关键词：立式环模颗粒成型机；偏心轴压辊；性能仿真分析
生物质材料成型技术和设备在丹麦、奥地利、瑞典等国比较成熟，其研发的设备普遍受到认可，但在其它绝大多数国家，生物质材料成型技术方面发展普遍不足。我国在生物质成型方面的研究虽然己经取得一些进展和成果，但是在生物质成型设备关键组件性能研究方面上还有所欠缺。目前，国产研发的成型设备在使用过程中，常常容易出现两种结果，一是关键部件强度不够，导致成型机减少寿命；二是其强度过高也会有浪费资源的情况，具有很大的不确定性。因此，对于设备关键部件性能的研究显得尤为重要，直接影响着成型过程的生产质量与生产效率。
压辊式结构是当今成型机械中的常用动力结构组件，例如板材轧机中的轧辊，通过调节轧辊之间的间距来轧制不同厚度的金属板材，同组压辊的半径相等。本研究的压辊是立式环模颗粒成型机的关键组件之一，其主体结构设计为偏心式结构，其工作原理是压辊自转，压辊与环模接触，生物质原料在压辊的主动碾压作用下，进入到环模的成型孔中，形成柱状成品，最后由切刀切断形成颗粒。因此，分析压辊组件在载荷作用下的性能变化是验证设备的结构合理性的关键之一。本文主要利用有限元分析软件对压辊主体进行结构静力学分析，主要分析压辊主体的强度与刚度。
1、模型
将压辊设计成偏心轴的结构，旨在调节压辊与环模的间距。利用三维建模软件建立压辊分析模型，然后导人到有限元软件中。2、有限元分析
在生物质燃料压缩成型过程中，成型机的两个关键组件压辊和环模并不是完全贴紧，其中会有少量燃料粉末存在，并且在压辊与环模最近的部位，其压辊受到的压力最大，结构较薄弱。此外，由于在生物质燃料压缩成型过程中，偏心轴的受力方向具有两种可能，一种是正向受力，另外一种是侧向受力，因此主要分析承受不同方向载荷时，偏心轴压辊的等效应力与变形程度。
本文主要利用有限元分析软件进行结构静力分析。设置压辊材料为45号钢，其密度为7.8×103kg/m3，弹性模量为210GPa，泊松比为0.3。划分网格后，对轴的上下固定位置施加固定约束，在偏心轴身部位施加面载荷3.26 MPa。
经过分析计算与数据后处理得出等效应力云图。成型机压辊在受正向载荷时，最大应力为176.87MPa，远小于该材质的屈服应力，强度符合要求；成型机压辊所受侧向载荷时，最大应力为159.53MPa，也远小于该材质的屈服应力，强度符合要求。可见，在立式环模颗粒成型机压缩挤压生物质燃料颗粒过程中，无论哪种受载形式，压辊强度都符合要求。
通过数据后处理可以得出变形云图。成型机压辊在受正向载荷时，其最大变形量为0.050mm，远小于压辊的本身尺寸，符合刚度要求；在成型机压辊在受侧向载荷时，其最大变形量为0.059mm，远小于压辊的本身尺寸，符合刚度要求。可见，在立式环模颗粒成型机压缩挤压生物质燃料颗粒过程中，无论哪种受载形式，压辊刚度都符合要求。
3、结论
通过有限元分析，在立式环模颗粒成型机压缩挤压生物质燃料颗粒过程中，应力方面在正向施加载荷时等效应力比在侧向载荷的等效应力要大一些。在变形方面，侧向施加载荷时等效应力比在正向载荷的变形量要大一些。在受正向载荷时，最大应力为176.87 MPa，远小于该材质的屈服应力，强度符合要求；在受侧向载荷时，其最大变形量为0.059 mm，远小于压辊的本身尺寸，符合刚度要求。从而验证该成型机压辊性能与材料本身属性相适应，该组件的结构性能强度可以保证生物质燃料成型设备稳定的生产。
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