农作物秸秆是成熟农作物茎叶(穗)部分的总称。通常指小麦、水稻、玉米、油菜、棉花、甘蔗和其它农作物在收获籽实后的剩余部分。随着社会经济的大发展及环保要求的日益增强,农作物秸秆废弃物资源再利用的方式成为农业机械与农业工程领域的研究热点,秸秆综合利用技术受到各方面的关注。农作物秸秆一般首先需要经过加工粉碎,然后才能进行生物质综合利用,实现秸秆肥料化、秸秆能源化、秸秆饲料化、秸秆工业原料化、秸秆基料化。根据成品颗粒的大小或粒度,农作物秸秆粉碎可分为一般粉碎、细粉碎、微粉碎(超细粉碎)3种等级(其颗粒细度分别为5mm以上、0.1~5mm、0.05~0.1mm)。目前,国内外对农作物秸秆普通粉碎方面研究比较多,对于秸秆的超细粉碎设备研究甚少,为了合理的处置、充分的利用过剩的秸秆资源,提高秸秆的综合利用,同时进一步解决目前秸秆粉碎机生产率低、能耗高、适应性差等问题,迫切需要研究高性能的农作物秸秆超细粉碎技术并设计其装备。本文主要包括以下研究内容:(1)通过对现有的农作物秸秆常规粉碎技术、国内外普通粉碎设备和超细粉碎设备工作原理、优缺点进行研究分析,以初步确定农作物秸秆超细粉碎装备的结构形式和总体布置。(2)农作物秸秆粉碎技术工作原理和设计方案的分析论证,对秸秆的受切特性、秸秆铡切过程和秸秆切割力进行分析研究,进而确定动刀切割速度、推挤角和滑切角,计算在切割秸秆时动刀的最大切割力。对粉碎机的物料进料方式、动刀的齿廓形状、铡切方式、粉碎室结构、锤片排列方式、出料方式进行对比分析并确定相应的分析对象,进一步完善超细粉碎装备的结构形式。(3)面向农作物秸秆颗粒超细粉碎技术。对秸秆组合粉碎机械进行优选确定及参数分析计算,包括对进料和切碎速比的分析计算及优化、上下喂料辊和压紧调节装置的确定、喂入口参数和喂料辊直径的确定、动刀和刀架的设计、切碎功率和粉碎功率的计算、锤片机构的确定(锤片末端速度、锤片尺寸、锤片数目、锤片材料及热处理、锤片和齿板间隙)。(4)基于ANSYS Workbench对秸秆粉碎机械重要零部件进行数值模拟分析,其中利用静力学分析模块对主要零部件动刀和刀架进行了强度分析,利用模态分析模块对主轴系统进行了模态(即固有频率)分析。(5)提出利用旋风分离原理的超细粉碎技术方案。对旋风分离器进行参数计算和结构设计,压力损失计算,基于ANSYS Fluent旋风分离器流场的数值模拟分析,网格划分,数值计算设置,对数值模拟结果进行分析,包括分离器空气流场的切向速度、轴向速度、径向速度、压力场、湍流结构、速度矢量。对粒度为0.074mm的秸秆颗粒分离进行实验仿真,对颗粒的轨迹追踪模拟并计算分离效率为75.8%,分离效率较好。在生产实践中,应用本文的理论与技术设计试制了干、湿秸秆粉碎机械,成功进行了玉米秸秆、稻草等农作物秸秆颗粒细粉碎,取得很好的经济及社会效果。