当前,中国已经成为世界最大的盾构机市场,我国盾构机市场需求旺盛。据有关专家预计,随着我国城市轨道交通的发展,各类盾构掘进机未来潜在市场将有200亿元以上的产值。作为盾构机刀盘上一类重要的掘进刀具——滚刀,在掘进过程中不仅破岩量大,而且速度快,其破岩效率直接影响了盾构机掘进的效率。而滚刀的垂向振动直接影响滚刀的破岩效率、滚刀的使用寿命。研究滚刀振动特性,对于指导设计高效高性能滚刀,以及对盾构机刀盘轴向推进系统动力学模型的深入研究意义极其重大。本论文来源于该973项目中的子课题——“岩土切削机理与刀盘设计理论”本文完成了如下的主要工作：(1)分析了盘形滚刀的力学模型,在以往研究的二自由度振动模型基础上,将盘形滚刀分为三部分进行分析研究,进行了更为合理的节点划分、质量集中和刚度、阻尼的研究与计算,建立了三自由度的盘形滚刀垂向振动模型。该模型能够更为贴近的反映盘形滚刀垂向振动的实际情况。(2)利用MATLAB软件对滚刀垂向振动模型进行了仿真。本文以海瑞克滚刀与实验滚刀为例进行了算例分析,并分别以接近实际工况的阶跃力和正弦力作为输入条件,对振动模型进行了仿真。通过仿真分析了滚刀振动的特性。(3)设计了实验台盘形滚刀固有频率测量实验。根据幅频特性曲线确定盘形滚刀固有频率,由此验证相关的结论。(4)利用现有回转切削实验平台,设计了实验台盘形滚刀垂向振动测试系统,成功解决了滚刀振动测试难的问题。通过实验,获得了实验台盘形滚刀切削过程中的振动曲线。