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危機，石油****，芬蘭、比利時等西歐國家普遍開始重視成型技術的研究與開發¨４『。從２０世紀８０年代開始，日本對生物質壓縮過程中的動力消耗、壓模的結構與尺寸、壓縮燃料的含水率、壓縮時的溫度和壓力以及原料的顆粒大小等進行了實驗研究，進一步改進了生物質壓縮成型技術，使之更趨於實用化。
２０世紀９０年代以來，歐洲、美洲、亞洲的一些國家在生活領域開始大量應用生物質緻密成型燃料。法國使用秸稈的壓縮顆粒作為奶牛飼料，由多種林業廢棄物生產的壓縮成型燃料也已達到實用階段ｈ卜１。川。
瑞典是應用生物質成型燃料最好的國家之一，截至２００６年，約有９００萬人使用生物質成型燃料，年消費量已達１２０００萬ｔ，應用生物質能源的總量已達到總能耗的２５％。生物質固體成型燃料主要用於熱電聯產、社群供暖和家庭採暖等，熱效率可達到８０％一９５％。
發達國家生物質成型技術較為成熟，裝置已經定型，並形成了產業化，在供暖、乾燥、發電等領域已普遍推廣應用。生物質成型技術與裝置具有加工工藝先進、專業化程度高、操作自動化程度高等優點。但國外的產品大多應用在木質生物質的處理，存在前期處理工藝複雜、電耗高、**高等問題，對我國豐富的秸稈類生物質資源不能很好成型，難以在國內規模化推廣應用。
相對而言，我國對生物質成型技術研究起步較晚，直到２０世紀８０年代，南京林業化工研究所才設立了對生物質緻密成型機及生物質成型理論的研究課題＿ｌ８｜。１９８５年，我國試製了第一台ｚｔ一６３型生物質緻密成型機，隨後西北農業大學研製出了ｘ一７．５、ⅸ一ｌｌ和ｓｚｊ一８０ａ三種型號的秸稈固化成型機¨９｜。。進入２１世紀，國家開始重視各種可再生清潔能源開發，生物質成型技術和裝置研究也進入了良好的發展階段。
據統計，全國目前投入使用的生物質壓縮成型裝置約在１０００台套左右，包括螺旋式、液壓式棒料成型機和環模式顆粒機。
然而整體而言，我國在生物質固化成型技術相對落後，少量已經示範應用的裝置在實際執行中都存在能耗高、關鍵部件使用壽命短等問題，且僅能成型玉公尺秸稈等少數原料，真正壽命長、低能耗並適用於多種原料的成型裝置缺乏，嚴重限制了生物質成型技術和產業的發展。
３山東大學生物質固化成型技術研究進展近年來，山東大學圍繞生物質低能耗壓塊成型技術研究與裝置開發方面取得了一定的研究進展。主要在以下幾方面做了相關深入研究工作：ａ．生物質固化成型機理研究；ｂ．生物質成型過程流變特性數值模擬；ｃ．成型裝置關鍵部件的研究與設計；ｄ．成型製品品質影響因素試驗與數值模擬；ｅ．整機裝置的設計與研發。
３．１生物質固化成型機理研究
高建輝推導出了生物質彈塑性變形的本構方程，重點研究了生物質成型過程中的形變、流變規律ⅲｊ。鄧波將液壓成型過程分為三階段並分別提出了在不同壓縮成型階段的成型機理心¨。陳曉青從木質素粘結、粒子結合、水分含量和電勢４個方面分析了生物質固化成型機理舊ｊ。
吳雲玉對環模固化成型壓縮階段的微觀成型機理進行研究，建立了從巨集觀到微觀的過渡成型機理舊ｏ。
３．２生物質成型過程流變特性數值模擬
高名望以鬆散生物質熱壓成型過程為研究物件，根據固化成型的加熱特點，採用ａｎｓｙｓ軟體中的ｔｈｅｒｍａｌ模組對壓縮成型過程中的溫度場進行模擬，利用焓法解決了材料由於溫度引起的傳熱效能變化，得到了壓縮成型中生物質的溫度場分布規律，並對不同條件下的溫度場進行了比較懈ｊ。
