隨著社會的發展，煤炭、石油等一次性能源不斷減少，世界面臨能源危機，同時這些能源在使用過程中排放出的有害物質也使全球生態環境惡化。因此具有可以再生、開發經濟、使用無公害等優點生物質能越來越受到人們的關注。
生物質壓縮成型燃料是生物質能利用的一種主要形式。生物質壓縮成型就是將生物質廢棄物先經過簡單的處理，然后切碎，用機械加壓的方法，使原來松散、無定形的原料壓縮威具有一定形狀、密度較大的固體成型燃料。生物質經壓縮成型后，可以作為燃料廣泛應用于家用取暖爐、工業生物質鍋爐和秸稈發電，是我國利用秸稈等生物質能源的重要途徑。生物質秸稈在壓縮成型后，其密度、強度和燃燒性都有了本質的改善，有效地提高了容重、熱值和燃燒性能，大大提高了生物質的燃料品質。
本文在充分研究和分析了平模式
顆粒機結構特點和功能的基礎上，利用CATIA的多種建模方式，設計平模生物質燃料成型機成型裝置的虛擬模型。
1、顆粒飼料機的簡介
目前國內使用的顆粒飼料機主要有兩種：一種是環模顆粒機：另一種是平模
制粒機。
環模顆粒機在壓制飼料尤其是精飼料方面具有很大的優勢，其產量大，耗電少，這是平模顆粒機無法比擬的。而平模顆粒機由于其轉速低于環模顆粒機等原因，其產量小于環模顆粒機，但是由于其轉速低壓力大，壓制的精飼料的密度很大。對于精飼料原料而言一般為玉米豆粕等等，粘性大容易成型，不需要很大壓力即可成型，而對于木屑、秸稈等難成型的粗纖維，需要很大壓力，環模顆粒機由于其結構限制，壓力不可調，壓制這些物料就會超出壓力負荷，導致模具壓輪軸承磨損或壞掉。平模顆粒機結構簡便，壓力可調，產量穩定，顆粒密度大，并且模具正反兩面都可以使用。平模壓輪直徑的大小不受模具直徑的限制，可以加大內裝軸空間，選用大號軸承增強壓輪的承受能力，提高了壓輪的壓制力和延長了使用壽命。這也是選擇平模顆粒機作為研究生物質燃料成型機的主要原因。
2、平模顆粒飼料機與生物質燃料成型機的比較
從表1中可以看出：平模顆粒飼料機與生物質燃料成型機在成型原理和成型設備上大致是一樣的，所以可以通過在研究現有平模顆粒飼料機的基礎上對生物質成型機進行設計和創新。對比平模顆粒飼料機，生物質燃料成型機的設備損耗比較嚴重，這主要是由于成型原料所致。麥秸稈、水稻稈等生物質含有大量的纖維索、半纖維索和木質素，它們之間的聯系是很緊密的，磨具在對這些原料擠壓時，要克服很大的應力，所以就會使得磨具磨損很嚴重。
表1平模飼料顆粒機與生物質燃料成型機的比較
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成型機器 |
成型原料 |
成型原理 |
成型設備 |
模具損耗 |
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平模顆粒飼料機 |
玉米、豆粕等糧食作物 |
擠壓成型 |
壓輥與平模板 |
一般 |
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生物質燃料成型機 |
麥秸、木屑等廢棄物 |
擠壓成型 |
壓輥與平模板 |
比較嚴重 |
三門峽富通新能源銷售顆粒機、制粒機、木屑制粒機、秸稈壓塊機等生物質燃料成型機械設備。
另外，麥秸稈、水稻稈等生物質由于屬于廢棄物，所以很難保證其間摻雜有一些鐵塊、石頭等硬物，即使之前進行過適當的處理，也很難保證在成型腔內不摻雜有少量的硬物，這樣在成型時也很容易造成磨具的磨損。
3、生物質成型機虛擬樣機實現策略
3.1 生物質成型機的基本結構
平模生物質成型機的成型原理見圖2，其構成有壓輥和平模板。作業時，電動機通過皮帶向安裝在主軸的帶輪提供動力，由于帶輪轉動帶動主軸的轉動，從而使得固定在主軸七的平模轉動。壓輥通過軸承和軸固定在機口部位。壓輥和平模之間屬于緊連接，平模的轉動就會通過摩擦力帶動壓輥繞軸做自身的轉動，這樣平模和壓輥之間就會產生擠壓力，就會把生物質通過模孔擠出。
3.2生物質成型機的實現策略
成型裝置的虛擬樣機實現策略見圖3。根據裝置運動所要完成的功能和特征，確定裝置的各項參數和性能指標，初步制定裝置的總體設計方案。三維特征建模通過CATIA軟件實現，利用CATIA實現三維參數化實體，完成裝置組合裝配，進行機構干涉檢查，并完成轉入ADAMS的模型后處理，也可以直接通過接口程序轉入到ANSYS。在ADAMS中進行構件定義、運動約束定義、激勵約束的施加，進行運動學和動力學仿真。通過ADAMS FLEX程序，將模型轉到ANSYS中進行有限元分析，分析關鍵零件的強度。最后，對分析結果進行評價。如果不滿意，修改結構、參數，重新進行建模、運動仿真分析和有限元分析，直至得到最佳結果為止。
4、生物質成型機三維模型的建立
CATIA是CAD/CAE/CAM -體化軟件，在世界CAD/CAFJCAM領域處于領導地位，被廣泛應用于航空、汽車制造、造船、機械制造、電子、電器以及消費品行業“，。首先利用CATIA的建模方法進行基于特征的建模，通過拉伸、旋轉、倒角、鉆孔等特征操作，繪制成型部位的全部零件三維圖。然后根據所構造的成型機的各個零部件的外形以及他們之間的相對位置和裝配關系，利用自頂向下方法將各個零部件通過裝配約束組裝成裝配體，完成成型部位的三維模型如圖4。
5、仿真分析及強度分析
機械系統動力學自動分析軟件ADAMS可以非常方便地對虛擬機械系統進行靜力學、運動學和動力學分析。將在CATIA中建立的裝配模型簡化后，通過ADAMS和CATIA的接口軟件Simdesigner將文件轉換為cmd格式，將模型導人到ADAMS中，模型中原有的裝配關系都已無效，只提供了各構件的初始位置，且是毫無關系地獨立存在于ADAMS中，并不是具有現實意義的虛擬樣機，這時要重新對零件進行約束定義，包括豐軸的旋轉約束和驅動約束、壓輥的旋轉約束和外殼的固定約束等，把虛擬模型建立，定義仿真時間啟動仿真，這樣就可以實現零件的運動，檢查各構件之間的干涉情況。仿真完成后，然后轉到ADAMS后處理模塊( ADAMS/PostProcessor)可以對虛擬樣機的仿真結果做進一步分析。
在成型裝置的分析中，應用ADAMS與ANSYS之間的接口模塊，可以將ADAMS中的模型導入到ANSYS之中。導入的模型通過創建有限元模型，施加荷載及求解設定后就可以進行求解。
6、結語
在充分研究和分析了國內生產的平模顆粒飼料機的基礎匕，進行了生物質燃料成型機成型裝置的機械結構和功能的設計，在CATIA環境下，利用多種建模方式，建立了生物質燃料成型機成型部位的三維模型。
本次研究為虛擬樣機技術在農業新產品開發中的應用提供了方法及使用經驗，為縮短新產品開發周期、減少開發費用和提高研制質量提供了有效方法。
