机械工程学报

作者：王世博, 葛世荣, 管增伦, 周士林, 王丽杰, 李雪峰, 王赟, 袁晓明, 马广军

单位：1. 中国矿业大学机电工程学院 徐州 221116;2. 矿山智能采掘装备省部共建协同创新中心 徐州 221116;3. 智能采矿装备技术全国重点实验室 徐州 221116;4. 中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院 北京 100083;5. 太重煤机有限公司 太原 030032;6. 南京工业职业技术大学机械工程学院 南京 210023;7. 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司 太原 030006;8. 山西中阳华润联盛南山煤业有限公司 吕梁 033400

关键词：采煤机滚筒,截割载荷,截齿,数字孪生,模型；

数字孪生是实现以采煤机为核心装备的综采工作面智能化运行的关键技术。采煤机滚筒截割是采煤机与煤岩环境动态耦合过程的首要环节，建立准确的滚筒截割载荷模型是构建采煤机高保真数字孪生模型的关键。综合考虑采煤机牵引运动、摇臂调高运动和滚筒转动，建立了采煤机滚筒齿尖运动轨迹方程，分析获得了截齿截割厚度、滚筒截割煤岩区域角等单齿截割载荷计算的必要参数。利用单齿截割力计算方程建立了滚筒截割负载模型，实现了滚筒转速、采煤机牵引速度、滚筒与煤岩界面相对位置等采煤机不同动态工况参数下的截割载荷实时计算。利用截割载荷模型初步构建了采煤机数字孪生系统，仿真分析了不同工况下的滚筒截割负载。研究结果表明：滚筒截割扭矩和截割力Fx受工况参数影响较大，而截割力Fy受工况参数影响较小。利用18201工作面历史运行数据，对采煤机滚筒截割负载模型进行了验证测试，发现恒速和变速牵引工况下截割扭矩的仿真值与测量值的平均误差分别为6.85 kN·m和6.36 kN·m，截割扭矩的仿真值与测量值包括7个本征模态函数(Intrinsic mode function, IMF)分量和一个残余项，且各IMF的频率范围和幅值变化非常相似，表明所建立的截割负载模型在频域内能够较为准确地对采煤机截割负载进行仿真。

来源：2026年第3期

《机械工程学报》期刊编辑部

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