套管式掘进机是主要应用于铁路、公路等隧道工程中的掘进设备,具有环保性好、机动灵活、钻进效率高等特点,并且综合了全回转套管钻机和全液压凿岩钻机的优点,它的研制成功将会为我国隧道工程的发展提供一个新方向。目前,盾构在我国隧道施工中占有越来越重要的地位,但技术上国外占据着主导地位,导致盾构的采购价格过高,而且其施工前后期准备工序繁琐,施工成本高,因此在一定程度上影响其经济合理性。本课题在充分调研了国内盾构设备、全回转套管钻机和全液压凿岩钻机发展现状的基础上,充分调研了国内外当前形势下掘进设备的技术方案和发展趋势,给出了套管式掘进机的总体设计的方案,实现了套管式掘进机的主要零部件的结构设计。本设计采用了计算机辅助设计,利用Creo软件建立了套管式掘进机的三维模型,对其进行实体化、可视化,并在此基础上进行改进优化,大大缩短了产品生产制造周期,增进了工作效率。利用有限元分析理论采用ANSYS Workbench软件对套管式掘进机的套管、行走机构和变幅机构的托架进行了有限元分析,为后续的优化设计提供理论依据。使得传统设计中零部件的刚度和强度无法得到准确计算,而选取大安全系数法导致设备整体庞大笨重的弊端得到改善,验证并改进使设计更加合理,结构更加可靠,并优化了其动态性能。采用Matlab软件和Creo软件完成了辅助机构运动学正解和反解分析,并对其轨迹进行了计算规划,以达到智能控制的目的。本课题所设计的套管式掘进机具有环保性好,压拔力大,钻进效率高,机动灵活,工作状态稳定,行进路况适应能力强等特点。针对硬岩工况隧道施工,满足我国轨道交通迅速发展的需要。该设计属于一种新型设备,在满足施工需求的基础上,节省大量资金,使设备轻量化,为隧道掘进施工提供新的发展方向,改变国外技术垄断的局面。