基于遗传算法的采煤机螺旋滚筒多目标优化设计

第２９卷第５期

中国机械工程

Vol．２９ No．５２０１８年３月

CHINA MECHANICAL ENGINEERING

pp ．

５９１-５９６基于遗传算法的采煤机螺旋滚筒多目标优化设计

赵丽娟 范佳艺

辽宁工程技术大学机械工程学院,阜新,１２３０００

摘要:为实现采煤机螺旋滚筒截煤和装煤时综合性能最优,基于虚拟样机技术和离散元理论,得到了滚筒各截割性能指标与装煤率随不同结构及运动参数的变化规律,依据机械优化设计理论建立了各性能指标的评价函数.选取螺旋升角二截线距二转速和牵引速度为设计变量,建立了以不同性能指标为分目标的多目标优化模型,利用遗传算法求解得到了最优的结构参数和运动参数.结果表明,利用遗传算法优化后滚筒的最大切削面积增大２４７mm ２,截割比能耗减小０．０１４kW 四h

/m ３,截割功率减小１０．８kW ,截割阻力减小７０８５kN ,装煤率提高１．７％,有效地提升了滚筒的综合性能.研究结果为滚筒结构参数和运动参数的选取提供了数据支撑,具有一定的工程应用价值

.

关键词:采煤机;螺旋滚筒;综合性能;多目标优化;遗传算法中图分类号:TD４２１

DOI :１０．３９６９/j ．issn．１００４-１３２X．２０１８．０５．０１４开放科学(资源服务)标识码(OSID )

:Shearer 's Helical Drum Multi-ob j ective O p timization Desi g n Based on GA

ZHAO Li j uan FAN Jia y i

Colle g e of Mechanical En g ineerin g ,Liaonin g Technical Universit y ,Fuxin ,Liaonin g ,１２３０００Abstract :In order to realize shearer 's helical drum o p timal com p rehensive p erformances of cuttin g and loadin g ,the chan g in g of cuttin g p erformance indexes and the loadin g rate chan g ed with the struc-ture and motion p arameters were obtained based on the virtual p rotot yp e technolo gy and the theor y of discrete element．On the basis of mechanical o p timization desi g n theor y ,the p erformance indexes of e-valuation function were established．Helix an g le ,cuttin g line s p acin g ,s p eed and traction s p eed were selected as desi g n variables ,multi-ob j ective o p timization model with different p erformance indexes were established ,the o p timal structure p arameters and motion p arameters were obtained b y GA．The

results show that the bi gg est drum cuttin g area increases ２４７mm ２

,s p ecific ener gy consum p tion re-duces ０．０１４kW 四h /m ３

,cuttin g p ower reduces １０．８kW ,cuttin g resistance decreases ７０８５kN and the

loadin g rate im p roves １．７％,it enhances the com p rehensive p erformance of drum effectivel y ．The re-search p rovides the data su pp ort of the structure and motion p arameters 'selection ,it has certain en g i-neerin g a pp lication values．

Ke y words :shearer ;helical drum ;com p rehensive p erformance ;multi-ob j ective o p timization ;g e-netic al g orithm (GA )

收稿日期:２０１７

０２１３

基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１３０４１０５,５１６７４１３４)

０ 引言

螺旋滚筒作为采煤机截煤和装煤的主要工作

机构,其设计是否合理直接影响采煤机的工作性能.近年来,国内外学者在滚筒设计及其性能方面

开展了诸多研究.HEKIMOGLU [１]

研究了叶片参

数对截割阻力的影响,获得使滚筒截割性能达到最

佳的螺旋升角;BILGIN 等[２]对２２种不同抗压强度

的煤岩试样进行了大量切削实验,获得的截割比能

耗及截齿受力数值与理论数值相吻合;刘送永等[

３]对煤岩截割试验台上的４种排列方式的滚筒进行

截割实验,研究发现截齿排列方式对载荷及块煤率

有影响;陈晓飞等[４]以截割比能耗和载荷波动系数

等性能指标为目标对采煤机的滚筒参数进行优化,结果显示优化后采煤机的截割性能有所提高;马正

兰等[５]

对不同煤层的滚筒运动参数进行优化,使块

煤率得以提高.上述研究仅对滚筒截割性能指标进行研究,没有考虑滚筒对装煤性能的影响,滚筒兼具截煤和装煤两大主要任务,综合考虑才能使采煤机滚筒的性能达到最优.

１ 多目标优化设计理论

线性加权和法是处理多目标优化问题常用的一种方法,即将目标函数组合成一综合目标函数,

其一般表达如下[６]

:根据多目标优化问题中各个

目标函数f １(x ),f ２(x ), ,f l (

x )重要程度,对应地选择一组权系数W １,W ２, ,W l ,

并有四

１９５四万方数据