采煤机截齿破岩机理及其载荷特性研究是滚筒结构优化设计的理论基础,也是采煤机系统动态特性分析的关键问题之一,虽然国内外对相关研究已做过大量的工作,但有关采煤机滚筒破碎煤岩过程至今尚未被彻底掌握,以此,本文采用理论建模、数值模拟与实验验证相结合的方法,深入研究截齿作用下煤岩的弹性变形-塑性变形-断裂过程,并对截齿载荷进行重构,主要内容如下:针对现有截齿截割煤岩模型多未考虑煤岩的弹-塑-脆性物理特性的问题,基于弹性力学、塑性力学和断裂力学理论,在弹性变形阶段,将截齿外形作适当的简化并作为刚性体,将煤体视为无限半空间弹性体,得出了截齿与煤壁相互作用时,截齿截割力的计算公式以及煤岩体的应力和位移公式;在塑性变形阶段,采用广义米赛斯屈服条件,考虑了煤岩体材料独有的、不同于金属材料的黏聚力和内摩擦力,构建了截齿与煤岩体相互作用时,截齿截割力学模型;在脆性断裂阶段,根据裂纹形式,采用复变函数的方法得出裂隙周围的应力及位移表达式,依据公式化出裂隙区域的应力云图,最后考虑截齿截割角度的影响,构建了三种状态下截齿截割载荷模型,并通过实验进行了验证,揭示了煤岩在弹-塑-脆性物理性能影响下的截齿破岩机理。根据采煤机滚筒的结构特性和截割工艺特征,分析了影响滚筒截割载荷的影响因素,采用几何学和机械系统运动学理论,建立了采煤机在正常、端帮、特殊、斜切进刀截割四种工况下截齿运动学模型,获得了截齿运行学三维轨迹,结合截齿截割机理模型,并综合考虑截齿的排布形式、滚筒转速、采煤机的牵引速度等影响因素,构建了滚筒截割煤岩力学模型,设计了滚筒载荷数值求解路线,获得了滚筒载荷的时间历程曲线,并运用数理统计的方法研究了煤岩硬度、行走牵引速度、滚筒转速等因素对滚筒载荷特性的影响规律,结果表明:滚筒三向力的均值、峰值随着牵引速度的增大而增大,牵引速度对截割阻力和牵引阻力的波动系数的影响较小,但对侧向阻力的波动系数影响较大;截齿顺序式排布对滚筒三向力的均值和峰值影响较大,混合式次之、棋盘式最小,截齿混合式排布对波动系数最大,棋盘式次之,顺序式最小;滚筒三向力的均值、峰值随着滚筒转速的增大而减小,而波动系数随着滚筒转速的增大而增大。在1:1模拟煤矿井下环境综采成套装备实验台基础上,设计了截齿三向载荷测试传感器,完成了采煤机正常、斜切、端帮截割三种工况下截齿载荷测试,针对实验数据中存在大量噪声的问题,提出了基于改进小波阈值的信号去噪方法,实现了干扰噪声信号的去除,并保留了原信号中的突变信息,获取了三种工况下更为真实滚筒的截割载荷,并将其与滚筒截割载荷模型进行对比,验证了模型的正确性。本文研究成果可为采煤机、掘进机及类似钻探设备的破岩载荷分析提供理论支撑。并为滚筒的设计与优化、采煤机系统动态特性和可靠性分析提供理论支撑,有一定的工程价值与理论意义。该论文有图90幅,表16个,参考文献160篇。