作用，農作物秸稈開始分層成型。周而復始，農作物秸稈壓縮成塊后，被后續的秸稈擠出模孔外。
1.2建立環模式壓塊機模型
    本文根據9YK-0.4D型環模式壓塊機的結構參數，采用白底向上的建模方式進行建模，其結構主要由4部分組成：機架、動力裝置、喂人裝置和壓塊裝置。壓塊裝置主要是由壓模和壓輥兩部分組成，如下圖所示：    本文研究了壓塊機的壓塊過程，將整機模型做簡化處理，針對壓塊裝置進行仿真。
2、建立農作物秸稈柔性體模型
    農作物秸稈的壓塊過程屬于大位移、大應變等非線性問題，無法在ADAMS中準確描述，因此本文利用ANSYS系統對農作物秸稈壓塊過程進行柔性體建模。首先在ANSYS軟件中建立農作物秸稈的模態中性文件再與ADAMS通過．mnf格式文件進行數據交換。
    由于農作物秸稈揉碎后形狀不規則，給模型建立帶來一定的困難此外考慮壓塊過程主要針對秸稈物料群體壓縮規律，因此對模型的幾何特征進行簡化處理。本文中的模孔采用的是方形孔，其截面尺寸規格為30mmx30mm，假設建立的秸稈模型為正方體模型。
2.1定義單元類型及材料屬性
    將單元屬性選取為Brick 8 node 185，該單元具有塑性、超彈性、應力強化、蠕變、大位移和大應變能的特性，因此可以描述農作物秸稈在壓縮過程中的變化特性。秸稈等農業纖維物料屬于粘彈性體，采用Drucker - Prage材料對農作物秸稈的屬性進行定義。
2.2生成有限元網格
    農作物秸稈進行揉碎處理后呈細絲狀，直徑約為4mm，因此將有限元的網格劃分尺寸設定為0.004，采用自由劃分網格的形式進行劃分，如圖3所示。
2.3生成模態中性文件
    網格劃分完畢后利用ANSYS與ADAMS之間的接口進行數據交換，在柔性體物料上選取主節點以便在ADAMS中與虛構件進行連接，如圖4所示。
3、建立壓縮裝置的虛擬樣機模型
    利用Solidworks與ADAMS之間的數據接口，將Solidworks三維模型文件轉換成.x_t格式的文件。
    然后，將建立的，x_t格式文件通過數據接口導人到ADAMS環境中，并對模型定義材料屬性、添加約束和驅動。
3.1導入模型和定義材料屬性
    1)導人模型。單擊菜單File_÷Import，將已經建立的，x_t格式的parasolid類型文件導人到ADAMS環境中。
    2)定義材料屬性。由于在Solidworks中建立的模型在導人到ADAMS過程中，造成材料屬性信息的丟失，因此在ADAMS中需要根據實際樣機的材料屬性重新對模型定義。
3.2添加約束和驅動
    1)添加約束。在Solidworks中建立的零部件之間的約束在導人到ADAMS中也同樣丟失，僅保留了幾何位置信息。因此，在ADAMS中需要重新添加約束條件。
    2)添加驅動。在實際樣機中，該壓塊機的運動方式采用的是模轉輥不轉的形式。為了便于分析粗飼料秸稈壓縮成型過程，需要對環模式壓塊機的運動形式進行轉換，并且根據壓模與壓輥之間的相對運動關系，將壓模固定考慮壓輥對秸稈物料的擠壓作用，因此在主軸上添加旋轉驅動，利用主軸帶動壓輥進行轉動。
    根據電動機的轉速和帶輪的傳動比確定主軸的轉速為220r/min。因此，將驅動函數設置為-1320d*time。
3.3創建虛構件
    當剛性體零件和柔性體物料之間直接施加約束的時候，由于很多條件的限制，一些約束不能直接施加在柔性體上，為了解決這一問題，需要創建虛構件將柔性體與零件之間進行連接。
3.4  柔性體模型導入與連接
    將柔性體模型文件通過ADAMS/View中的菜單導人以后，并對其位置進行調整以及相關各個參數的設定，然后與ADAMS中的虛構件進行連接，并且對柔性體和虛構件施約束。
    經過上述操作步驟，完成環模式壓塊機和柔性體秸稈物料在ADAMS環境中的設置。
4、仿真計算與結果分析
    將上述準備工作完成后，本文主要研究單壓輥對農作物秸稈的擠壓作用。根據主軸的轉速，確出仿真時間，因此設置仿真時間為0. 06，仿真步數為100，進行仿真計算：分別測得粗飼料秸稈模型上8個主節點的xy，Z三個方向的分力與合力，以及秸稈的位移、速度和加速度。運行結果如圖6-圖9所示。
    由圖6可以看出壓輥對秸稈物料作用力隨著時間不斷增大，當秸稈被擠壓到模孔內壓輥對秸稈的擠壓力逐漸減小。
    由圖7可以看出，柔性體秸稈在X軸方向（即主軸的軸向方向）上位移幾乎不變，在y，Z軸兩個方向（y軸為壓模的徑向；Z軸為壓模的切向）上的位移非常明顯。
    根據圖10中的力與位移關系曲線可知，秸稈物料受到壓輥的擠壓力隨著位移的增大呈指數分布，直至壓輥的擠壓過程結束后擠壓力減小。此時，因為秸稈有彈性恢復，壓輥受到秸稈的反作用力，因此出現線性增長。
    由此可知，當秸稈物料被輸送到壓縮室以后，秸稈在壓模孔人口處產生堆積：，當壓輥開始對秸稈物料進行擠壓的時候，其主要作用力是對秸稈的向前推動：隨著向前的推動，壓輥與秸稈之間以及秸稈與壓模之間的摩擦力的不斷增大，致使壓輥開始進行受迫轉動，進而開始對秸稈產生擠壓作用。
5、結論
    1)利用ANSYS有限元分析軟件建立柔性體物料，通過ADAMS虛擬仿真技術來描述環模式壓塊機對秸稈物料的壓縮過程。采用ANSYS與ADAMS聯合仿真的方法，提高了仿真結果的準確性、真實性與可靠性。
  2)分析環模式壓塊機的壓縮成型慢的原因在于壓輥對秸稈物料的推動作用大，短時間內秸稈與壓模很難形成較大的摩擦力，因此不易將秸稈物料壓至模孔內。
    3)根據仿真結果分析，對壓模的模口形狀、壓輥的齒槽的形狀可以進一步地研究和改進，從而縮短秸稈物料的成型時間。
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