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复杂煤层赋存条件下,工况恶劣,开采过程中遇到夹矸、过断层、挑顶、割底次数多,实现煤岩的机械化高效开采是煤炭工业亟待解决的一个问题。采煤机是完成煤炭开采工作的主要设备,螺旋滚筒是采煤机的重要部件,其动态可靠性直接决定了采煤机的整机性能,直接影响着采煤机械自动化的进程,更是影响煤炭生产效率的关键。 利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了复杂煤层条件下螺旋滚筒截割煤-岩耦合模型,基于不同工况进行截割过程的动态模拟,提取了滚筒与截齿的工作载荷,并分析了载荷的变化规律。通过对螺旋滚筒截割煤岩的动力学分析得到了由煤到岩变化时螺旋滚筒与煤岩耦合模型的应力云图以及煤岩体的塑性域演化规律,获取了滚筒与截齿的应力应变等参数的时间历程曲线,并找出了螺旋滚筒在工作过程中的应力分布规律。 研究表明:螺旋滚筒截割煤岩混合界面时,煤岩出现大量崩落,工作载荷波动变大;截齿的最大应力主要集中在合金头齿尖局部接触区域及齿柄头部的轴肩处,齿座最大应力主要集中在其根部;运用前苏联破煤理论计算出相同工况下滚筒合力与仿真值进行对比,验证了仿真结果的可靠性;改变牵引速度比改变滚筒转速对滚筒载荷与应力影响更明显;岩石位置及层数对截齿与齿座的应力没有直接影响,但对牵引阻力有很大影响。研究成果为薄煤层采煤机螺旋滚筒的结构设计及其截割性能的提高提供了重要参考。