1、結構組成與工作過程
液壓活塞沖壓式成型
顆粒機是河南農業大學在機械活塞沖壓式成型顆粒機的基礎上研究開發的系列成型設備，采用的成型原理均為液壓活塞雙向成型。主要由上料
皮帶輸送機構、預壓機構、成型部件、冷卻系統、液壓系統、控制系統等幾大部分組成。
工作時，先對成型套筒預熱15～20min。當成型套筒溫度達到160℃時，依次按下油泵電機按鈕、上料皮帶輸送機構電機按鈕，待整機運轉正常后，通過輸送機構開始上料，每一端的原料都經兩級預壓后依次被推人各自沖桿套筒的成型腔中，并具有一定的密度。沖桿在一個行程內的工作過程是一個連續的過程，根據物料所處的狀態分為5個區：供料區、壓緊區、穩定成型區、壓變區和保型區。
隨著活塞沖桿的前移，物料進入穩定成型區。在該區活塞沖桿壓力急劇增大，進一步排除氣體，相互貼緊、堆砌和鑲嵌，并將前面基本成型的物料壓人成型錐筒內。隨成型錐筒孔徑的逐漸縮小，擠壓作用越來越強烈，在成型錐筒內物料發生不可逆的塑性變形和黏結，直至成型后被不斷成型的物料推人保型區。
保型區的成型棒，隨活塞沖桿的往復運動，不斷被新成型的物料向前推擠，在保型筒內徑向力、筒壁和成型筒摩擦力、相鄰成型塊間軸向力的作用下，保持形狀，最后從保型筒中擠出成為燃料產品，完成成型過程。
2、主要工作部件
1)沖桿
沖桿和主油缸活塞桿可通過法蘭聯結，并隨活塞一起作往復移動。其結構與作用與機械活塞式成型顆粒機的沖壓原理相同。成型時基本上也是沖桿頭部端面與原料接觸，機械磨損很小，沖桿的材料選用45號優質碳素鋼制造，并進行調質處理。
2)沖桿套筒
前端連接成型套筒，上方或側面部位開有進料口。其作用有三個：一是連接預壓喂料機構保證每次的進料量，完成最后一次對原料的沖壓；二是作為沖桿往復移動的軌道，與沖桿呈間隙配合，其間隙應為1～2 mm;三是與成型錐筒、沖桿頭部端面一起組成擠壓成型腔。因沖桿往復移動的速度較低，沖桿套筒各部位的磨損都較小，使用壽命更長。沖桿套筒的材料可選用45號優質碳素鋼。
3)成型套筒與夾緊套
成型套筒與沖桿套筒法蘭連接，包括成型錐筒外套、保型筒以及成型錐筒，如圖6. 36所示。其結構、用途及位置關系與機械活塞沖壓式成型顆粒機上的成型套筒相同。液壓活塞式成型顆粒機上的成型錐筒外套、成型錐筒及保型筒的結構形狀分別。
成型套筒依據生物質原料成型后產品的截面形狀不同，又可分為筒狀成型筒和方狀成型筒。筒狀成型筒的主要部件是成型錐筒，通過錐筒的錐度形成摩擦阻力使物料發生塑性變形，液壓活塞沖壓式成型顆粒機一般都采用筒狀成型筒；而方狀成型筒主要是通過上、下兩個成型槽存在夾角來實現物料成型的，一般在壓塊機上使用。
成型錐筒是成型顆粒機的關鍵部件且是易損部件。為了使物料成型時有足夠的壓力，必須有一定的阻力。故設計成錐形筒，但半錐角的選擇是關鍵，它對產品的密度有很大影響，半錐角過小，阻力達不到，不易成型或成型后產品的密度達不到要求，并且成型錐筒錐形部分長度要求較長；半錐角過大，存在積壓死區，易堵塞錐筒，導致壓力過大成型錐筒的受力增大，從而降低了成型錐筒的使用壽命。當成型錐筒錐角一定時，增加成型錐筒的錐長，或成型錐筒錐長一定，增加成型錐筒的錐角，成型后所得成型棒的密度都較大，所需的成型壓強也較高，消耗能量也增大。保型筒外部設有夾緊套，用于微調保型筒的出口直徑，當保型筒的直徑較大時，夾緊套的調節可采用液壓機構來完成。不同的成型原料，成型錐筒的錐角也不相同，成型錐筒的錐角一般在20～120選取)。成型錐筒是主要的受力部件，要很高的強度和耐磨性，可選用50Cr合金結構鋼作為成型錐筒的材料。
當活塞沖桿向一端的移動停止時，被壓縮的生物質原料進入保型筒內，需要保型一段時間以保證成型，然后被再次進入保型筒前部的生物質依次推出成為棒狀。保型時間或保型筒長度越長，保證成型所需的最低成型壓強就越小，能耗也較小。保型時間與保型筒的長度和生產率有關，當要求保型時間一定時，生產率越高，保型筒長度應適當加長。保型筒既要承受成型錐筒的巨大沖力，又要負責物料傳熱。由于物料環境溫度低，棒內熱蒸汽要向外發散，成型棒稍有膨脹，通過保型筒的阻力就會劇增。為克服以上弊端，在保型筒末端沿徑向開了一段可調出口直徑的槽，可根據實際需要來調節。保型筒的材料可選用30Cr或40Cr加工。
3、主要技術性能與特征
