全断面硬岩掘进机(Tunnel Boring Machine,简称TBM)是高度机械化和自动化的大型隧道工程设备。支撑推进系统是TBM掘进作业的核心,其性能优劣将直接决定TBM的掘进精度和掘进效率。本文以一种开敞式TBM的支撑推进系统为研究对象,在分析其工作原理和机构特性的基础上,研究了不同作业工况下TBM的受力特性和围岩对护盾的约束作用,完成了支撑-推进-换步机构实验台机械结构设计,建立了参数缩比准则,完成了实验台参数设计,最后进行了实验台的虚拟样机仿真。全文主要内容如下:(1)分析了开敞式TBM主机的机械结构、液压驱动方式以及工作原理,研究了支撑-推进-换步机构特性,提出了实验台的设计任务和功能要求,根据实验台的设计思想,确立了TBM支撑-推进-换步机构实验台的总体设计方案。(2)分析了不同工况下刀盘受力的真实情况,设计了实验台负载模拟装置的机械结构;分析了掘进工况下围岩对TBM的约束作用,设计了实验台围岩约束模拟装置的机械结构;完成了TBM缩比模型和支护装置设计方案。(3)依据相似理论基本原理建立实验台参数缩比准则,推导出实验台各物理量纲缩比系数,完成了实验台基本参数设计;确立了实验台刀盘驱动部分设计方案,完成了伺服元件的选型;进行了实验台液压驱动元件参数设计。(4)运用软件Solidworks进行了实验台三维建模,并完成了整机的装配;基于有限元仿真软件SAMCEF对实验台机械结构受力的关键部件进行了静应力仿真分析,为后续实验及该类型试验样机的设计提供一定的借鉴。