盾构掘进机是一种用于隧道施工的专用工程机械,它集机械、电气、液压光学、信息技术、传感技术于一体,具有切削开挖土体、主机推进、渣土运输(或者泥浆输送)、拼装预制管片以及激光测量导向等功能,广泛应用于地铁建设、铁路隧道、公路隧道、市政工程、水利隧道等工程。盾构管片拼装机是盾构掘进机的关键部件之一,它的主要功能是,在盾构机向前掘进一环后,将混凝土管片按照预定要求拼装成环,形成衬砌,以此对刚开挖的隧道表面进行支护。本文将现代虚拟样机技术应用于管片拼装机设计开发领域,采用Pro/E/ADAMS/ANSYS Workbench三位一体的现代新产品设计开发方法完成盾构管片拼装机的虚拟样机设计。论文主要从以下几个方面进行了研究：(1)概述盾构掘进机的发展历程、盾构管片拼装机的研究现状及发展趋势。介绍了管片拼装机的作业流程、工作原理以及运动方式,根据管片拼装机设计原则及依据,确定了能够满足管片拼装要求的设计方案,完成一种新型管片拼装机各个机构的选型与设计。通过三维建模软件Pro/E建立各机构的实体模型,并虚拟装配建立管片拼装机整机三维实体模型。(2)根据拼装机微调机构运动的特点,提出一种新型4-SPS/S三转动自由度的并联微调机构,并对其进行了运动学和动力学分析,表明所提出的新型4-SPS/S并联机构不仅能够满足管片拼装机横摇,俯仰和旋转三个微调运动要求,而且驱动简单、运动平稳。(3)通过多体系统动力学仿真软件ADAMS建立管片拼装机整机虚拟样机模型,对管片拼装机整机进行了运动学和动力学仿真分析,仿真结果表明管片拼装机能实现管片拼装时所需6个自由度的运动,满足设计要求。(4)采用有限元分析软件ANSYS Workbench对管片拼装机关键零部件进行了有限元分析。本课题采用虚拟样机技术深入研究盾构掘进机关键系统管片拼装机,提出一种新型的小直径盾构管片拼装系统,这对研发此类新型产品有很大的借鉴意义,并对实现盾构掘进机国产化具有重要的实际意义。