环模式制粒成型设备因其运行稳定性高、产能大、可连续式生产的优势,已经被广泛应用于生物质固化成型、饲料与药品的加工生产及化工与能源等国民经济重要技术领域,成为当前致密成型领域的主流设备。但由于理论基础的匮乏,目前国内环模制粒设备仍然存在成型品质低、能耗高的问题,成为制约其产业化进程和多领域推广的瓶颈。本文针对环模式制粒设备成型能耗和成型品质的问题,提出了倾斜式模孔结构,并基于制粒成型过程中物料的受力分析,分别从模辊压轧和模孔挤压比能耗、压轧密度以及物料成型过程中的应力应变分布规律三个方面对其进行理论研究和有限元分析。(1)首先基于倾斜式模孔环模成型设备的成型原理,分析了模辊压轧成型的基本条件,发现环模内的物料能否顺利进入模辊挤压区及进入量的多少取决于物料和模辊表面之间摩擦系数。二者摩擦系数越大,物料的攫取角越大,即越容易被压辊顺利挤压成型,且攫取高度也越大。但从另一方面考虑,摩擦系数越大会直接导致物料受到的摩擦力相应增大,成型能耗也会因此增加。因此需综合考虑成型能耗和产能选择合适的摩擦系数,以达到生产最优化;(2)通过对模孔孔外、孔入口处及孔内的物料进行受力分析,推导出了倾斜式模孔内物料成型的最小挤压压强以及模辊压轧压强的分布规律,建立了适用于倾斜式模孔成型方式挤压各向异性物料的力学模型,并以江苏牧羊公司MUZL-420C型环模制粒机的结构参数为例,分析了模孔内外物料挤压压强随模孔倾斜度和压辊挤压角的变化规律,并得出不同模孔倾斜角下,满足物料最小挤压压强的最大环模圆心角范围;(3)以现有关于秸秆的单孔挤压实验为基础,结合以上所推导的模辊压轧力学模型,得出了物料的最大模辊压轧密度,并分析了模辊径比、摩擦系数等参数对物料最大压轧密度的影响;同时基于倾斜式模孔成型方式的力学模型建立了模辊压轧物料和模孔挤压物料的比能耗模型,同样以环模及物料的各参数为变量,分析了其对成型比能耗的影响规律,并得出适合倾斜式模孔的最优参数范围;(4)利用ABAQUS软件,通过动力显示求解器对模辊压轧物料的过程进行有限元模拟,得出了物料不同位置在压轧过程的应力和应变分布规律,并分析了模辊间隙、模辊径比及物料与模辊间摩擦系数的变化对物料应力应变分布的影响,得到了最优的结构参数范围,提高物料的成型品质。