全断面岩石掘进机（TBM）是集掘进、排碴、衬砌等功能为一体的隧道掘进大型复杂成套装备。TBM在掘进过程中会遇到极端高硬度、高石英含量围岩边界,这使得系统承受极端的强冲击突变外载荷。TBM主驱动系统由机、电、液、控等多系统集合而成,同时内含主轴承系统、齿轮驱动系统等具有复杂动力学特性的子系统,且不同系统之间存在时变载荷相互影响关系。这导致主驱动系统耦合动力学模型难以建立,其动力学行为复杂而难以预测,针对极端工况下的主驱动系统动力学性能设计难以实现。上述设计难点将直接影响TBM主驱动系统承力结构的稳定性、寿命和掘进性能,容易造成TBM主驱动系统关键承力部件发生一系列异常损坏等严重的工程问题。针对上述问题,本文建立了主驱动系统机电耦合动力学模型,揭示了各设计参数对系统振动响应和承载性能的影响规律,提出了 TBM主驱动系统动态设计方法。主要研究工作概述如下:（1）TBM主驱动系统机电耦合动力学建模方法:考虑主驱动机械系统各子系统的动力学特性,结合其与多电机同步控制系统之间的载荷相互影响关系,建立了从刀盘到主梁的耦合动力学模型。基于工程现场振动、扭矩以及动应力实测,结合常规动力学模型动力学响应进行对比,验证模型对于系统动态特性的计算准确性。研究发现机电的耦合关系显著改变了驱动系统的承载和振动特性。在强冲击突变外载荷、多电机异步驱动和同步控制策略动态干预的综合作用下,电机输出扭矩呈现出显著的周期波动特性,驱动电机的最大输出扭矩波动超过30%,这是实际工程中出现电机过载损伤的重要原因。而驱动齿轮的径向振动则呈现出周期性的强冲击特性,其最大振幅突变达到260%以上。（2）TBM主驱动系统动力学行为研究:通过对系统的固有特性研究,发现系统在实际振动中容易出现1-3阶模态耦合振动的情况。系统的刚性以轴向最高,纵向次之,横向最小。基于参数灵敏度的计算方法,对系统主要质量参数和刚度参数、系统各阶模态以及各自由度的振动特性进行分析,得到了各动力学参数下的模态跃迁点。通过研究系统主要部件各方向振动沿着主驱动掘进方向的非线性变化规律,发现支撑壳体部位的倾覆振动出现了显著的“放大效应”,其幅值分别达到刀盘处的123.60%和118.99%。在动力学设计中应该着重关注,关键承载部位的各方向动态载荷呈现非线性递减趋势,为系统承载部件设计提供依据。（3）TBM主驱动系统动力学性能设计研究:基于系统动态性能的高敏设计参数,提出了能够适用于实际TBM制造和施工的动态设计方法。研究确定了系统主推进油缸最优支撑角度为82°;主轴承半径最优设计半径为2.2m;同步驱动单元在X型布置下其负载最大差异比对称布置小37%;扭矩主从控制策略在强冲击突变载荷下具有更好的均载性能。在此基础上具体分析了主驱动系统在不同类型岩石和主要掘进参数下系统的动态性能。本研究为TBM主驱动系统的高稳定性设计提供依据。（4）TBM主驱动系统调质吸振器设计研究:基于TBM主驱动系统的动态特性研究,提出了一种适应于实际掘进过程中调质吸振器的设计方法。在TBM主驱动系统耦合动力学模型的基础上建立TBM-调质吸振器动力学模型,综合考虑减振结构的运动学和动力学特性,研究其在典型强冲击载荷下的振动吸收机理,并研究系统主要设计参数对系统减振效果的影响。利用动力学仿真模型对系统的减振效果进行验证,为TBM主驱动系统新型减振结构设计提供新的思路。（5）工程实例应用:以工程实际TBM为例,采用本文的主驱动系统耦合动力学建模方法建立其系统动力学模型,通过现场多点振动实测验证模型对系统振动特性的计算准确性,基于动力学模型对固有特性及关键部件振动特性进行分析。在此基础上应用调质吸振器的设计方法设计适用于实际工程TBM的减振结构,通过减振系统的减振作用,系统支撑壳体轴向及横向倾覆加速度最大振幅分别减小了 26.7%和13%。本文的研究为TBM主驱动系统动态特性机理研究和系统动力学设计提供借鉴。