1、結構組成與工作過程
平模式棒狀生物質成型
顆粒機主要由喂料斗、壓輥、平模盤、減速與傳動機構、電動機及機架等部分組成。
工作時，經切碎或粉碎后的生物質原料通過上料機構進入成型顆粒機的喂料室，電動機通過減速機構驅動成型顆粒機主軸轉動，主軸上方的壓輥軸也隨之低速轉動，由于壓輥與平模盤之間有0. 8～1.5mm的間隙（稱為模輥間隙），通過軸承固定在壓輥軸上的壓輥先繞主軸公轉。被送人喂料室中的生物質原料，在分料器和刮板的共同作用下被均勻地鋪在平模上，進入壓輥與平模盤之間的間隙中。在壓輥繞主軸公轉過程中，生物質原料對壓輥產生反作用力，其水平分力迫使壓輥輪繞壓輥軸自轉，垂直分力使壓輥把生物質原料壓進平�？字�，在壓輥的不斷循環擠壓下，已進入平�？字械脑喜粩嗍艿缴蠈有逻M原料層的推壓，進入成型段，在多種力的作用下溫度升高，密度增大，幾種黏結劑將被壓緊的原料黏結在一起，然后進入保型段，由于該段的斷面比成型段略大，因此被強力壓縮產生的內應力得到松弛，溫度逐步下降，黏結劑逐步凝固，合乎要求的成型燃料從模孔中被排出。達到一定長度和重量時自行脫離�？谆蛴们械肚袛�。
2、主要工作部件
1)平模盤
A.平模盤的結構
平模盤是成型顆粒機的核心技術部件，是成型孔的載體。結構形式有兩大類，即整體式平模盤和套筒式平模盤。整體式平模盤按�？椎男螤钣址譃轭w粒平模盤、棒（塊）狀平模盤。顆粒平模盤由于�？字睆捷^小(一般為6～12 mm)，多設計為整體式，模盤厚度較小，一般是直徑的6～8倍。整體式棒（塊）狀平模盤，�？捉孛娉叽缫话愦笥�25mm，模盤厚度是直徑的5～6倍。套筒式平模盤是目前平模式棒（塊）狀生物質成型顆粒機的發展趨勢，套筒內孔可設計成圓孔或方孔結構，可按成型原理設計內部形狀。套筒外緣與平模盤可采用螺紋、錐形臺座或嵌入式組合在一起。平模盤母體材料可選鑄鋼或鑄鐵件，應具有很好的強度，套筒座孔要有較高的精度，孔間厚度要保證不因沖擊而裂開的強度，平模母盤可長期不更換。作者試驗表明，套筒平模成型顆粒機最大優點是母盤為永久型部件，可以設計多種形狀的成型腔，生產不同原料的成型燃料，套筒可以是廉價的鑄鐵，也可以是陶瓷類非金屬材料，且適于規�；瘜I化生產。但還有三個問題有待更好解決。一是套筒與盤面磨損更換的有機配合，二是用戶自己更換套筒的方便性，三是產量與質量的正相關設計。
B．平模盤減磨措施
平模盤的作用是將受到擠壓的生物質原料在其�？字谐尚停瞧侥Ｊ缴镔|成型設備中的關鍵部件，也是最容易損壞的部件，由于其上面開孔多，大大降低了其抵抗變形的能力，平模盤的結構參數是否合理直接決定了成型產品的質量優劣。不同的物料，應當配備不同的平模盤。平模盤的開孔面積、開孔率，�？壮叽�、模孔形狀、模孔排布方式等要素都是決定成型效果的重要因素，模盤的開孔面積大、開孔率高，模孔尺寸大、�？着挪季o密可提高生產率。�？组L徑比越小，生產率越高，但是保型時間變短，產品密度減小，成型率降低；長徑比過大，原料從模孔擠出移動的路徑長，產生的阻力大，容易產生堵塞。
整體式平模盤是磨損部件，極易發生快速磨損。為延長平模盤的使用壽命，降低生產成本，在平模盤的設計與制造過程中可采取以下措施：①設計對稱的平模盤結構。對稱性決定了模盤的雙面使用，一面磨損量過大后，可以將平模盤反裝使用，可使平模盤的使用壽命提高1倍，降低維修成本。②根據�？椎拇笮⑵侥１P單排�？赘臑殡p排或多排�？�，可大大加快成型速度，提高成型效率。③平模盤的�？撞捎靡r套或套筒設計。平模盤的模口和�？子质瞧侥１P的主要磨損部位，因整體式平模盤采用的是固定模孔，�？诤湍？啄p后，成型效果很快變差，只能整體更換平模盤，維修成本高。將原固定�？赘臑橐r套套筒結構，磨損后只需更換模孔中的襯套套筒即可，方便了維修工作，降低了維修費用。④優化設計�？椎某叽�。整體式平模盤可設計成不同�？椎南盗斜P，套筒式平模盤的套筒可設計成外緣結構尺寸相同、模孔形狀和長度不同的系列套筒，以適應不同物理特性原料的成型加工，既保證了成型效果又減少了模孔的磨損。⑤合理選擇平模盤和襯套套筒的材料。襯套套筒可采用40Cr材料，經淬火處理后保持一定硬度和耐磨性，也可以采用非金屬材料替代。整體式平模盤不具有發展前途，在過渡階段建議材料選用20CrMnTi、40Cr、35CrMo等。
