我国农作物秸秆资源十分丰富，年产量将近7亿t，其中约有1.8亿t作为工业原料加T利用，约2.7亿t作为燃料进行焚烧，剩余的秸秆直接还田。农作物秸秆作为一种重要的粗饲料，经过揉碎处理压缩成型后，不但减少了占地面积便于贮存，而且在压缩过程中产生大量的热，对秸秆起到熟化处理的作用，改善了适口性，提高了牲畜的采食率；此外，压缩成型后还可以制成生物质颗粒燃料。农作物秸秆经过加工后，保护了生态环境并且使其利用价值得以充分体现。目前，随着我国畜牧业的飞速发展，对农作物秸秆压缩理论等方面的研究也在不断地深入，粗饲料秸秆压块成型技术应用前景越来越广泛。为此，以9YK-0.4D型环模式压块机为研究对象，利用Solidworks三维建模软件建立样机实体模型，将实体模型导人到AD-AMS中，利用ANSYS有限元分析软件建立秸秆物料柔性体模型，然后将秸秆柔性体模型导人到ADAMS中并与虚构件连接，进行秸秆压缩过程仿真分析，并且得出相应的运动变化规。对压块过程进行理论分析，可为压块机压块装置的结构参数优化提供理论依据，富通新能源专业生产销售秸秆压块机、秸秆颗粒机等农作物秸秆成型机械设备，同时我们还有大量的生物质颗粒燃料出售，秸秆压块机压制的块状颗粒燃料如下所示：
1、环模式压块机模型的建立1.1环模式压块机工作原理
环模式压块机主要是将揉碎后的农作物秸秆（长度约为30mm左右）压缩成型。压缩方式属于开式压缩。工作原理是利用环模、压辊和农作物秸秆之间的摩擦和挤压作用使秸秆压缩成型。首先是将揉碎后的农作物秸秆送人到喂人斗中，由喂人斗内的螺旋搅龙将其农作物秸秆输送到压缩室内，电动机带动环模进行旋转：由于环模与农作物秸秆之间的相互摩擦作用，环模带动秸秆转动，由压辊的摩擦和挤压作用将农作物秸秆挤压到模孔内。随着农作物秸秆的不断喂人以及环模和压辊之间的挤压作用，农作物秸秆开始分层成型。周而复始，农作物秸秆压缩成块后，被后续的秸秆挤出模孔外。
1.2建立环模式压块机模型
本文根据9YK-0.4D型环模式压块机的结构参数，采用白底向上的建模方式进行建模，其结构主要由4部分组成：机架、动力装置、喂人装置和压块装置。压块装置主要是由压模和压辊两部分组成，如下图所示：
本文研究了压块机的压块过程，将整机模型做简化处理，针对压块装置进行仿真。2、建立农作物秸秆柔性体模型
农作物秸秆的压块过程属于大位移、大应变等非线性问题，无法在ADAMS中准确描述，因此本文利用ANSYS系统对农作物秸秆压块过程进行柔性体建模。首先在ANSYS软件中建立农作物秸秆的模态中性文件再与ADAMS通过．mnf格式文件进行数据交换。
由于农作物秸秆揉碎后形状不规则，给模型建立带来一定的困难此外考虑压块过程主要针对秸秆物料群体压缩规律，因此对模型的几何特征进行简化处理。本文中的模孔采用的是方形孔，其截面尺寸规格为30mmx30mm，假设建立的秸秆模型为正方体模型。
2.1定义单元类型及材料属性
将单元属性选取为Brick 8 node 185，该单元具有塑性、超弹性、应力强化、蠕变、大位移和大应变能的特性，因此可以描述农作物秸秆在压缩过程中的变化特性。秸秆等农业纤维物料属于粘弹性体，采用Drucker - Prage材料对农作物秸秆的属性进行定义。
2.2生成有限元网格
农作物秸秆进行揉碎处理后呈细丝状，直径约为4mm，因此将有限元的网格划分尺寸设定为0.004，采用自由划分网格的形式进行划分，如图3所示。
2.3生成模态中性文件
网格划分完毕后利用ANSYS与ADAMS之间的接口进行数据交换，在柔性体物料上选取主节点以便在ADAMS中与虚构件进行连接，如图4所示。
3、建立压缩装置的虚拟样机模型
