螺旋滚筒是采煤机截割煤岩的直接机构，螺旋滚筒几何参数和截割策略的优化设计对提高滚筒装煤性能有重要影响。现有基于有限元和二维离散元法的螺旋滚筒优化设计大多基于单一或部分因素，未综合考虑多设计变量对螺旋滚筒装煤性能的影响，难以同时得到几何参数及运动学参数最优解。针对该问题，基于煤的物理力学特性参数测试结果，利用离散元分析软件EDEM构建采煤机螺旋滚筒截割煤壁耦合模型，对采煤机螺旋滚筒的装煤性能进行数值模拟，采用单因素法分析了螺旋滚筒螺旋升角、直径、筒毂直径、截割深度、转速及牵引速度对装煤性能的影响；基于离散元分析结果设计螺旋滚筒三因素三水平正交试验，通过极差分析得出几何参数中滚筒直径、筒毂直径、螺旋升角，运动学参数中截割深度、滚筒转速、牵引速度对螺旋滚筒装煤性能的影响依次减小；根据正交试验结果得出螺旋滚筒最优几何参数方案为13°螺旋升角、1 300 mm滚筒直径、475 mm筒毂直径，最优截割策略为600 mm截割深度、58 r/min滚筒转速、8 m/min牵引速度，最优参数下螺旋滚筒装煤率为76.39%，较优化前提高了15.82%。

国家自然科学基金项目（51674134）；辽宁省博士科研启动基金计划项目（2020-BS-153）；辽宁省教育厅青年科技人才“育苗”项目（LG202029）；

0 引言
1 离散元数值模拟理论
1.1 煤颗粒接触模型
1.2 煤颗粒运动学分析模型
2 基于离散元的螺旋滚筒装煤性能分析
2.1 煤物理力学特性测试
2.2 滚筒截割煤壁耦合模型建立
2.3 装煤性能仿真
3 螺旋滚筒设计变量对装煤性能的影响分析
3.1 螺旋升角对装煤率的影响
3.2 螺旋滚筒直径对装煤率的影响
3.3 筒毂直径对装煤率的影响
3.4 截割深度对装煤率的影响
3.5 滚筒转速对装煤率的影响
3.6 牵引速度对装煤率的影响
4 螺旋滚筒优化及截割策略研究
4.1 多因素分析
4.1.1 正交试验设计
4.1.2 极差分析
4.2 螺旋滚筒优化及截割策略分析
5 结论

李明昊,牛昊,范佳艺,赵丽娟,乔捷.采煤机螺旋滚筒装煤性能优化[J].工矿自动化,2022,48(10):129-135.DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2022050041.