2)壓輥
A．壓輥的結構
平模式棒（塊）狀成型顆粒機上的壓輥多采用直輥式。整體式平模盤配用的壓輥寬度尺寸較大，套筒式平模盤配用的壓輥直徑要盡可能大，使轉速降低，壓輥自轉轉速一般為50～100r/min，外緣的結構形狀與整體式環模壓輥類似，有閉式槽型、開式槽型等多種形式。
從目前平模成型技術的發展來看，套筒式平模盤配用對應壓輥是平模式棒（塊）狀成型顆粒機的發展趨勢。
B．壓輥減磨措施
壓輥的作用是將進入成型腔中的生物質原料擠壓進入平模成型孔中，這就要求壓輥外緣與平模盤之間必須有一定間隙，此間隙的大小影響成型顆粒機的生產率。從節能的角度考慮，平模盤上的原料層不宜太厚，這就限制了燃料的生產率。要提高生產率，可通過增大壓輥半徑等方法。直輥式壓輥擠壓原料時的轉動并不完全是純滾動，還有相對滑動，壓輥內外端與平模的相對線速度不同，平模直徑越大，內外端速度差越大。速度差的存在，在某種程度上加劇了壓輥的磨損，壓輥的轉速越高，磨損速度越快，耗能增加越多，造成磨損不均勻，還會發出較大噪聲，因此控制壓輥自轉轉速是重要的技術措施。
壓輥是平模式成型顆粒機的關鍵部件，壓輥的結構形狀、直徑、數量、布局方式、轉速及材料等要素都影響生物質成型效果、維修周期。在設計時，除了根據設計要求來確定壓輥的基本參數外，還要與平模盤對應配合使用。在實際應用中，還應注意以下幾個方面的問題：①壓輥的轉速盡可能地低一些，一般應小于100 r／min。壓輥轉速低，滑移作用減弱，可降低壓輥的磨損，提高壓輥的使用壽命，節約維修成本；②盡可能加大壓輥的直徑，增加壓輥切線與成型孔的接觸時間，提高原料壓人量，對于直徑80 cm以上的平�？煽紤]增加壓輥數量（錢海燕等，2009），如圖6. 30所示，但會引起進料架空、喂入速度降低等問題，要采取適當措施解決；③改變壓輥外緣的結構形狀。壓輥的外緣的齒形設計成梯形齒、梯形斜齒等形狀，不僅利于增大壓輥表面與生物質間的摩擦力，提高原料壓緊效率，還有利于提高原料喂入量；④將壓輥外緣磨損最快的齒圈部分單獨設計，套裝在安裝軸承的輥軸上。壓輥齒圈部分的材料可選用優質合金鋼，如27SiMn或熱處理性能好的Cr12MoV等，可大大提高耐磨性能。齒圈磨損后可單獨更換，拆裝方便，組合式壓輥結構；⑤合理選擇壓輥的材料，整體壓輥的材料可選用耐磨性較好的20Cr，采用滲碳淬火熱處理使其齒面具有較高硬度，提高使用壽命。
3、主要技術性能與特征參數
目前投入市場的平模式棒（塊）狀成型顆粒機逐漸增多，隨壓輥設計轉速的進一步降低，電動機的動力傳遞僅采用一級V形帶傳動方式，在結構上顯得較為龐大，提倡用傳動效率高的齒輪減速傳動，目前齒輪傳動總成生產已標準化、專業化，傳動比可以達到20：1以上，潤滑、連接、維修、經營都已規范化，非常適合大傳動比的農業工程類設備應用。
平模式棒（塊）狀成型顆粒機結構簡單，成本低廉，維護方便；由于喂料室的空間較大，可采用大直徑壓輥，加之模孔直徑可設計到35cm左右，因此對原料的適應性較好，不用做揉搓預處理，只用切斷就可以。例如，秸稈、干甜菜根、稻殼、木屑等體積粗大、纖維較長的原料都可以直接切成10～15 mm的原料段就可投入原料輥壓室。對原料水分的適應性也較強，含水率15%～25%的物料都可擠壓成型；棒（塊）狀成型燃料，平模盤最好采用套筒式結構，平模盤厚度尺寸設計首先要考慮燃料質量，其次考慮多數原料適應性以及動力、生產率的要求。平模式棒（塊）狀成型系統主要用于解決農作物秸稈等不好加工的原料，成型孔徑可以設計得大一些，控制在35 mm左右，平模盤厚度與成型孔直徑的比值要隨直徑的變大適當減小，盤面磨損與套筒設計要同步。
