筛分是提高煤炭质量、减少运输成本、降低能耗和燃煤污染物排放的一种基础工艺手段。新疆准东矿区周边煤炭市场的竞争日益激烈,南露天煤矿的煤炭生产工艺系统已无法快速、有效地应对复杂多变的市场环境。其中,304筛分系统中筛分设备的处理能力、筛分效率及设备可靠性成为了整个生产工艺环节中的关键和瓶颈问题。基于此,本文以南露天煤矿304筛分系统中的滚轴筛为研究对象,基于离散元法和有限元法对滚轴筛的筛分过程机理、卡料及破碎过程机理、滚轴等关键零部件的动力学特性等问题开展了数值模拟研究,以期为滚轴筛的高效运行、最优控制、提升可靠性及优化设计等方面提供理论和技术支持。本文的主要研究成果如下:研究了滚轴筛的结构和工作原理,建立了基于DGS1815型工业级滚轴筛的三维模型,初步分析了滚轴卡料过程中筛片的受力情况,并设计了一种解决卡料问题的自动化控制方案。介绍了离散元法（discrete element method,DEM）的基本原理,为后续滚轴筛的筛分过程机理和卡料及破碎过程的数值模拟研究提供了理论基础。开展了滚轴筛的筛分过程高速动态试验,验证了筛分过程DEM模拟的可靠性。建立了工业级滚轴筛的筛分过程DEM模型并开展了模拟研究,分析了给料率、筛轴转速、筛面倾角和湿颗粒间黏结力对滚轴筛的筛分过程影响规律,获得了筛分性能最佳时的工作参数,讨论了工作参数对各粒径颗粒透筛率及平均运动速度的影响,并揭示了颗粒形状和湿颗粒间黏结力对滚轴筛筛分过程的影响机理。分析了滚轴筛的卡料过程机理和卡料颗粒的破碎力学特性,基于黏结颗粒模型（bonded particle model,BPM）建立了滚轴筛的筛面卡料破碎过程DEM模型,分析了单颗粒卡料时的筛片受力情况,获得了煤块卡料过程中筛轴停转的理论条件,讨论了多块颗粒卡料时的筛轴及筛片扭矩变化规律,并进一步分析了单颗粒卡料时,筛轴转速对筛轴扭矩的影响作用。对滚轴筛的滚轴、筛片及心轴等关键零部件进行了卡料工况下的有限元分析,获得了滚轴的静力学和动力学特性,利用谐响应分析法得出了滚轴在不同频率激振力下的频响函数。建立了心轴扭转振动的力学模型,开展了心轴模型的模态试验,验证了有限元法模态分析的可靠性,提出了阶跃载荷冲击作用下的动态响应方法,获得了心轴各阶扭转振动的固有频率及振型,所得结果为滚轴筛的结构优化奠定了基础。利用响应面法对滚轴筛的工作参数进行了DEM模拟优化研究,获得了优化后的工作参数组合。基于等厚筛分原理构建了多段变筛面倾角式的等厚滚轴筛模型,对等厚型滚轴筛的筛分过程进行了模拟研究,并与普通滚轴筛的筛分性能进行了比较,为滚轴筛的结构优化设计和工业应用提供了参考。此外,对不同筛片形状和排布方式的滚轴筛进行了DEM模拟,为滚轴筛的结构形式优化提供了进一步的参考。本论文有图74幅,表25个,参考文献133篇。