1、引言
秸秆压块机是把松散的农作物秸秆压制成块状物料的设备。经压缩后的秸秆块便于存放、牲畜易于咀嚼，营养也易于吸收，而且便于储运，同时也可制成燃能很高的生物质燃料。我国是世界农业生产大国，农作物秸秆年生产6亿多t，秸秆资源丰富。近几年，随着我国畜牧业的发展及农业部关于秸秆综合利用方案的推行，秸秆块的需求存在着巨大的市场空间。为了更好更快的抢占市场，压块机的设计效率与设计水平需要进一步提高。
随着科技的迅速发展和计算机CAD/CAE技术的应用，机械设计已由传统二维设计向三维设计转变。本研究适应现代机械设计发展的趋势，综合应用CAD/CAE技术进行机构的三维设计与分析。本文采用UG软件对秸秆压块机进行机构实体建摸和整机的装配，运用ANSYS有限元分析软件取代手工计算对秸秆压块机进行分析。此种设计方法不仅缩短了秸秆压块机的设计周期，而且提高了设计精度，使秸秆压块机的机械结构更趋合理。
2、秸秆压块机的设计及原理
2.1建模思路
对秸秆压块机的CAD建模主要有两种建模思路，分别是“自底向上”与“自顶向下”两种。通常采用的设计思路是“自底向上”，这种方法是先构造基本的几何图元，如点、线及面等，然后逐渐的向上构造体，直到整个零件的生成。“自顶相下”的构造思路基本相反。本文秸秆压块机的设计结合这两种设计思路，进行混合设计。
2.2建模方法
LG软件对产品的三维建模的具体方法有：显式建模、参数建模、基于约束的建模及复合建模。为了使得建模后的压块机各机构的重构性更好，建模过程中多采用草图的构图方式，使得所建模型的参数化更强，便于后续的修改。
2.3压块机总装
最后对构建好的压块机所有零部件进行装配，生成图l秸秆压块机总装图：
运用UG软件的分解图功能可清晰的了解压块机的各部件组成情况，如图2所示：
2.4压块机的工作原理
压块原理：物料通过喂料斗及喂入螺旋机构的输送，被均匀、连续地喂入环模与压辊之间的腔体中。通过环模与压辊的相对运动把物料带入环模与压辊的间隙中，物料被旋转的压辊不断地挤入环模孔内。在强烈的挤压下，物料克服孔壁的摩擦阻力，不断从环模孔中呈条状挤出。挤出时，条状的物料被机体外壳上的切片切成长度适宜的草块。
3、压块机主轴的有限元分析
主轴是压块机的重要组成部件。秸秆压块时常出现物料堵塞的现象，这时主轴受到强大的扭矩作用。为了保证在最恶劣情况下主轴具有足够的强度，需要对主轴进行有限元分析。
3.1 ANSYS中主轴模型的导入
通过IGES接口把UG中建好的主轴模型导入ANSYS中进行分析。图3是导入ANSYS的主轴几何实体模型。
3.2对主轴进行有限元网格划分
ANSYS中网格划分的方法主要有自由、映射以及扫掠等方法。网格划分的好坏直接影响到后续计算的速度与计算的精度。此处为了使得划分的网格均匀，采用扫掠与自由划分相结合的方法进行网格划分。
图4为网格划分示意图（有限元模型）。由于结构比较规则，适宜采用ANSYS9.0中的solid95六面体单元进行网格划分，划分结果：节点总数为19168，单元总数为12024。
3.3 求解
在求解之前定义有限元分析的边界条件，分别为键槽的自由度约束与轴端裙板最大扭矩的施加。
求解得到阶梯轴的最小直径∮75处的最大剪切应力为12.9Mpa，小于许用应力40Mpa。轴的设计满足设计要求。
3.4分析比较
经过ANSYS的分析计算得到075轴的横截面应力分布如图5。X，Y坐标分别为主轴径向的两个坐标，Y轴延裙板竖直方向，主轴圆心为坐标原点。图6为Ø75轴剪切应力的等值线图。
根据设计经验，阶梯轴应力分布完全符合实际应力分布情况。证明了ANSYS分析结果的正确性。
根据材料力学的最大应力计算公式：
理论计算得到∮75轴所受最大应力值为11.5Mpa，这与有限元分析的结果最大剪切应力为12.9Mpa很相近。进一步证明了ANSYS有限元分析软件分析结果的正确性。
4、主轴的模态分析
4.1模态的概念
模态是结构系统的一种属性，表征模态的特征参数是振动系统各阶固有频率、振型、模态质量、模态刚度和模态阻尼等。不论何种阻尼情况，机械结构对外力的响应都可以表示成固有频率、阻尼比与振型等模态参数组成的各阶振型模态的叠加。模态分析就是用模态参数来表示结构系统的运动方程并确定模态参数的过程。
有限元模态分析的核心问题就是找到结构的各阶固有频率以及机构的弯曲刚度与扭转刚度的分布情况。知道了固有频率，就可以指导机构设计和使用。使得设计固有频率和使用时的外部激振频率相避开。同时根据刚度的分布情况可以指导机构刚度的改进，提高整体刚度分布，以保证机构使用的可靠性。
4.2主轴的有限元模态分析
主轴的弹性模量E=2.08xl05MPa，泊松比u=0.3，密度p 1.8x10.6Kg/mm3。根据主轴的材料与几何参数，采用Block Lanczos（兰索斯法）方法，计算得到主轴前25阶振型，其中主要振型如下表：
4.3主轴模态的结果分析
由振型的分布情况可以看出，当外部激振频率低于22Hz时，主轴整体机构的刚性足够。当激振频率大于150Hz，并且不断增高后，阶梯轴将不受到扰动，工作稳定。但此时，裙板的变形明显增大，刚性严重不足。当工作频率高于51Hz时，需要改变裙板的尺寸或结构
来提高其刚性。
5、结论与讨论
D通过以上的一系列分析计算与比较，充分证明了ANSYS有限元分析软件的可靠性，采用此种设计方法可大大提高压块机的设计效率。
2)由本文的计算结果可知，主轴的设计远远满足设计要求，有很大的改进空间。由以往的设计经验可知，空心轴比实心轴具有更良好的抗扭矩能力，而且又节省材料。所以有必要对主轴进行进一步的结构优化。
优化后可以很方便的通过ANSYS软件进行分析验证或直接采用ANSYS软件对主轴进行自动结构优化设计，以得到满意的设计结果。
富通新能源销售秸秆压块机、
秸秆颗粒机等生物质燃料成型机械设备。
