生物质环模成型机在生物质固化成型、化工机械、饲料生产和能源等领域有着广泛的应用,但目前生物质环模成型机存在产能低、能耗高、设备磨损严重,使用寿命短等问题。本文从产能、能耗和磨损三方面对生物质环模成型机进行理论研究、实验验证和有限元分析,以提高生物质环模成型机产能、降低能耗、减少磨损和延长使用寿命。(1)基于成型原理和关键部件受力分析,推导出成型条件,并建立了各向异性生物质环模成型机整个挤压成型过程的力学模型。研究发现物料攫取角与物料和环模、压辊的摩擦系数有关,当攫取角满足一定条件时即可实现成型,所以在设计环模成型机时,选择合适的压辊与环模材料可增加设备攫取量,提高产能;直通孔物料挤压压强从出口到入口呈近似指数函数增长,带锥角模孔物料挤压压强直段与直通孔具有一样的增长趋势,锥段挤压压强呈近似幂函数减少;物料的模辊轧挤压过程分为供料区、挤压成型区和变形压紧区,三个区内物料及环模所受作用力均不相同。(2)推导出适用于各种结构各向异性生物质环模成型机的产能和能耗数学模型,并用实验数据验证公式合理性及通用性。在此基础上,分析了各参数对带锥角模孔的环模成型机性能的影响规律。分析结果表明,产能随环模宽度、线速度、开孔率的增大而增加;能耗与物料特性和设备工艺参数有关,在保证物料顺利挤出并稳定成型的前提下,改进模辊材料和加工工艺、选择锥角大且短粗的模孔结构均可降低设备能耗。(3)利用ABAQUS软件对挤压过程进行模拟分析,发现物料和模孔应力在锥段与直段交界过渡处最大,物料容易产生裂纹,并造成模孔磨损严重以致失效。针对以上问题,改进已有结构,将环模模块化,发现将环模模块化不仅有助于使环模受力均匀,减少磨损,延长使用周期,还能保证成型制品的品质,使表面更光滑。