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葉片是采煤機螺旋滾筒的主要構件，承受截煤和裝煤載荷。因此，應合理地選擇其結構尺寸，使之既能滿足安全生產要求，又能合理地利用材料，減輕重量，以提高采煤機的工作穩定性，改善整機性能。本研究用有限元分析螺旋葉片的強度，為減輕滾筒重量尋求途徑。
葉片的主要幾何參數有：螺旋葉片升角，片栽割寬度B，片內半徑R和外半徑Rz，葉片厚度T，截齒在葉片上的排列方式等。本研究只從結構強度分析要求選取葉片的厚度T，為優化設計變量，假定葉片的其余參數為已知，為減輕滾筒重量，應在滿足強度要求的前提下，使葉片的體積最小，即以體積W(X)為目標函數。把螺旋葉片曲面區域，用隔開一定間隔d1與d，的坐標曲線分割為許多曲邊四邊形，對于每一個以點本程序可以進行采煤機螺旋滾筒具有強度約束的結構優化設計。程序中優化部分采用復合形法，強度計算采用板殼非軸對稱有限元分析，在有限元分析中結構的離散化由程序自動完成。復合形法在探求i-i優化解過程中，儉查整個可行區域，因此所求結構可靠，收斂迅速，且能有效地處理不等式約束的問題。輸入信息：計算性質標志變量，結構模型選擇參數，自動剖分網格參數。結構材料參數和結構邊界控制條件等。輸出信息：優化設計中間計算值，厚度變量迭代值以及相對應的體積值和結構，當量應力值最終優化結果，結構最佳厚度，最佳厚度的最大當量應力值。
根據某型采煤機螺旋滾筒的基本尺寸，用本程序對螺旋葉片進行優化計算。考慮到計算時間不致過多，螺旋葉片的計算位置只選定一個最危險截面，以按一種載荷計算。計算中選取采煤機的基本參數為：抗截強度Ap；抗壓強度R’；牽引速度磯；滾筒轉數；采高；滾筒直徑；截齒配置如圖所示。螺旋葉片優化計算模型參數：節點總數443單元總數603集中載荷數9；邊界點總數140螺旋葉片厚度變量初始值與上、下界值：初始厚度取30cm；上界值取40cm，界值取2.0cm。計算過程效率，控制精度e分別取10時，計算的迭代次數為8次，目標函數計算次數為37次，約束涵數計算次數為46次，計算過程中占CPU時間為1小時21分2秒。結構優化計算結果：最優厚度值T，最優厚度的最大當量應力值，最小體積。考慮到齒座焊接存在內應力，載荷突然過大，葉片磨損及變形因素，故葉片厚度應適當加大一些。
(1)優化程序采用網格自動生成方法，計算準備工作量很小，計算方便，實用性強。(2)對采煤機螺旋葉片的優化計算，因外載荷估計不盡準確，并考慮磨損及焊接E藝性要求等諸因素，設計變量下界值的確定偏于安全，故僅作為定性分析。據此分析應力分布，對葉片采取有針對性的措施，防止加厚的盲目性。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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