目前的液壓活塞沖壓式成型顆粒機技術已經成熟，在工作中運行較平穩，油溫便于控制，工作連續性較好，驅動力較大。但由于采用了液壓系統作為驅動動力，生產效率較低，加工出的成型燃料棒塊直徑大，利用范圍小。為解決成型燃料棒塊直徑較大不便在生活用爐中燃燒的問題，在成型腔的成型錐筒與保型筒之間可增設分塊裝置。分塊裝置由1條或2條獨立的刀片組合而成，每塊刀片的一面制成三角狀，可以減小出料阻力，分塊裝置與保形筒焊接在一起，加工過程對成型燃料的影響很小。通過分塊后的成型燃料被切分為2個近似半圓形或4個扇形截面的條塊形狀，解決了成型燃料棒塊直徑大的問題，擴大了成型燃料的利用范圍。
液壓活塞沖壓式成型顆粒機的主要技術性能與特征范圍見下表。
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技術性能與指標 |
參考范圍 |
說明 |
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原料粒度/mm |
10～30 |
因成型棒直徑大，原料粒度可適當大一些，節省粉碎耗能 |
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原料含水率/% |
13～18 |
原料的含水率過高，易開裂不成型，含水率過低不容易成型 |
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產品直徑/mm |
70～120 |
一般呈實心棒狀 |
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產品密度/（g/cm3） |
0.8～1.3 |
密度不宜太大，否則會使成型耗能劇增 |
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成型溫度/℃ |
160～240 |
成型溫度不宜太高，一般不大于280℃ |
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生產率/（t/h） |
0.4～0.6 |
目前市場上的液壓式成型機生產率還都比較低 |
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單位產品能耗/（kw·h/t） |
40～60 |
與原料種類和成型棒的直徑有關，直徑小，單位產品能耗增高 |
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沖桿的成型周期/s |
7～12 |
兩端的成型間隔，要想實現快速成型，液壓系統很難實現 |
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成型錐筒使用壽命/h |
600～1000 |
灰鑄鐵使用壽命短，合金材料使用壽命長，但價格較高 |
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保型筒使用壽命/h |
＞1500 |
保型筒的使用壽命一般是成型錐筒使用壽命的5倍以上 |
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動力驅動方式 |
液壓驅動 |
液壓作為驅動動力，主油缸和二級預壓采用液壓系統 |
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成型方式 |
熱壓成型 |
常采用外部鑄鋁加熱圈加熱，熱壓成型可減小成型阻力，降低成型能耗 |
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上料方式 |
皮帶輸送機 |
每端采用一套上料帶式輸送機上料，可降低勞動強度 |
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進料預壓機構 |
螺旋、液壓 |
經過螺旋、液壓兩級預壓，可提高進入成型腔原料的密度，提高生產率 |
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對原料的適應性 |
各類生物質 |
通過改變保型筒出口的大小，可以適應各種類型原料的成型 |
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安全防護裝置 |
各種防護罩 |
必須電加熱部位以及保型筒出口設防護罩或安全標志，確保安全 |
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