随着科学技术的飞速发展以及土地资源的日渐短缺,地下空间的开发成为了必然。TBM作为地下隧道掘进技术常用的设备之一,被广泛应用于隧道掘进工程中。由于我国对TBM的研究还处于起步阶段,关键技术并不成熟,关键零部件主要依赖于进口,所以对TBM的深入研究具有重大的现实意义。作为TBM的一个重要组成部分,撑靴系统关键件的研究是整个TBM的设计中的重点。本论文的研究来源于“863计划”的资助项目“大直径硬岩隧道掘进机装备的关键技术及应用”的子项目之一:“关于撑靴与撑靴油缸连接位置球面结构材料选型与加工工艺的研究”,目的在于通过对TBM撑靴系统关键件的研究,为TBM的设计提供依据。本文的研究对象为TBM的撑靴系统关键件,研究内容从TBM的工作原理展开,对撑靴系统进行分析,找出所要研究的对象;对关键件进行分析,为有限元仿真分析奠定基础;对关键件进行有限元仿真分析,并得出结构优化的方案;最后,对关键件进行工艺路线的设计。具体的研究内容如下:1、通过对TBM工作原理的分析,指出撑靴系统对于TBM整个掘进过程的重要性;通过对撑靴系统的分析,指出球头零件与双球面零件对于撑靴系统的重要性,从而确定球头零件与双球面零件为撑靴系统的关键件。2、通过对TBM的主要工作状态的对比分析,得出TBM撑靴系统受力的最大状态发生于TBM掘进时;通过分析得出撑靴系统的受力情况,从而得出球头零件与双球面零件的受力情况。3、通过对关键件的有限元分析,得出了球头零件与双球面零件的变形图解与等效应力图解;通过对比不同材料属性与有限元分析结果的关系,对关键件进行材料选型;针对球头零件与双球面零件的等效应力值较大的情况,对球头零件与双球面零件进行了结构优化。4、通过对球头零件与双球面零件的工艺分析,分别制定出球头零件与双球面零件的加工工艺路线,并对球面形位公差的标注进行了探讨。