截割头是掘进机截割煤岩的工作装置,截齿在其包络面上呈螺旋线状分布,截齿排布方式的好坏决定了截割头截割性能的优劣,所以合理的截齿排布方式是截割头设计的关键部分之一。本文以悬臂式纵轴掘进机的截割头为研究对象,将叶序理论与截齿排布参数相结合,通过截齿仿生排布的方式,达到改善截割头截割载荷的目的。首先,本文将截割头投影在XOY面内,确定截齿安装半径;根据掘进机几何尺寸和截割头运动规律,建立截齿的速度和加速度数学模型;以截割头力学模型为依据,分析截割头受力情况与截齿位置角的关系。其次,研究叶序理论的内涵,根据叶片生长方式与截齿排布方式的相似性,建立一种仿生截割头模型,并绘制不同截齿安装周向角的截齿排布展开图。再次,采用离散元软件EDEM对两种类型截割头煤岩截割过程进行仿真,获取截割头载荷曲线,分析不同截齿安装周向角参数对截割头载荷的影响。最后,分析截齿间距对截割头性能的影响,根据截割头力学模型,以截齿间距为优化变量,建立优化截割头载荷的目标函数,采用Matlab软件优化截齿间距,再次进行离散元仿真,比较优化前后截割载荷情况,评价仿生截割头的优缺点。比较两种截割头载荷曲线得出结论:以45.833°为截齿周向安装角的仿生截割头,增强了横向载荷曲线的连续性,能够改善截割头纵向工况和垂直工况的载荷情况,提高了截割头工作稳定性,初步验证了截齿仿生排布方式的可行性。