文 献 综 述
一、选题背景与意义
我国的农业生产总量极大，而秸秆、木屑等是重要的农业副产物，也是宝贵的生物质资源，如何将秸秆等生物质资源充分利用，更好的提高生物质资源的附加值，一直是关键的农业问题。秸秆等生物质材料长期以来都是中国农业常用肥料、农村居民生活的主要燃料和大牲畜的主要饲料，也可作为工业原料和食用菌基料，多为粗放型利用[1]。但是随着工业化、城镇化和农业现代化步伐不断加快，农作物秸秆等农业副产物的出产量日益增加。许多地区到了作物收获季节便有大量秸秆被直接就地焚烧，造成了严重的环境污染与资源浪费。为此，国家大力推进秸秆等生物质的资源化利用，而资源化利用不但可以避免秸秆被直接焚烧，还可以替代部分资源并缓解空气污染压力。王明新等研究中国秸秆能源开发利用特征和影响因素得出了中国秸秆优质化能源产量呈迅速增长趋势，能源类型以生物气化和固化成型为主。固化成型逐渐取代生物气化成为中国秸秆优质化能源开发的主要类型的结论[2]。
臧峥峥以循环经济视角研究的农作物秸秆利用资源化发现秸秆的资源化利用还存在着许多问题，首当其冲的是秸秆收储困难，收储企业不能长效运转[3]。这些很大程度上是由秸秆质量轻间隙大，大规模运输或存储不方便导致的，这也是农民选择就地焚烧秸秆的主要原因。因此秸秆的致密成型对秸秆能否高效利用至关重要的，通过致密成型，秸秆能变为为具有规则形状和较高密度的固体，极大地降低了存储和运输的成本，有利于自动化生产。
二、制粒机工作原理
环模制粒系统主要由料斗、喂料器、调质器、制粒机、动力和传动机构等组成。常见的制粒机有卧式环模制粒机和立式环模制粒机。卧式造粒机技术是从饲料颗粒机演变而来，造粒腔体内温度相对较高，轴承等工作部件故障率相对较高，物料的输送需要风机强制完成，而且存在物料不均匀的问题。卧式造粒机同时也具有对原料含水率适应性相对较高的优势，一般可以适应 20％～15％的原料正常造粒，而且环模和压辊等关键部件的维修保养方便，打开造粒腔体外罩就可以很方便进行环模更换和压辊调整或更换。立式造粒机技术是生物质造粒的创新改进产品，粉状物料从上部垂直、均匀进入造粒腔体，造粒效果相对较好，环模和压辊的磨损均匀，使用寿命相对延长，同时腔体内温度相对较低，轴承等工作部件故障率低。但是也具有对原料含水率适应性相对严格的劣势，一般要求含水率15％左右的原料进行造粒，而且环模和压辊等关键部件的维修保养不方便、时间长[13]。同时立式环模制粒在提高生产效率方面有更广阔的应用空间，不但能有效提高同尺寸模的制粒面积，也能节约设备制造及运行成本，优化模与辊的结构参数，提高产能。立式环模制粒机在结构上主要分为动力传递、冷却润滑、制粒成型及进出料等几个主要部分，如图1所示。环模制粒机通过给物料外载荷来实现压制成型，物料通过喂料器进入压实区，利用环模和压辊的相对转动，在环模和压辊的挤压力下通过环模膜孔并相互粘结成型，然后由铲刀铲落形成颗粒，如图2所示。主要技术参数包括环模动力和运动参数、压缩比、膜孔形状及分布、环模压带面积等[14]。环模结构要考虑膜孔几何模型、物料物性参数、边界条件等[15]。
图 1 立式环模制粒机结构 图2 环模制粒工作原理
三、国内外研究现状
我国生产制粒机的著名企业主要有江苏牧羊集团和江苏正昌集团两家。江苏牧羊集团在7960年引进了英国UMT公司的制粒机,并通过科研学习在70年代研制出了我国第一台制粒机。一些科研机构和高校也对环模制粒机进行了研制,商都牧机厂、阜新牧机总厂、华中农学院、中国农业科学院饲料研究所、渔业机械仪器研究所和上海市饲料研究所等都对环模颗粒机进行了研制[4]。我国的环模制粒机技术一直坚持自主创新的道路，并取得了一定的成果。李峰等通过研究如何在制粒过程中充分发挥设备工艺优势，提高调质效果总结出了从制粒机的组成结构、工作原理出发包含二次制粒等多发面的提高制粒效果的方法[5]。钱海燕在新型制粒机的结构设计研究中展示了新型制粒机的主要内部结构[6]。肖宏儒等在生物质成型燃料加工关键技术及装备研究总结了压辊压力与密度、成型率关系以及原料粉碎粒度与成型率关系[7]。丛宏斌等通过分析环模制粒机技术参数和物料特性参数对设备产能与能耗的影响规律，在对环模制粒机成型过程和机构受力分析的基础上，建立了设备产能与能耗模型，绘制了不同设备技术参数与物料特性参数下的环模制粒机产能和能耗等值线[8]。范文海等对压紧区物料受力状态进行了分析, 推导了环模制粒机最大物料挤压高度以及生产率的计算公式，并分析了环模制粒机结构参数、转速、压辊数量等因素对生产率的影响规律[9]。
四、国内外研究重点
