本文通过分析国内普遍使用的猪舍清粪模式,以及目前清粪设备研究内容和研究手段,提出以离散元法为本文核心研究手段,并利用离散元仿真模拟,结合实验研究,展开清粪机的结构优化设计,以减少清粪机受到的阻力,提高清粪机运行的稳定性,从而提高动力机组能源利用效率和清粪机使用寿命。本文中对猪粪进行了离散元参数优化标定,该参数亦可应用于其他粪污处理设备的研究,如猪粪发酵机研究中对猪粪受热发酵情况的模拟研究,以及有机肥烘干设备研究中对猪粪烘干情况、猪粪运动轨迹的模拟研究,为粪污处理设备的研究提供一种研究思路和离散元参数基础。主要研究包括:(1)基于JKR粘结模型的猪粪离散元法参数标定。以堆积角为评价指标,采用优化标定的方式,建立了堆积角与猪粪离散元参数之间的二次多项式回归模型,从而获取了猪粪的离散元参数。(2)搭建清粪机阻力测定实验台。设计并搭建了清粪机阻力测定实验台,以进行清粪过程阻力测定实验,从而验证优化标定后的猪粪离散元模型能否代替真实猪粪进行仿真研究。(3)清粪过程阻力测定实验。通过清粪过程阻力测定实验,测出猪粪对清粪机的实际阻力平均值为111.52N,并通过离散元仿真软件EDEM模拟了清粪过程阻力测定实验,得出猪粪模型对清粪机模型的模拟阻力为112.55N。比较其实际值和模拟值,相对误差为0.92%,说明离散元参数优化标定后的猪粪离散元模型可以代替真实猪粪进行模拟仿真研究。(4)基于离散元法的猪舍清粪机力学性能研究。以刮粪板的倾角和清粪机运行速度为试验设计因素,清粪过程中猪粪对清粪机的阻力平均值及其阻力稳定性为评价指标,结合中心复合序贯试验设计以及EDEM离散元仿真对清粪机进行力学性能研究。相较于清粪过程阻力测定实验结果,阻力平均值优化后的清粪机在运行时受到的猪粪阻力平均值降低了27.5%,阻力稳定性优化后猪粪对清粪机的阻力稳定性提高了94.7%。