机床与液压

作者：黄奇宇，成思源，杨雪荣，吴问霆，聂雄

单位：广东工业大学机电工程学院；广东工业大学机电工程学院；广东工业大学机电工程学院；广州山河智能机器股份有限公司；广州山河智能机器股份有限公司

关键词：竖井掘进机;减速器;铣挖头;冷却系统;响应面法;多目标优化

基金：广州市行业科技协同创新中心建设项目（2024B04J000420）

针对下沉式竖井掘进机铣挖头减速器在竖井工作中散热困难的问题，设计一种双空腔半旋转接盘的螺旋管水冷却系统。建立螺旋水管冷却系统的热流耦合数值模型，采用Realizable κ-ε湍流模型与能量方程进行求解，并通过网格无关性验证和试验数据对比确保模型的准确性。基于Box-Behnken方法设计四因素两水平试验，应用Fluent软件仿真得到螺旋水管螺距Ps、管内径d及入口水温Tin与入口水流速vin4个因素对管道进出口压降与温差均值的影响规律。采用响应面法建立压降与温差2个目标函数的数学模型，并运用NSGA-II遗传算法对该数学模型进行优化分析，得到满足约束条件的Pareto解。结果表明：在一定冷却水温度下，增大螺旋管的内径和降低进口水速，可提升管道综合冷却效果，并使减速器整体冷却更加均匀；优化后，其进出口温差均值降低2.15%，同时进出口压降降低了12.55%，减速器整体最高温度从327.4 K下降到322.8 K，证明此优化方法的可行性；且仿真结果与Pareto解的最大误差为6.46%，证明优化结果可靠。该方法为类似受限空间内冷却系统的设计提供了有效的优化思路，具有工程应用价值。

来源：2026年第5期

《机床与液压》期刊编辑部

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