上世纪九十年代初,卧辊磨凭借其大压力角、中压操作、高转速及循环挤压粉碎等性能特点,成功开辟了料层粉碎设备的新纪元。卧辊磨要在粉碎机械领域赢得更为广阔的应用范围,解决其理论研究滞后、试验研究经验匮乏、现代设计方法应用欠缺等问题已成为该研究领域的当务之急。为此,论文从以下几个方面展开了研究:(1)分析了卧辊磨设备粉碎特性和料层特征,对其粉碎机理与能耗理论进行了适应性研究。主要对典型的粒度分布数学模型进行了对比分析,将RRB粒度方程与统一能量方程进行了结合推导,得到了统一能量粒度方程式;分析了不同因素对能量利用率的影响规律。(2)从卧辊磨的关键工艺参数出发,建立了卧辊磨挤压通道数学模型和力学模型,分析研究了粉碎过程中挤压通道内压缩和反弹两种力学状态下物料、筒体和压辊的力学特性变化规律;对卧辊磨粉碎过程进行了分层研究,并对粉碎动力学模型进行了一些探讨。(3)针对卧辊磨相关生产试验数据,分析了卧辊磨不同工艺参数对比能耗及产品比表面积、粒度分布的影响规律。研究发现:提高压辊工作压力一定程度上可以改善矿渣产品的粉碎质量,但是过高压力反而会消耗更多的能量以及产生更高的磨耗;喂料量为5t/h时挤压通道内未能形成稳定料层,导致粉碎效果差,喂料量为6.5t/h时更容易形成结实料饼,矿渣产品质量更高。过高的工作压力和喂料量均会引起一系列设备振动、能耗浪费等问题,同时带来安全隐患。(4)建立了卧辊磨挤压通道简化模型,应用DEM-FEM耦合方法进行了粉碎仿真模拟试验。主要从料层压力、颗粒接触力两个角度分析了粉碎过程中物料颗粒的层压力学特性,并针对不同喂料量和最小料层厚度(间接反映工作压力)的破碎比及有效破碎能进行了对比分析;实现了壳单元与实体单元之间的载荷数据传递,求解并对比研究了各试验中筒体和压辊的力学特性,完成了相关校核。论文研究成果可为卧辊磨实际生产提供具体的理论参考依据,此外,现代设计方法可用于指导卧辊磨的结构设计及其优化工作。