装煤是采煤机滚筒螺旋叶片的主要功能,叶片磨损失效不易修复且更换成本较高,会降低采煤机的工作效率。本文展开对螺旋叶片磨损的分析研究,经优化保证叶片装煤及滚筒截割性能的前提下确保叶片磨损的最小化,综合提升滚筒的生产效率并延长滚筒的使用寿命。根据叶片装煤性能和滚筒截割性能的多目标优化,提出滚筒应对含不同夹矸煤层自适应调速截割策略,对滚筒叶片螺旋升角进行分析和优化,进一步提升滚筒工作效率。以MG2×55/250-BW型薄煤层采煤机滚筒螺旋叶片为研究对象,以兖矿集团杨村矿17层煤的赋存条件设置煤壁模型相关参数,以EDEM中的Hertz-Mindlin with Archard Wear模型虚拟煤岩体与滚筒之间的碰撞摩擦,通过三维建模软件PROE与离散元数值模拟软件EDEM耦合仿真,分别建立不同牵引速度、滚筒转速和叶片螺旋升角的滚筒与不同煤岩坚固性系数的煤壁耦合,得到滚筒叶片的磨损位置、载荷变动及不同工况下的磨损变化规律。结果表明:叶片尾端区域磨损最突出,叶片边缘和齿座根部也较为严重。叶片磨损随牵引速度、螺旋升角和煤岩坚固性系数的增大而增大,随滚筒转速的增大而减小。通过正交试验,在牵引速度、滚筒转速、叶片螺旋升角和煤岩坚固性系数四个影响因素中,分析得出对叶片磨损影响程度由大到小分别是滚筒转速、煤岩坚固性系数、牵引速度、叶片螺旋升角。结合实际工况分析,综合考虑采煤机的装煤率、生产率、块煤率、截割比能耗及叶片磨损五个性能指标,构造多目标优化模型,保障滚筒的工作性能,降低叶片的磨损,求解出最优的滚筒转速和牵引速度。即当煤岩坚固性系数为3.5,滚筒转速为80.65 r/min,牵引速度为4.23 m/min,叶片升角为11.56°时装煤率为43.29%,生产率为214.1149 t/h,最大切削面积为1217.0 mm~2,截割比能耗为0.8612 k W·h/m~3,滚筒截割10 s时的叶片总磨损深度降低为0.25416 mm。为提升滚筒的工作性能,设计了基于多目标优化的记忆滚筒转速和牵引速度的采煤机自适应截割策略。针对四种含夹矸煤层,运用遗传算法求解出滚筒转速和牵引速度的最佳匹配值。自适应截割根据定子电流判断煤层硬度,以最优滚筒转速和牵引速度为数据库记忆,通过自适应修正实现采煤机的自适应开采。根据叶片螺旋升角对装煤及滚筒截割性能的影响,对滚筒叶片螺旋升角进行优化,即将叶片升角设计为10°～16°的变螺旋升角,以顺应煤流方向提升叶片的输煤空间,经过优化前后的数据对比,发现滚筒截割10 s时的叶片总磨损深度降低0.02317 mm,滚筒的装煤率提升1.3%,生产率保持不变,最大切削面积增大68.94 mm~2,截割比能耗降低0.011 k W·h/m~3。该论文有图57幅,表27个,参考文献77篇。