刀盘系统是全断面岩石掘进机的关键部件,在掘进机作业过程中,刀盘前部通过盘形滚刀承受着岩石的抗力,后部通过刀盘主轴承承受着掘进机作业的推力。因此,刀盘的工作性能直接影响着掘进机的掘进效率和施工安全。在当前地下隧道施工过程中,经常出现刀盘开裂,甚至断裂等情况,大大降低了掘进机的掘进效率,延误了施工工期,增加了施工成本。因此,有必要深入分析全断面岩石掘进机在实地施工掘进载荷的作用下,刀盘的变形特点及规律,寻找刀盘结构薄弱部位,进而对刀盘进行结构设计的加固与改进。获取正确的刀盘掘进载荷是研究刀盘结构特性最重要的必备条件之一。本文从切削角度出发,将掘进机掘进过程视为刀盘上盘形滚刀与岩石间相互作用问题,将盘形滚刀切削岩石的载荷整合为刀盘的掘进载荷,基于Aspo硬岩实验数据,获得更接近于实地施工过程的刀盘掘进载荷。以此载荷为输入,对刀盘的结构力学特性进行深入研究,寻找刀盘弹性变形的特点及规律,为全断面岩石掘进机刀盘的结构设计与加固提供理论基础。本文主要研究内容如下:(1)以弹性力学为理论基础,给出刀盘弯曲的弹性曲面微分方程,以刀盘与主轴承间简支、夹支的联结关系为条件,计算出刀盘在相应支撑条件下的弹性变形理论解;(2)对刀盘结构弹性变形进行有限元仿真模拟,并将有限元计算结果与理论模型解进行对比分析,寻找在掘进载荷作用下,刀盘实际弹性变形的特点及规律;(3)对刀盘结构进行模态分析,确定刀盘结构的振动特性,为刀盘的结构设计与动态特性研究打下基础。