掘进机通过装载机构来对物料进行装载,通过将掘进机截割部破碎下来的煤炭或者岩土耙装到铲板中央的运输机构来实现装载过程。装载机构的工作效率直接影响掘进机的整体工作性能。研究可靠而高效的装载机构对于提高掘进机的生产能力非常重要。本文使用UG建立了星轮装载机构的三维实体模型,利用PFC3D内嵌的FISH语言编写STL到PFC3D软件的接口转换程序,将UG中转换好的STL模型文件导入到PFC3D中,从而实现了在PFC3D散体分析软件中建立星轮装载机构模型。通过散体力学相关理论,对星轮轮齿拨动物料做了力学分析,建立了星轮轮齿拨动物料的力学模型以及数学模型,通过介绍离散元颗粒法的接触模型,建立了物料的粘、弹性模型,提出了星轮的轮齿在推动散体物料的过程中任意散体质点的动力学模型以及相应的动力学方程。根据不同形状星轮轮齿对物料的受力不同的特点,通过受力分析对直齿星轮,凹面弧形星轮以及凸型星轮的受力进行了比较。确定了星轮在装载过程中转速的合理范围,通过动力学分析软件Workbench得到星轮装载机构的应力应变云图以及振型图。利用散体模拟软件PFC3D得到不同齿数的直齿和弧形齿星轮的装载效率曲线,并且比较了不同宽度铲板和不同直径星轮对装载效率的影响。利用数值分析的方法,将星轮轮齿坐标离散数据公式化,利用最小二乘曲线拟合的方法拟合出星轮轮齿形状。考虑到星轮装载机构传统的设计过程主要依靠经验,计算结果难以达到最优解,同时也造成额外的能量消耗,往往会导致浪费生产成本,降低机械效率,本文建立了掘进机星轮装载机构的优化设计数学模型,利用MATLAB遗传算法工具箱,绘制出遗传过程中各代适应度值线图,使得星轮装载机构的设计更趋于合理,从而为掘进机星轮的设计提供了理论参考和借鉴。