当前,全国范围内雾霾污染严重,其中六成来源于煤炭的直接燃烧。因此,如何快速获得具有代表性的煤样进行化验来控制劣质煤的使用,促进煤炭的精细化使用具有十分重要的意义。传统的制样设备都是单体式人工操作的,面对工作量越来越大的煤炭制样工作,联合制样设备的研究越来越迫切。联合制样设备的关键设备是破碎机和缩分器,破碎机直接影响着联合制样设备的工作效率,缩分器对分析试样的化验数据有重要影响。通过与企业的共同研发,本文提出了煤炭制样工艺流程以及联合制样设备的结构方案。本文的主要内容包括新型双齿辊破碎机的设计以及方形型腔缩分器的设计。新型双齿辊破碎机的设计工作包括:(1)依照破碎理论以及传统经验公式设计破碎机的主要参数,并建立新型双齿辊破碎机的三维模型。(2)运用离散元软件对颗粒破碎过程进行仿真,从后处理中调出质量变化曲线以及黏结键数量曲线分别计算破碎机的破碎效率以及粒度分布。(3)在破碎过程仿真基础上进行DOE试验设计,借助Isight软件对双齿辊破碎机的齿形进行优化设计,实现破碎效率和粒度分布的优化。(4)根据齿形最优解研制破碎机样机,并通过破碎实验来验证设计过程的合理性。方形型腔缩分器的设计工作包括:(1)为便于联合制样设备空间布局,提出方形型腔缩分器方案,并建立方形型腔三维模型。(2)运用离散元软件对缩分过程进行仿真,验证缩分器结构的合理性;同时,从后处理中调出质量监测器仿真数据并计算缩分比。(3)根据设计方案研制方形型腔缩分器样机,在样机基础上验证缩分器的的工作性能。本文提出的联合制样设备破碎机和缩分器的结构方案符合工程实际要求,其工作性能达到企业预期效果。