随着社会的发展，煤炭、石油等一次性能源不断减少，世界面临能源危机，同时这些能源在使用过程中排放出的有害物质也使全球生态环境恶化。因此具有可以再生、开发经济、使用无公害等优点生物质能越来越受到人们的关注。
生物质压缩成型燃料是生物质能利用的一种主要形式。生物质压缩成型就是将生物质废弃物先经过简单的处理，然后切碎，用机械加压的方法，使原来松散、无定形的原料压缩威具有一定形状、密度较大的固体成型燃料。生物质经压缩成型后，可以作为燃料广泛应用于家用取暖炉、工业生物质锅炉和秸秆发电，是我国利用秸秆等生物质能源的重要途径。生物质秸秆在压缩成型后，其密度、强度和燃烧性都有了本质的改善，有效地提高了容重、热值和燃烧性能，大大提高了生物质的燃料品质。
本文在充分研究和分析了平模式
颗粒机结构特点和功能的基础上，利用CATIA的多种建模方式，设计平模生物质燃料成型机成型装置的虚拟模型。
1、颗粒饲料机的简介
目前国内使用的颗粒饲料机主要有两种：一种是环模颗粒机：另一种是平模
制粒机。
环模颗粒机在压制饲料尤其是精饲料方面具有很大的优势，其产量大，耗电少，这是平模颗粒机无法比拟的。而平模颗粒机由于其转速低于环模颗粒机等原因，其产量小于环模颗粒机，但是由于其转速低压力大，压制的精饲料的密度很大。对于精饲料原料而言一般为玉米豆粕等等，粘性大容易成型，不需要很大压力即可成型，而对于木屑、秸秆等难成型的粗纤维，需要很大压力，环模颗粒机由于其结构限制，压力不可调，压制这些物料就会超出压力负荷，导致模具压轮轴承磨损或坏掉。平模颗粒机结构简便，压力可调，产量稳定，颗粒密度大，并且模具正反两面都可以使用。平模压轮直径的大小不受模具直径的限制，可以加大内装轴空间，选用大号轴承增强压轮的承受能力，提高了压轮的压制力和延长了使用寿命。这也是选择平模颗粒机作为研究生物质燃料成型机的主要原因。
2、平模颗粒饲料机与生物质燃料成型机的比较
从表1中可以看出：平模颗粒饲料机与生物质燃料成型机在成型原理和成型设备上大致是一样的，所以可以通过在研究现有平模颗粒饲料机的基础上对生物质成型机进行设计和创新。对比平模颗粒饲料机，生物质燃料成型机的设备损耗比较严重，这主要是由于成型原料所致。麦秸秆、水稻秆等生物质含有大量的纤维索、半纤维索和木质素，它们之间的联系是很紧密的，磨具在对这些原料挤压时，要克服很大的应力，所以就会使得磨具磨损很严重。
表1平模饲料颗粒机与生物质燃料成型机的比较
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成型机器 |
成型原料 |
成型原理 |
成型设备 |
模具损耗 |
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平模颗粒饲料机 |
玉米、豆粕等粮食作物 |
挤压成型 |
压辊与平模板 |
一般 |
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生物质燃料成型机 |
麦秸、木屑等废弃物 |
挤压成型 |
压辊与平模板 |
比较严重 |
三门峡富通新能源销售颗粒机、制粒机、木屑制粒机、秸秆压块机等生物质燃料成型机械设备。
另外，麦秸秆、水稻秆等生物质由于属于废弃物，所以很难保证其间掺杂有一些铁块、石头等硬物，即使之前进行过适当的处理，也很难保证在成型腔内不掺杂有少量的硬物，这样在成型时也很容易造成磨具的磨损。
3、生物质成型机虚拟样机实现策略
3.1 生物质成型机的基本结构
平模生物质成型机的成型原理见图2，其构成有压辊和平模板。作业时，电动机通过皮带向安装在主轴的带轮提供动力，由于带轮转动带动主轴的转动，从而使得固定在主轴七的平模转动。压辊通过轴承和轴固定在机口部位。压辊和平模之间属于紧连接，平模的转动就会通过摩擦力带动压辊绕轴做自身的转动，这样平模和压辊之间就会产生挤压力，就会把生物质通过模孔挤出。
3.2生物质成型机的实现策略
成型装置的虚拟样机实现策略见图3。根据装置运动所要完成的功能和特征，确定装置的各项参数和性能指标，初步制定装置的总体设计方案。三维特征建模通过CATIA软件实现，利用CATIA实现三维参数化实体，完成装置组合装配，进行机构干涉检查，并完成转入ADAMS的模型后处理，也可以直接通过接口程序转入到ANSYS。在ADAMS中进行构件定义、运动约束定义、激励约束的施加，进行运动学和动力学仿真。通过ADAMS FLEX程序，将模型转到ANSYS中进行有限元分析，分析关键零件的强度。最后，对分析结果进行评价。如果不满意，修改结构、参数，重新进行建模、运动仿真分析和有限元分析，直至得到最佳结果为止。
4、生物质成型机三维模型的建立
CATIA是CAD/CAE/CAM -体化软件，在世界CAD/CAFJCAM领域处于领导地位，被广泛应用于航空、汽车制造、造船、机械制造、电子、电器以及消费品行业“，。首先利用CATIA的建模方法进行基于特征的建模，通过拉伸、旋转、倒角、钻孔等特征操作，绘制成型部位的全部零件三维图。然后根据所构造的成型机的各个零部件的外形以及他们之间的相对位置和装配关系，利用自顶向下方法将各个零部件通过装配约束组装成装配体，完成成型部位的三维模型如图4。
5、仿真分析及强度分析
机械系统动力学自动分析软件ADAMS可以非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。将在CATIA中建立的装配模型简化后，通过ADAMS和CATIA的接口软件Simdesigner将文件转换为cmd格式，将模型导人到ADAMS中，模型中原有的装配关系都已无效，只提供了各构件的初始位置，且是毫无关系地独立存在于ADAMS中，并不是具有现实意义的虚拟样机，这时要重新对零件进行约束定义，包括丰轴的旋转约束和驱动约束、压辊的旋转约束和外壳的固定约束等，把虚拟模型建立，定义仿真时间启动仿真，这样就可以实现零件的运动，检查各构件之间的干涉情况。仿真完成后，然后转到ADAMS后处理模块( ADAMS/PostProcessor)可以对虚拟样机的仿真结果做进一步分析。
在成型装置的分析中，应用ADAMS与ANSYS之间的接口模块，可以将ADAMS中的模型导入到ANSYS之中。导入的模型通过创建有限元模型，施加荷载及求解设定后就可以进行求解。
6、结语
在充分研究和分析了国内生产的平模颗粒饲料机的基础匕，进行了生物质燃料成型机成型装置的机械结构和功能的设计，在CATIA环境下，利用多种建模方式，建立了生物质燃料成型机成型部位的三维模型。
本次研究为虚拟样机技术在农业新产品开发中的应用提供了方法及使用经验，为缩短新产品开发周期、减少开发费用和提高研制质量提供了有效方法。
