基于料层挤压粉碎理论设计的辊压机在水泥粉磨行业取得了良好的应用效果,但物料挤压过程中的颗粒与颗粒、颗粒与压辊的相互作用等受力和运动规律仍缺乏足够的了解。因此,运用离散元技术,深入的研究辊压机料层挤压流场的颗粒行为不仅对优化辊压机结构和工作状态,而且对丰富料层挤压理论析都具有重要意义。本文首先对料层挤压过程离散颗粒的力学特征进行分析,以离散元软件EDEM和三维造型软件Solid works为平台建立颗粒力学仿真模型。研究了辊压机料层挤压过程的力学特性与主要工作参数的关系。采用正交试验分析的方法对辊压机流场进行模拟,得到影响颗粒最大压力大小的主次顺序为颗粒粒度、角速度、辊缝间隙,确定最优方案为角速度1.875rad/s,颗粒粒度30mm,辊缝间隙32mm。分析压辊角速度、颗粒粒径参数对颗粒最大压力的影响,找到了角速度、颗粒粒径与最大压力的关系。以最优参数对辊压机流场中离散颗粒行为模拟,得到料层挤压过程中颗粒所受压力及离散颗粒的切向力和法向力随时间变化的规律,分析表明料层挤压中剪切力是一直存在的,但起主要作用的是法向力,颗粒是挤压破碎并不是剪切破碎。从颗粒接触力力链的角度阐述了流场中颗粒受力波动的原因,并从离散颗粒的运动学角度解释了经典的层压粉碎理论的三阶段,说明了控制好颗粒运动情况将对提高辊压机单位产量具有指导意义。对辊压机机架的有限元分析得到立柱承载面、上下横梁的应力分布规律及最大等效应力,进而以质量最小化为目标对机架进行优化,获得了预期的结果。对机架的模态分析得到机架的前六阶固有频率和相应振型,找到振型中变形较大的区域,优化设计后,相应构件的变形明显变小,相对合位移曲线趋于平缓,保证了辊压机在不同参数条件下的安全运转。