我国经济的快速发展,导致人口城市化现象越来越严重,随之带来了一系列的交通问题。为解决交通问题,各大城市都在修建地下交通轨道,考虑到环境和生态等因素,盾构法在城市交通中的用处越来越多。虽然我国已经实现了盾构机国产化,但是在一些关键部件的生产制造上还存在很多不足。滚刀作为盾构机破岩的核心部件,它的工作状态将直接影响整个盾构施工进度与成本高低,所以,对滚刀的分析研究对提高滚刀寿命具有重要意义。滚刀与岩石摩擦导致滚刀温度升高,随温度升高,刀具的热应变和应变会导致刀圈表面微裂,加剧磨损,同时产生疲劳损坏,降低刀具寿命。本文通过对滚刀温度场进行研究,提出优化方法并进行分析,旨在降低刀刃在破岩时的磨损,提高滚刀的使用寿命。本文具体的研究内容如下:(1)本文通过滚刀的分类对滚刀的安装位置进行研究,接着对滚刀的结构进行分析,绘制了CAD图,然后对滚刀受力和破岩机理做了分析,为滚刀的温度场仿真和优化提供理论支持。(2)结合对摩擦机理的研究,分析了法向压力、滑动速度、温度三个因素对摩擦系数的影响。分析了滚刀摩擦热的计算方法和滚刀热散失的途径,为后文温度场模型的建立提供理论支持。(3)对ANSYS有限元分析软件进行简单介绍。分析了刀具材料属性对滚刀温度的影响,为仿真时滚刀材料的选择提供理论依据。结合摩擦热分析,搭建了滚刀温度场三维有限元模型,仿真得出了盘形滚刀温度场分布规律及贯入度、刀盘转速对盘形滚刀温度场的影响规律。通过实验分析各掘进参数与滚刀温度场的关系,得出了滚刀温度分别与贯入度和刀盘转速变化之间的关系,验证了温度场仿真的正确性。(4)通过研究盘形滚刀破岩力与温度场之间的关系,结合滚刀升温机理,分析了摩擦热与滚刀直径、贯入度、刀刃角之间的关系。得出存在温度最优点,使破岩效率最高,为盾构掘进过程中参数的选择提供指导。通过计算研究不同直径滚刀刀圈的可磨损体积,分析得出了采用减小直径来降低滚刀温度的方法其可行性不高。提出了通过减小刀刃角来降低滚刀温度的方法,采用有限元仿真对比优化前后结果,验证理论分析的正确性。