摘要: 为提高含夹矸煤层赋存条件下采煤机螺旋滚筒的可靠性，以“MG400/951-WD”采煤机为研究对象，对含夹矸煤层的试样进行物理力学参数测试。基于破煤理论，模拟得到含夹矸煤层赋存条件下螺旋滚筒的冲击载荷。结合刚柔耦合虚拟样机技术建立以螺旋滚筒为模态中性文件的采煤机刚柔耦合虚拟样机模型，得到螺旋滚筒的应力分布规律和振动特性。对采煤机刚柔耦合模型进行受迫振动分析，得到系统模态频率。在可靠性干涉理论和共振失效准则分析的基础上，利用神经网络，讨论相关失效理论的采煤机螺旋滚筒可靠性灵敏度优化设计问题。分析牵引速度vq、螺旋滚筒直径D、螺旋升角a、螺旋滚筒宽度B和截线距t对螺旋滚筒应力可靠性、振动频率可靠性和振幅可靠性的影响。构建螺旋滚筒多目标优化设计状态函数，利用结构进化优化算法，得到螺旋滚筒设计变量的最优解。结果表明:优化后螺旋滚筒最大应力为770.0351MPa，较优化前降低11.42%;优化后的螺旋滚筒固有频率得到提升;优化后螺旋滚筒振幅为0.3616 mm，较优化前降低20.12%，动力学指标得到改善，螺旋滚筒设计变量对其可靠性的影响程度降低;优化后螺旋滚筒可靠度由0.8324提高至0.9885。将刚柔耦合虚拟样机技术与基于相关失效模式的可靠性灵敏度设计理论和结构进化算法相结合，为设计含夹矸煤层赋存条件下的高可靠性采煤机螺旋滚筒提供更快速、可靠的技术手段。