我国是全球水稻产量最高的国家,稻壳资源丰富,但长期处于废弃或低值利用状况。立式环模压块成型机作为一种基于生物质固化成型技术的机械化成型装备,较于其他压块成型设备,具有结构紧凑,成型质量好,生产效率高等优点,在国内已实现小规模的应用与推广。现有的立式环模压块装置多采用秸秆作为加工原材料,以单层模块设计为主,存在生产效率低,材料适应性差等问题。本文设计了以稻壳为加工材料的立式双层环模压块成型装置。首先,分析立式环模压块成型装置工作原理与稻壳成型机理,确定整机的工作参数,对压缩室关键部件与整机主要结构进行设计,利用ANASYS软件对双层模孔结构优化;然后,基于离散元方法对稻壳在模孔内的挤压成型过程进行模拟仿真,并以挤压力为指标,优化模孔结构参数;最后,搭建单模孔挤压试验系统,分析稻壳含水率,成型温度、挤压速度对压块松弛密度、抗压强度以及成型挤压力的影响,改善稻壳加工最佳工作参数,以提高压块机设备性能。本文主要的研究内容如下:（1）立式双层环模压块机结构和关键部件设计基于立式环模压块成型装置的工作原理以及稻壳成型机理,确定双层环模压块成型装置的整机工作参数,选定压缩室关键部件环模块与压辊材料为4Cr13,构建模孔挤压过程、压辊攫取状态以及生产效率的数学模型,确定环模块基本结构参数为内径700 mm,外径950 mm,环模孔保形腔直径15 mm,保型腔长度为120 mm,环模孔压缩比8,模孔锥角45°,模孔偏心角4.5°,模孔错位角30°模块径长125 mm,以产量比为指标确定选用三压辊结构进行加工,压辊结构参数为直径320 mm,高度120 mm,压辊周围均匀分布30个轮齿;对整机的成型温控系统与模辊间隙调节部件进行设计,实现压缩室内加工温度可调节,模辊间隙控制范围在0～10 mm可调;使用ANSYS软件对双层环模块进行静力学分析,根据模块应力应变分布对环模块进行优化设计,将垂直分布的模孔结构设置为错位分布,有效降低模孔应力应变,减小磨损。（2）基于离散元法的模孔稻壳挤压仿真分析依据离散元方法利用EDEM仿真软件对稻壳在模孔中的挤压成过程进行仿真分析。首先根据稻壳特性选用EEPA模型作为稻壳接触模型,搭建稻壳的颗粒模型,通过试验拟合,确定接触模型参数;利用单因素分析,对稻壳在不同模孔孔径,不同挤压速度以及不同锥角大小的单模孔结构进行仿真试验,以模孔各部分受到（或施加）的挤压力为参考标准,确定稻壳压块最佳工作参数为成型模孔孔径为15 mm,挤压速度1 mm/s,环模孔锥角为45°。（3）稻壳挤压成型试验研究根据稻壳在立式环模压块机中的挤压成型要求,设计多功能单模孔挤压成型试验系统,以稻壳的含水率,成型温度、挤压速度为试验因素,稻壳成型压块的松弛密度,抗压强度以及成型挤压力作为试验指标进行单因素试验,分析各因素对试验指标的影响;采用三因素三水平的正交试验,建立各因素对松弛密度、抗压强度以及挤压力的回归模型,结合响应面分析法,分析各因素交互作用对于试验指标的影响;最后以成型制品综合质量为评价指标,对试验工艺参数进行优化,优化结果为含水率在17%,成型温度127℃,挤压速度约为1 mm/s时,稻壳成型压块松弛密度为1.19 g/cm~3,抗压强度为1.46 MPa,挤压力为36.4 MPa,此时稻壳挤压成型压块的质量最佳。本文通过对整机机构进行理论分析,离散元仿真设计以及试验探究,设计了以稻壳作为主要原材料的立式双层环模压块成型装置,具有生产效率高,磨损低,能耗小,效益高等优点,为立式双层环模压块成型装置的进一步研究设计提供理论依据。