平模式棒（塊）狀成型顆粒機主要技術性能與特征參數見下表。
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技術性能與特征 |
參考范圍 |
說明 |
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原料粒度/mm |
10～30 |
棒（塊）狀成型粉碎粒度可大一些，顆粒成型，粉碎粒度應小于10 mm |
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原料含水率/% |
15～22 |
含水率不宜過低，含水率過低需要的成型壓力增大，成型率下降 |
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產品直徑/mm |
25～40 |
秸稈類原料適宜大直徑實心棒（塊）狀 |
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產品密度/（g/cm3） |
0.9～1.2 |
保證成型的最低密度，密度要求太高，會使成型耗能劇增 |
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生產率/% |
0.5～1 |
成型棒（塊）狀生產率較高，顆粒成型則生產率較低 |
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成型率/% |
＞90 |
原料含水率合適時，成型率較高，含水率過高時，成型后易開裂 |
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單位產品能耗/（kw·h/t） |
40～70 |
棒狀成型能耗較低，與密度要求有關，顆粒成型耗能高 |
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壓輥轉速/（r/min） |
＜100 |
壓輥轉速不宜太高，否則成型耗能，設計時盡可能不超過100r/min |
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磨棍間隙/mm |
0.8～3 |
模輥間隙小，可降低能耗，顆粒模輥間隙較小，盤、輥間隙應可調 |
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壓輥使用壽命/h |
300～500 |
采用合金材料，價格較高，可加模套 |
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平模盤（套筒）使用壽命/h |
300～500 |
采用襯套套筒時，磨損后更換，平模盤母體可長時間使用 |
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成型方式 |
預熱啟動 |
冷機啟動時，需預熱，也可少加料空轉預熱 |
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動力傳動形式 |
減速器 |
電機直聯減速驅動效率較高，結構緊湊 |
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對原料的適應性 |
多種生物質 |
通過更換不同的成型組件，可對多種生物質成型加工 |
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