全断面隧道掘进机是地铁隧道、水利水电等工程中主要的工程设备。滚刀作为隧道掘进机破岩的关键部件,其使用寿命、磨损情况直接影响着隧道掘进机掘进的效率、成本及施工质量。由此,隧道掘进机滚刀刀圈材料的制备、滚刀的磨损研究已成为隧道掘进机研究领域的一个重要的方向。首先,在分析不同滚刀刀圈材料性能的基础上,采用不同热处理方案对42CrMo材料进行热处理,分别对不同热处理方案得到的试样进行冲击实验、洛氏硬度实验、金相组织观察和材料磨损实验,分析不同淬火与回火温度下42CrMo材料的韧性、硬度、金相组织与磨损特性之间的相关关系,得到该材料的最优热处理方案,将其与实际滚刀刀圈材料进行性能对比。其次,结合现场收集来的掘进参数、刀圈结构参数以及滚刀刀圈磨损量通过线性回归的方法,开展现场测试数据分析,根据分析结果指导施工现场的隧道掘进机掘进参数的选取与刀具更换。在数据分析结果的基础上运用LabVIEW编制磨损预测软件。最后,设计了岩粉磨蚀实验台,对其传动轴的结构进行校核,利用Ansys Workbench软件对岩粉磨蚀实验台进行静力学分析和模态分析,分析实验台所受应力、变形及易发生共振的频率。