随着地下工程建设发展的需要,隧道掘进机日益向着大型化、长寿命周期、高自动化、高适应性方向发展。由于国内隧道工程的大量施工,隧道掘进机设计制造国产化,尤其是隧道掘进机刀盘设计生产的国产化问题日显突出。我国幅员辽阔,各地地理岩土特性复杂多变,复杂的地理特征使得刀盘刀具的设计显得更加困难。国内目前隧道工程使用的隧道掘进机大多是生产厂家与国外企业合作设计制造,而刀盘的设计则全部是从国外进口的,对此能够设计出具有自主知识产权的刀盘则显得尤为迫切。针对上述存在的现实问题,本文充分分析研究硬岩掘进机刀盘的结构特点,深入研究滚刀的破岩机理和受力预测模型、刀盘的受力力学模型、刀盘刀具的布置方法和VB编程技术等,论文的主要研究工作和研究成果具体如下:(1)分析滚刀的类型及破岩机理、滚刀破岩时的受力模型,了解已有的盘刀的受力预测模型,确定在刀盘布置应用的滚刀受力预测模型。(2)研究滚刀受力对刀盘的影响,分析刀盘转动过程中滚刀所受的惯性力力学模型以及其对刀盘的影响,总结刀盘受力的力学模型,计算刀盘的不平衡力和不平衡力矩。(3)根据刀盘的设计原则,为了使得刀盘受力平衡,总结出刀盘设计的主要参数以及滚刀在刀盘上的布置方法,计算刀盘不平衡力和不平衡力矩,调整刀具位置,使得不平衡力和不平衡力矩尽量小,从而确定岩石隧道掘进机刀盘滚刀布置方案。(4)开发TBM刀盘主参数设计系统,该系统封装了TBM刀盘设计所用到的所有命令,用户只需输入设计变量值即可,软件会自动进行计算处理分析,得到刀盘布置的主要设计参数和滚刀在刀盘上的位置坐标,并保存输出结果。(5)以大伙房水库引水工程用掘进机刀盘布置为例进行了分析验证,证明数学模型及其布刀方法可行性和有效性。