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采煤机作为综采工作面中的关键装备之一,其动力学特性直接影响着整机的可靠性和稳定性,为此,本文通过理论建模、数值模拟和实验验证相结合的方法,对采煤机整机动力学特性进了系统性的研究。主要内容如下:基于采煤机工作面力学检测分析实验平台,分别进行了五种不同牵引速度下滚筒载荷实验测试,采用数据拟合方法构建了滚筒载荷的牵引速度修正系数的拟合公式,并通过实验方法对拟合公式的正确性进行了验证。为研究采煤机行走轮与销排的啮合特性对截煤过程中整机稳定性的影响,采用三维分形理论,从微观角度建立了平滑靴与中部槽的切向接触刚度模型,采用Hertz接触理论,建立了含有间隙的采煤机行走轮与销排结合面法向啮合刚度模型,依据采煤机调高油缸的结构和工作原理,建立了调高油缸的支撑刚度模型,利用胡克定律,建立了摇臂弯曲刚度模型以及机身与牵引部连接刚度模型,并以上述模型为基础,采用振动力学和多体动力学理论,建立了采煤机整机牵引-摇摆的13自由度非线性动力学模型,采用数值分析方法求解了在采煤机牵引速度为3 m/min、煤岩坚固系数f=3、开采俯仰角为0工况下,采煤机滚筒、摇臂、机身等关键零部件的非线性振动特性。结果表明:在实验修正载荷下,采煤机前摇臂、行走箱和机身主振动频率分别为17.57Hz、11.89Hz、8.83Hz;前滚筒、摇臂、行走箱的振动摆角和位移波动范围分别为-0.4rad～0.8rad、-0.1rad～0.5rad、±12mm,其中采煤机前滚筒和行走箱在牵引方向上受到的载荷冲击最大,振动加速度波动范围分别为±500mm/s2,±400mm/s2;随着煤岩硬度由f=3增加f=5的过程中,采煤机前行走箱的振动位移均值变化趋势最大,变化范围为5.94mm～7.12mm;当采煤机牵引速度在1.5m/min～3.5m/min变化的过程中,前滚筒和摇臂振动摆角均值变化范围分别为0.18rad～0.37rad、0.17rad～0.32rad;当采煤机俯仰角在0～30°变化的过程中,前滚筒、摇臂、行走箱振动摆角和位移平均值变化范围分别为0.32rad～0.48rad、0.25rad～0.47rad、4.46mm～2.64mm。为研究采煤机截煤过程中,竖直与俯仰振动特性对整机稳定性的影响,综合考虑了采煤机机身、摇臂、牵引部等零部件的含间隙接触摩擦特性,分别建立了机身与牵引部连接刚度模型、摇臂与牵引部连接刚度模型、滑靴与刮板输送机接触模型,再以上述模型为基础,建立了采煤机13自由度竖直-俯仰耦合的非线性动力学模型,并数值求解采煤机关键零部件的非线性振动特性。结果表明:在实验修正载荷下,采煤机前牵引部、行走箱和机身主振动频率分别为7.47Hz、11.06Hz、9.21Hz。前摇臂和牵引部的振动位移范围分别为-1mm～5mm、-2mm～5mm,其中前摇臂的振动加速度波动范围为±300mm/s2。当牵引速度由1.5m/min～3.5m/min变化的过程中,前滚筒、摇臂、行走箱、牵引部振动摆角和位移均值变化范围分别为 0.17rad～0.34rad、2.07mm～5.70mm、0.30mm～2.37mm、0.11mm～2.01mm。随着煤岩硬度由f=3变到f=5的过程中,前行走箱振动位移均值变化范围为1.96～4.64mm。当采煤机俯仰角在0～30°变化的过程中,前滚筒、摇臂、行走箱振动摆角和位移平均值变化范围分别为0.36rad～0.52rad、0.27rad～0.50rad、2.29mm～4.32mm。为研究斜切工作过程中对采煤机整机稳定性的影响,综合考虑了斜切工况下采煤机各零部件间含间隙接触摩擦特性,分别建立了含有间隙条件的导向滑靴内侧与销排两端面法向接触刚度模型及其与销排顶面的切向刚度模型,平滑靴与中部槽的切向刚度模型,含有间隙条件的摇臂与牵引部结合面的法向接触刚度模型,机身与牵引部连接刚度模型。基于以上模型建立了斜切工况下采煤机整机13自由度的非线性动力学模型,并数值求解了采煤机关键零部件的非线性振动特性。结果表明:在实验修正载荷下,采煤机前摇臂和行走箱主振动频率分别为16.63Hz、12.14Hz;前滚筒、摇臂、行走箱的振动摆角和位移波动范围分别为-0.6rad～0.3rad、-0.4rad～0.1rad、-14mm～14mm,其中前摇臂和行走箱振动加速度波动范围分别为±400rad/s2、±400mm/s2。当采煤机牵引速度由1.5m/min～3.5m/min变化的过程中,前滚筒、摇臂、行走箱振动摆角和位移平均值变化范围分别为-0.16rad～-0.44rad、-0.15rad～-0.39rad、-4.61mm～-6.67mm。最后,利用国家能源采掘装备研发实验中心采煤机工作面力学检测分析实验平台,对采煤机整机的振动特性进行了实验验证。通过理论计算得到的采煤机前行走箱振动加速度平均值均小于实验值,并且振动频率均大于实验获得的振动频率,在不同工况参数下通过理论计算得到的采煤机各部分的振动位移平均值均小于实验值,但是在以上通过理论计算得到的动态参数的特征值与实验获得到的相差不大,相对误差基本在10%以下,理论分析与实验研究基本符合。该论文有图59幅,表12个,参考文献160篇。