李明昊赵丽娟乔 捷

（1.沈阳理工大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110159；2.辽宁工程技术大学机械工程学院，辽宁 阜新 123000；3.辽宁省大型工矿装备重点实验室，辽宁 阜新 123000）

掘进机在截割过程中，行星传动系统的行星盘受到复杂的动态载荷，对其可靠性有着直接的影响，极易导致行星盘失效，影响巷道工作面的安全性和开采效率。掘进机的行星传动系统可靠性分析大都基于静态载荷，很少考虑动态负载的影响，将遗传算法和刚柔耦合虚拟样机的研究更是鲜有报道。以EBZ220 型掘进机截割部输出端的行星盘为研究对象，构建掘进机整机的刚柔耦合模型，分析输出端行星盘的薄弱环节，对掘进机截割部输出端的行星盘进行疲劳寿命可靠性优化设计，为采掘机械优化设计提供了高效的理论方法和明确数据支撑。

1 理论基础

1.1 掘进机截割机理

掘进机结构头在截割煤岩时，截齿受力分析如图1[1]。

图1 截齿受力分析

截齿截割阻力计算公式为：

式中：Zj为截割阻力，N；Pk为岩石的接触强度，MPa；KT为截齿的类型系数；Kg为刀头形状系数； 为截齿截角影响系数；tcp为截齿切削宽度，cm；hmax为截齿最大切削厚度，cm；θ为截齿所处位置的角度，（°）；Sj为截夹矸时截齿磨损后，磨损面在截割平面上的投影面积，mm2。

1.2 优化设计理论

机械优化设计目的是获取最优的设计变量，使机械零部件的可靠度达到最高。目标函数F（x）=[f1（x）,f2（x）······fn（x）]T中的单目标难以同时取得最优解[2]，利用理想点法将其转为综合优化设计函数为：

公式（4）的最优解为[x*,λ*]T，x*为该综合优化设计函数的最优解。……