鄧波數值模擬了液壓式生物質成型過程，揭示了成型過程中的應力應變演變過程和分布規律，並對區域性應力過大區域進行了分析ｂ１｜。圖１為生物質擠壓成型過程最後階段等效應變場分布等值線圖。
圖１生物質壓下量為１００％的等效應變場分布
２０１１年第１３卷第２期７３
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３．３成型裝置關鍵部件的研究與設計
３．３．１環模靜態數值模擬
環模是影響生物質壓塊成型裝置成型質量的最關鍵部件，也是最容易損壞的部件。其結構引數不僅直接影響著壓塊的質量，而且對生產能耗、環模和壓輥壽命、主軸受力等也有重要影響。通過對環模的截面尺寸、長徑比、成型角度、材料型別和熱處理工藝等進行理論分析和數值模擬，可以實現提高成型質量、擴充套件原料適應範圍、降低生產能耗、延長使用壽命的設計目標。
申樹雲針對環模輥壓式成型機存在的使用壽命短、結構特殊和效能要求高等「瓶頸」問題，總結了環模的溫度場分布規律，對環模進行了結構靜力學、結構動力學、結構熱耦合數值模擬，得到環模的整體應力、應變、位移分布情況，並研究了環模結構引數對環模應力應變的影響∞ｊ。吳雲玉研究了環模的
失效形式、失效機理和影響環模壽命的因素，利用有限元軟體依據環模ｓ—ｎ曲線和線性累積損傷原則對環模的疲勞壽命進行數值模擬，得到不同溫度環模壽命曲線∞ｊ。
在生物質成品徑向均勻地取４個節點：節點ａ、節點ｅ、節點ｆ、節點ｇ，圖２（ａ）顯示了這４個節點在整個載入週期內的ｖｏｎ—ｍｉｓｅｓ應力對比曲線，反映了靠近模孑ｌ壁節點的應力值高於中心節點的應力值；在生物質成品底邊均勻地取４個節點：節點ａ、節點ｂ、節點ｃ、節點ｄ，圖２（ｂ）顯示了這４個節點在整個載入週期內的ｖｏｎ—ｍｉｓｅｓ應力對比曲線，圖中可看出靠近稜角附近節點的應力值高於遠離稜角部位的應力值。
由以上數值模擬結果可看出，模孔材料在稜角處易出現裂紋，甚至材料破裂剝落現象，與此同時易造成秸稈成品在稜角處的撕裂倒鈍現象。因此，對環模結構進行結構改進以克服生物質成品稜角撕裂倒鈍現象尤為重要。借鑑機械產品中改善應力集中問題的思路，對模孔橫截面的四邊形直角進行倒圓角處理，圓角ｒ＝３ｉｎｎｌ。
倒圓角處理後，對比模孔的應力分布情況，如圖３所示。
從圖３可看出，未經倒圓角處理的模孔最大ｓｅｑｖ值為３７．７ｍｐａ，經過倒圓角處理的模孔最大ｓｅｑｖ值降低到２４．４ｍｐａ。比較圖３（ａ）和圖３（ｂ）可看出，在與秸稈生物質成品接觸的整個接觸面上，經過倒圓處理的模孔應力分布更為均勻合理，模孔在稜角處的應力集中情況得到明顯改善。
７４中國工程科學
圖應力對比曲線
圖３最大ｓｅｑｖ節點處橫截面圖
３．３．２傳動系統動態數值模擬
為保證成型裝置傳動系統執行的平穩性和結構的可靠性，以及工作的低能耗性，實驗室對傳動系統進行了完整的動力學設計和分析。
主軸是傳動系統的關鍵部件，對壓塊成型裝置的能耗和安全方面具有重要影響。高建輝通過研究成型壓力對主軸的作用形式，得到主軸部件的前六階模態振型、臨界轉速，以及在工作載荷頻率下的動態響應特性，為研究裝置執行穩定性奠定了基礎『馴。
螺桿是螺旋進料裝置的核心工作部件，劉超通過理論，建立了螺旋部件擠壓力力學模型，對螺桿進行靜力分析和模態分析，得到了螺桿部件的固有頻率和模態模型，為動力學設計提供了
依據『冽。
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