基于衮矿集团17层煤赋存条件,以MG2×55/250-BWD型采煤机螺旋滚筒为工程对象,针对其落煤和装煤两大功能,研究螺旋滚筒截割含夹矸煤岩动力传递问题。对17层煤岩样进行物理、力学测试,并采用神经网络和离散元结合方法对煤岩参数进行标定。建立滚筒-夹矸-煤耦合离散元粘结接触模型,研究滚筒受力、装煤率及动力传递规律。研究结果表明:当滚筒截割含夹矸煤岩时,滚筒转速由75r/min增加到105r/min,滚筒所受合力平均值由2.78×104N减小到2.36×104N,合力平均值随着滚筒转速的增加而减小。当采煤机牵引速度由3m/min增加到6m/min时,滚筒所受合力平均值由1.33×104N增加到3.41×104N。随着牵引速度的增加,滚筒所受合力平均值增加,仿真结果与理论分析结果一致。在截齿截入煤岩时统计区域煤岩受到的瞬时力为57.34N,截齿逐渐切入煤壁时,煤体受力最大值为647.03N,随着滚筒继续截割,煤体受到的力在70.48N～213N之间变化。当滚筒截割到煤-岩结合面时,煤岩受到的冲击力为720.438N,滚筒截割岩石的力最大值为1611.24N。截齿截割岩石-煤结合面的力为184.64N远小于截割煤-岩石结合面时的力720.438N。建立滚筒截割含夹矸煤岩时煤岩受力与传递距离之间关系的数学模型并分析了力在煤岩中的传递规律,得到了力与传递距离的等值线图,通过分析发现截齿在截割煤岩时,随着距截齿作用点距离的增加,煤岩受力呈衰减趋势向外传递,与实验结果一致。基于煤岩截割离散元仿真研究滚筒的装煤率,结果表明:滚筒转速由75r/min增加到105r/min时,装煤率由41.68%增加到48.77%;采煤机牵引速度由3m/min增加到6m/min时,装煤率由46.47%减小到43.35%;截深由480mm增加到630mm时,装煤率由56.90%减小到45.59%。运用Pro/e、ANSYS、ADAMS协同建立采煤机刚-柔耦合动力学模型,采用多体动力学与离散元双向耦合技术研究滚筒截割含夹矸煤岩动力传递规律,研究结果表明:双向耦合后滚筒受到的合力、截割阻力及牵引阻力分别增大了 11.64%、12.17%、13.33%,侧向力减小了 20.86%。滚筒在截割过程中煤岩受到的破坏力主要以剪切力为主,同时伴随着拉力、压力,其中粘结键破坏时受到的法方向破坏力平均值为30141.88N,切方向破坏力平均值为42539.71N。各截齿切向平均破坏力与法向平均破坏力的比值在1.154～1.564之间。力在煤岩内传递过程中,其作用范围及作用形态时刻变化,截齿截割煤岩结合面处时,力在煤岩中的作用区域最大。结合得到的滚筒装煤及受力规律,利用Creo进行滚筒参数化建模,采用DEM-FEM耦合、workbench响应面优化模块对滚筒进行优化设计及灵敏度分析,结果表明滚筒截割含夹矸煤岩时,镐齿长度、齿身长度、齿身直径分别为165.46mm、76.18mm、58.99mm,齿尖夹角、齿身锥角、截齿安装角、螺旋升角分别为42.088°、50.17°、42.28°、19.76°时滚筒的最大变形、最大应力和载荷波动系数最小、装煤率最大,分别为0.2808mm、461.04MPa、0.0041、46.4%。优化后滚筒最大变形、最大应力、载荷波动系数分别减小了 14.47%、14.22%和6.82%,装煤率增加了 10.89%。通过灵敏度分析可知,截齿安装角对滚筒应力及变形影响最大,螺旋升角对载荷波动系数及装煤率影响最大。该论文有图89幅,表28个,参考文献154篇。