目前,我国食用菌产值比重在农业中仅次于粮、油、果、菜,居第5位,已经成为发展经济的重要产业之一。翻堆作为食用菌栽培过程中的关键环节,其目的是降温、粉碎、混合、增氧,菌料混合均匀与否对食用菌产量和质量有重要影响。食用菌生产基地多采用传统的人工翻堆方式,存在作业环境差、劳动强度大、工作效率低、物料混合不均等问题,因此对食用菌培养料翻堆机进行设计并对其翻堆性能展开研究,提高菌料混合均匀性和翻堆机械能耗利用率具有重要意义。本文通过查阅国内外翻堆技术研究现状,结合土壤旋耕作业技术及装备,提出了一种双辊式翻堆机,围绕“高质（提高菌料混合效果）”、“低耗（降低作业功耗）”这一研究目标,通过理论分析、离散元法（Discrete Element Method,DEM）数值模拟以及实地试验等多种方法开展相关研究,主要研究内容如下:（1）结合农艺与农机要求确定了双辊式翻堆机的总体结构,两刀辊按照前高后低、阶梯状空间布置,采用分层切削的原理,通过小半径抛刀作业实现较大翻堆深度的目的;选用IIT 245旋耕刀作为抛刀,采用双螺旋方式对抛刀进行了排列分布设计;分析了抛刀的运动规律并建立了抛刀作业功耗模型,为仿真与试验研究提供理论基础。（2）以双孢菇培养料为研究对象,对其粒径、含水率、密度、摩擦系数、剪切强度以及休止角等物理力学参数进行了测定;根据菌料参数测定结果,确定了菌料-机具、菌料-菌料的力学接触模型;通过Box-Behnken试验建立了菌料休止角的回归模型,对接触参数进行了虚拟标定;构建了双辊翻堆的离散元仿真模型并分析了翻堆装置的工作过程,确定了后续仿真试验分析范围。（3）以两刀辊的旋向组合（A）、轴间距（B）和轴线夹角（C）为变量开展翻堆性能虚拟仿真试验,探讨了不同空间结构参数对菌料混合效果和作业功耗的影响规律,分析了不同工况下颗粒流动、碰撞以及抛撒情况;正交试验结果表明最优空间结构参数为:旋向组合正-反、轴间距525 mm、轴线夹角35°,对应的菌料的混合系数为0.814、全刀辊作业功耗为4.666 k W。（4）试制双辊式翻堆机并开展实地试验,实测混合系数为0.732、作业功耗为4.278 k W,与仿真值的误差分别为10.07%、8.32%,验证了离散元模拟翻堆作业的正确性与可行性;以整机前进速度（X1）、碎料刀辊转速（X2）、翻料刀辊转速（X3）为变量,混合系数和单位能耗为试验指标,开展了三因素三水平正交旋转试验;通过Design Expert 8.0.6进行方差和回归分析,结果表明:当整机前进速度0.11 m/s、碎料刀辊转速为230 r/min、翻料刀辊转速为275 r/min时,可使菌料混合效果与单位能耗之间取得平衡;测试了整机作业性能,结果表明该翻堆机具有良好的破碎与混合效果。