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采煤机是综采工作面重要的机械设备，其可靠性至关重要。论文以“国家自然科学基金项目（夹矸煤岩高效截割滚筒落煤动力传递规律及结构进化理论研究）”、某煤机公司“MG400/951-WD新型采煤机可靠性研究”和“采煤机滚筒设计软件开发”项目为背景，进行的主要研究工作有: 对兖州煤业鄂尔多斯文玉煤矿的煤样进行了物理力学特性实验，得到了煤样的物理力学性质指标，基于破煤理论，利用MATLAB得到了复杂煤层赋存条件下螺旋滚筒截齿的三向力和三向力矩载荷。基于ANSYS的APDL技术，开发了建立模态中性文件的程序。 基于刚柔耦合虚拟样机技术，利用Pro/E、ANSYS的APDL技术和ADAMS建立了采煤机刚柔耦合虚拟样机，通过基于实际工况的仿真发现了采煤机的薄弱环节，结合可靠性灵敏度设计理论、可靠性稳健设计理论和性能退化理论，提出了一种协同刚柔耦合虚拟样机技术与渐变可靠性设计理论的方法，分析了采煤机截割部行星架和螺旋滚筒设计变量对动态与渐变可靠性灵敏度的影响，构建了行星架和螺旋滚筒多目标优化设计评价函数，利用改进粒子群算法，得到了设计变量的最优解，发现优化后的采煤机截割部行星架和螺旋滚筒最大应力和设计变量灵敏度均有下降，可靠性得到提高，达到设计要求。 通过刚柔耦合虚拟样机仿真，得到了扭矩轴的最大剪切应力和扭转位移及扭矩轴设计变量对采煤机动态与渐变可靠性灵敏度的影响。应用微动疲劳与三维裂纹扩展分析软件FRANC3D建立引入裂纹后的扭矩轴有限元模型，对扭矩轴进行断裂特性数值模拟和裂纹扩展分析，提出了一种机械零部件新的疲劳寿命预测方法。 本文提出的协同刚柔耦合虚拟样机技术与渐变可靠性设计理论的方法，为工况恶劣的机械设备的可靠性分析、动态与渐变可靠性设计提供了重要的理论方法和数据支撑，具有普适性。