利用Solidworks与ADAMS之间的数据接口，将Solidworks三维模型文件转换成.x_t格式的文件。
然后，将建立的，x_t格式文件通过数据接口导人到ADAMS环境中，并对模型定义材料属性、添加约束和驱动。
3.1导入模型和定义材料属性
1)导人模型。单击菜单File_÷Import，将已经建立的，x_t格式的parasolid类型文件导人到ADAMS环境中。
2)定义材料属性。由于在Solidworks中建立的模型在导人到ADAMS过程中，造成材料属性信息的丢失，因此在ADAMS中需要根据实际样机的材料属性重新对模型定义。
3.2添加约束和驱动
1)添加约束。在Solidworks中建立的零部件之间的约束在导人到ADAMS中也同样丢失，仅保留了几何位置信息。因此，在ADAMS中需要重新添加约束条件。
2)添加驱动。在实际样机中，该压块机的运动方式采用的是模转辊不转的形式。为了便于分析粗饲料秸秆压缩成型过程，需要对环模式压块机的运动形式进行转换，并且根据压模与压辊之间的相对运动关系，将压模固定考虑压辊对秸秆物料的挤压作用，因此在主轴上添加旋转驱动，利用主轴带动压辊进行转动。
根据电动机的转速和带轮的传动比确定主轴的转速为220r/min。因此，将驱动函数设置为-1320d*time。
3.3创建虚构件
当刚性体零件和柔性体物料之间直接施加约束的时候，由于很多条件的限制，一些约束不能直接施加在柔性体上，为了解决这一问题，需要创建虚构件将柔性体与零件之间进行连接。
3.4 柔性体模型导入与连接
将柔性体模型文件通过ADAMS/View中的菜单导人以后，并对其位置进行调整以及相关各个参数的设定，然后与ADAMS中的虚构件进行连接，并且对柔性体和虚构件施约束。
经过上述操作步骤，完成环模式压块机和柔性体秸秆物料在ADAMS环境中的设置。
4、仿真计算与结果分析
将上述准备工作完成后，本文主要研究单压辊对农作物秸秆的挤压作用。根据主轴的转速，确出仿真时间，因此设置仿真时间为0. 06，仿真步数为100，进行仿真计算：分别测得粗饲料秸秆模型上8个主节点的xy，Z三个方向的分力与合力，以及秸秆的位移、速度和加速度。运行结果如图6-图9所示。
由图6可以看出压辊对秸秆物料作用力随着时间不断增大，当秸秆被挤压到模孔内压辊对秸秆的挤压力逐渐减小。
由图7可以看出，柔性体秸秆在X轴方向（即主轴的轴向方向）上位移几乎不变，在y，Z轴两个方向（y轴为压模的径向；Z轴为压模的切向）上的位移非常明显。
根据图10中的力与位移关系曲线可知，秸秆物料受到压辊的挤压力随着位移的增大呈指数分布，直至压辊的挤压过程结束后挤压力减小。此时，因为秸秆有弹性恢复，压辊受到秸秆的反作用力，因此出现线性增长。
由此可知，当秸秆物料被输送到压缩室以后，秸秆在压模孔人口处产生堆积：，当压辊开始对秸秆物料进行挤压的时候，其主要作用力是对秸秆的向前推动：随着向前的推动，压辊与秸秆之间以及秸秆与压模之间的摩擦力的不断增大，致使压辊开始进行受迫转动，进而开始对秸秆产生挤压作用。
5、结论
1)利用ANSYS有限元分析软件建立柔性体物料，通过ADAMS虚拟仿真技术来描述环模式压块机对秸秆物料的压缩过程。采用ANSYS与ADAMS联合仿真的方法，提高了仿真结果的准确性、真实性与可靠性。
2)分析环模式压块机的压缩成型慢的原因在于压辊对秸秆物料的推动作用大，短时间内秸秆与压模很难形成较大的摩擦力，因此不易将秸秆物料压至模孔内。
3)根据仿真结果分析，对压模的模口形状、压辊的齿槽的形状可以进一步地研究和改进，从而缩短秸秆物料的成型时间。
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