硬岩掘进机工作条件恶劣,截割机构是硬岩掘进机的核心部件,其性能好坏直接影响到掘进机的结构强度和使用寿命。本文根据截齿载荷经验公式建立截割头载荷的数学模型,模拟得到了在截割不同硬度岩石时的截齿载荷和截割头载荷的变化规律。并以此为基础,对截割机构的关键零部件进行有限元分析,验算强度要求。然后,建立了截割机构的简化三维模型,并据此,利用拉格朗日方程,建立了截割机构振动数学模型,以此对掘进机的振动情况进行了模态分析,得到截割头和悬臂的振动曲线。最后,针对硬岩掘进机工作中常出现的问题,以截割粉尘量、比能耗、载荷波动、截齿消耗量和生产效率为分目标函数建立优化模型,以对上述目标函数影响显著的截割头结构参数和运动参数为设计变量,并根据截割机构的工作条件和实践经验确定约束条件,采用混沌-微粒子群算法对截割头的参数进行优化设计,得到硬岩掘进机截割头的最佳参数。