连续采煤机是一种综合机械化采煤机,在我国煤矿房柱式采煤和巷道掘进中得到大量推广应用。星轮装载机构是连续采煤机设备的关键组成部分之一,承担着将截割机构截下的煤岩耙装到输送机构上的任务。本文以连续采煤机星轮装载机构为研究对象,利用离散元仿真技术实现了对星轮装载煤岩模型的重构及装煤过程的模拟,从星轮装载能力理论及高斯拟合法设计、轮齿-煤岩相互作用机理、星轮装载机构装载性能分析、星轮满载启动力矩预测等几个方面,对装煤过程物料流动性机理及运动特性进行研究,提高了星轮装载机构的装载效率,降低了能量消耗,实现了精确加工制造。首先将高斯拟合法应用到星轮轮齿形状的设计中,设计了一种七齿装载星轮,提出了甩煤率、耙煤转矩、最小装载功率指标及星轮装载机构的装载能力指标综合评价方法,分析了星轮齿数、齿形对星轮装载机构装载质量、甩煤质量、耙煤转矩影响规律,借助EDEM软件重构了包括煤壁、地面、铲板星轮、煤岩料堆等模拟结构的连续采煤机星轮装载机构装载煤岩模型,重现了七齿装载星轮的甩煤状态,并利用提出的装载能力指标评价方法对设计的七齿装载星轮与EML340连采机三齿装载星轮在30 r/min、50 r/min转速下进行了对比分析。模拟结果表明:设计的七齿30 r/min装载星轮比EML340连采机三齿50 r/min装载星轮的装载效率显著增加,将装载煤岩驱动装置的电机平均最小装载功率降低34%。其次建立了多工况铲板星轮装载模型及研究了轮齿-煤岩相互作用机理,根据截割煤岩在铲板上的落煤分布特点,将连采机星轮装载煤岩划分为四种工况,建立了铲板静止装煤工况下的仿真模型,分析了耙煤过程中的料堆轮廓变化和煤岩流动状态。结果表明:星轮轮齿在不断耙煤的过程中,料堆的轮廓是向着远离溜槽的部位缩进,导致星轮耙取的煤岩质量逐渐减小。料堆轮廓缺口形状以星轮轴的中心线为对称,星轮轮齿耙取煤岩的最大范围约为星轮大径尺寸,即星轮大径主要决定了星轮耙取料堆的煤岩质量;煤岩颗粒沿着料堆滑动线滑动,从而减少了煤岩块颗粒之间的粘合,如果此时煤岩颗粒被下一个星轮轮齿捕获,则表明料堆活动层煤岩的流动性效应。最后进行了星轮装载机构装载性能与运动特性数值模拟研究,给出了铲板星轮参数对装载性能的影响规律,并分析了装载特性、载荷特性和甩煤特性及满载启动力矩预测。仿真结果表明:装载效率的大小处于波动状态,星轮齿数Z和星轮转速n影响装载质量流率周期T,星轮齿数Z越多装载质量流率周期T越小;载荷峰值出现的位置为星轮轮齿插入料堆中,单个轮齿为装载煤岩时刻且整个轮齿被湮没在煤岩料堆中;越远离星轮中心甩煤质量越多,煤岩运动速度越大且速度方向垂直于轮齿。铲板运动装煤工况作为变量参数选择,星轮齿数Z、轮齿高度h、铲板插入料堆深度S、行走速度VX越大,装载效率、甩煤率越高;刀形星轮装载质量、甩煤质量较少,能耗较大;14°铲板倾角β装载效率较高、能耗较小;星轮齿数Z、轮齿高度h、行走速度VX越大,能耗越大;甩煤率与铲板倾角β、星轮齿数Z相关,能耗与铲板插入料堆深度S、星轮齿数Z相关。当料堆高度H为1.5 m时,铲板倾角β为14°时的力矩峰值为25510 N·m,启动力矩较大。本文对连续采煤机星轮装载机构进行星轮装载能力理论及高斯拟合法研究、多工况铲板星轮装载模型建立及轮齿-煤岩相互作用机理研究和星轮装载机构装载性能与运动特性数值模拟研究,对星轮装载机构结构设计、装运机构匹配研究、整机安全正常运行和产品展示具有重要意义。