煤矿盾构机行星齿轮系结构轻量化优化研究

王梦麟; 郭起龙

doi:10.13436/j.mkjx.202610029

煤矿机械 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (10) : 156 -161. DOI: 10.13436/j.mkjx.202610029

煤矿盾构机行星齿轮系结构轻量化优化研究

王梦麟, 郭起龙

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摘要

随着煤炭开采向深部复杂地质条件发展，煤矿盾构机2K-H型二级行星齿轮系传统设计存在结构冗余、重量大、动态性能不足等问题，给井下作业带来困难。针对该齿轮系开展了轻量化多目标优化。首先，基于集中质量法建立了含时变啮合刚度、齿侧间隙的平移-扭转耦合动力学模型，完成额定工况动态载荷分析；选取齿宽、模数、行星轮数目及二级太阳轮齿数为设计变量，以系统总质量、均载系数、最大振动加速度最小化为目标构建优化模型，经Plackett-Burman灵敏度分析、Box-Behnken响应面拟合后，采用非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)求解Pareto最优解集，通过模糊隶属度函数筛选折衷方案；最后，经ANSYS Workbench有限元强度校核。结果表明，优化后齿轮系质量降低18.7%，均载系数降低12.4%，最大振动加速度下降15.6%，最大接触应力850 MPa，一阶固有频率提升2.5%。该研究在保证强度与可靠性的前提下实现轻量化与性能协同优化，可为同类行星齿轮系轻量化设计提供完整方法体系与数据支撑，对提升煤炭采掘装备高效性与安全性具有重要意义。