生物質(zhì)燃料成型機(jī)（秸稈壓塊機(jī)、木屑顆粒機(jī)）是將秸稈轉(zhuǎn)換為成型燃料的必備設(shè)備，其關(guān)鍵部件環(huán)模的設(shè)計(jì)極為重要。環(huán)模的主要參數(shù)有環(huán)模直徑、環(huán)模有效壓制寬度、環(huán)模轉(zhuǎn)速、壓輥直徑和環(huán)模材料。
1、環(huán)模參數(shù)確定
1.1環(huán)模直徑和有效寬度
    首先根據(jù)國(guó)內(nèi)外制粒機(jī)參數(shù)及優(yōu)先數(shù)列確定環(huán)模直徑系列為：250、300、320、350、400、420、508、558、678、768mm等；其對(duì)應(yīng)功率為15、22、37、55、75/90、90/110、132/160、180/200、220t250、280/315kW;再根據(jù)等有效壓制面積與等功率之比值（一般為14~22cm2/kW），確定其環(huán)模有效寬度（有效寬度是指環(huán)模中間與壓棍接觸部分寬度）。
1.2環(huán)模轉(zhuǎn)速
    環(huán)模轉(zhuǎn)速與機(jī)器本身的幾何參數(shù)（壓輥個(gè)數(shù)、模孔直徑和深度等）有關(guān)，根據(jù)資料和多年來國(guó)內(nèi)制粒機(jī)的技術(shù)參數(shù)以及對(duì)國(guó)外樣機(jī)的數(shù)據(jù)檢測(cè)，對(duì)于采用兩個(gè)壓輥的環(huán)模制粒機(jī)來說，環(huán)模內(nèi)徑處線速度(也稱為環(huán)模線速度)4～8m/s較為適宜。線速度將影響擠壓區(qū)內(nèi)的料層厚度及物料通過模孔的時(shí)間，進(jìn)而影響制粒機(jī)產(chǎn)量和顆粒質(zhì)量。線速度過高，相同產(chǎn)量條件下環(huán)模每轉(zhuǎn)產(chǎn)出的顆粒少，擠壓區(qū)內(nèi)料層薄，軸向料層分布不均勻，有可能使擠壓區(qū)內(nèi)的物料形成斷層，制出的顆粒松軟，軸向壓出顆粒長(zhǎng)度不勻，粉料多，而且對(duì)于水分含量較高的物料還容易打滑，甚至根本不能制粒；線速度過低，雖然制出的顆粒質(zhì)量好，但產(chǎn)量較低，生產(chǎn)成本提高。
1.3壓輥直徑
    顆粒形成的基本原理是通過環(huán)模和壓輥之間的相互擠壓力來克服物料通過模孔的阻力，從而達(dá)到制粒的目的。在環(huán)模相同的情況下，壓棍直徑越大，環(huán)模和壓棍之間形成的三角擠壓范圍就越大，越有利于擠壓作用。理論上講，單輥的壓輥直徑可做得最大，擠壓時(shí)間、擠出效果也最好，但在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，壓輥和壓模之間的作用力在主軸、主軸軸承和空軸之間傳遞，所以單輥制粒機(jī)的主軸、主軸軸承和空軸等機(jī)械結(jié)構(gòu)比較粗大，只有在小型實(shí)驗(yàn)室制粒機(jī)及難于制粒的大型秸稈壓塊機(jī)中采用。雙壓輥制粒機(jī)兩壓輥之間的擠壓力在主軸頭上平衡，壓模上的反作用力相互抵消，設(shè)備上的主軸（主軸軸承處）、主軸軸承和空軸等受力小，機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊，是實(shí)際中使用最多的機(jī)型。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定壓輥外徑與壓模內(nèi)徑之比為0.475，圓整后確定壓輥直徑。三輥制粒機(jī)的三輥之間受力也能平衡，但壓輥和壓模內(nèi)徑比不大。對(duì)用于秸稈、木屑等纖維狀物料的制粒機(jī)，壓輥之間不平衡力與壓模上的反作用力之差需要主軸、主軸軸承和空軸來抵消，所以主軸（主軸軸承處）、主軸軸承、空軸、環(huán)模和壓棍的結(jié)構(gòu)都要加強(qiáng)。
2、顆粒機(jī)環(huán)模材料選擇
    在確定了環(huán)模的尺寸參數(shù)后，還要進(jìn)行環(huán)模材料的選擇，材料的性能直接影響環(huán)模的強(qiáng)度、耐磨性和抗腐蝕能力。
    常見的環(huán)模材料主要有碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼三種。碳素結(jié)構(gòu)鋼主要有45鋼，其熱處理硬度一般為HRC45~50，耐磨性和抗腐蝕性都較差，現(xiàn)在基本上被淘汰。合金結(jié)構(gòu)鋼主要有20CrMnTi材料，其經(jīng)過表面滲碳等熱處理后，硬度在HRC50以上，并具有良好的力學(xué)性能，由此類材料制造的環(huán)模強(qiáng)度高，耐磨性好，但缺點(diǎn)是抗腐蝕性差。雖然單只環(huán)模成本較低，但使用時(shí)噸料生產(chǎn)成本高于不銹鋼環(huán)模，現(xiàn)也逐漸被淘汰。不銹鋼材料主要為4Cr13，其剛度和韌性都較好，熱處理采用整體淬火，硬度大于HRC50，并具有良好的耐磨性和抗腐蝕性，使用壽命較長(zhǎng)，噸料環(huán)模費(fèi)用最低。
3、成型區(qū)受力分析
  根據(jù)以上分析確定的一組環(huán)模參數(shù)如下：D=350mm，
d=150mm. h=10mm, W=110mm, N=55kW,n=50r/min.
    為了驗(yàn)證環(huán)模設(shè)計(jì)的合理性，我們對(duì)其進(jìn)行模型簡(jiǎn)化，如圖l所示。
    從圖1中可以看出，CDE為料壓縮區(qū)，CD為環(huán)模在壓縮區(qū)內(nèi)弧線，該部分承受壓縮過程中物料對(duì)環(huán)模的徑向正壓力和切向摩擦力。壓縮區(qū)為兩段圓弧與一段直線構(gòu)成的區(qū)域。該區(qū)域間隙較小，其壓力變形曲線如圖2所示。，
    環(huán)模在壓縮區(qū)受力呈現(xiàn)的是一種小曲率接近直線的變化趨勢(shì)，其受力簡(jiǎn)化模型如圖3所示。從圖3中可知C點(diǎn)壓力為零，D點(diǎn)壓力最大，C、D兩點(diǎn)間壓力隨0變化而變化。物料在環(huán)模寬度方向基本無變化。根據(jù)相關(guān)理論和簡(jiǎn)化模型可得出下列各式：
式中：f為壓輥與物料之間的摩擦系數(shù)，對(duì)生物質(zhì)秸稈粉碎顆粒，f=0.15 -0.25，此處取f=0.2；m為壓輥的數(shù)量，此處取雙輥，m=2;e為壓縮區(qū)的角度，經(jīng)計(jì)算得θ＝170。
    將式(1)、式(2)，式(3)聯(lián)立后，再將已知條件代入，得：Po-52.47MPa
    由圖2可知，要使秸稈原料被壓縮成型，需要的最低成型壓力為P=40MPa，Po=52.47MPa≥P，因此，物料受到的壓力能夠使其成型。