随着工业发展与能源消耗,化石能源变得愈加短缺,秸秆能源受到广泛关注。致密成型作为秸秆利用的有效形式,机具设计是秸秆制粒成型的关键。固定式秸秆制粒装置经过秸秆捡拾、打捆、运输、码垛储藏、破包、粉碎、除土、制粒等环节,是多年来实现秸秆燃料化利用主要途径,由于存在环节多、制粒成本高、火灾隐患等问题,需要研究在田间自走完成玉米秸秆捡拾制粒装置。本文根据环模制粒原理,提出了在田间实现玉米秸秆捡拾制粒装置的工作与设计要求,为了便于田间自走作业,实现制粒装置轻量化,优化与试验玉米秸秆制粒装置关键部件,主要研究内容与结论如下:(1)国内外秸秆制粒装置分析。自走式秸秆制粒装置处于起步阶段,国内外的研究相对较少,因此本文分析了自走式秸秆捡拾制粒装置的经济与环境的可行性。分析表明,自走式秸秆制粒作业环节少,成本低,具有良好的市场前景。(2)固定式秸秆制粒装置调研与性能分析。综述现有的三种类型固定式秸秆制粒装置技术性能,环模制粒是目前的主流技术。通过调研分析不同类型环模制粒装置,对比分析物料特性与结构特点对秸秆制粒成型颗粒效果的影响,为本文研究的自走式玉米秸秆捡拾制粒装置及关键部件设计提供了参考。(3)玉米秸秆捡拾制粒装置设计。根据秸秆制粒设备工作原理、秸秆颗粒成型条件及装置的工作参数,对制粒装置的关键零部件(成型模盘、成型模具、成型压辊)进行结构设计,确定模盘内径、模具长度与模具入口结构等重要参数;确定环模压辊个数、压辊表面形式以及压辊直径等参数,对制粒装置进行加工与调试。(4)玉米秸秆捡拾制粒装置试验。以制粒装置主轴转速、玉米秸秆含水率、模具长径比作为试验因素,生产率、成型率、成型颗粒密度、成型颗粒抗破坏强度作为试验指标进行单因素试验。试验因素为玉米秸秆含水率(A)、粉碎程度(B)、成型模具长径比(C),试验指标为玉米秸秆成型率进行正交试验。各因素的主次顺序为:A(玉米秸秆含水率)>C(成型模具长径比)>B(玉米秸秆粉碎程度)。玉米秸秆含水率为20%,成型模具长径比为4.5,玉米秸秆为一级粉碎的情况下,玉米秸秆成型率最优为96.94%。进行田间验证表明,在最优试验组合的情况下,生产率1.62t/h,成型率96.32%,成型密度10.2g/cm~3,抗破坏强度98.56%,符合设计要求。