本文紧密结合国家863课题“大直径全断面隧道掘进装备及重大工程机械装备研究”和973课题“硬岩掘进装备的关键基础问题”,以研究TBM的主机系统特性为目的,对其支撑-推进-换步系统进行了建模和仿真分析。旨在对纠偏系统、推进系统等进行详细准确的数字化建模,并在此基础上对其特性进行分析。在详细介绍了TBM主机系统,尤其是其支撑-推进-换步系统的机械结构功能并设计了液压系统的基础上,确定了TBM的主要工作步骤和各部分关节间的相互运动形式,分析并确定了TBM推进液压缸部分的四缸连通结构及其强机液耦合特性,为后文的数字模型建立和仿真分析奠定了基础。为了解决其多系统耦合特性的仿真问题,采用联合仿真的方式进行分析。建立了推进系统的机械、液压和控制系统模型,正确添加联合仿真模块和通讯接口,建立了软件间的联系,在合理添加围岩边界条件的基础上对其纠偏系统动态特性进行了仿真。分析了TBM支撑-推进-换步系统在正常推进过程中由于受力原因造成偏载时纠偏系统的动态响应,重点分析了载荷波动频率、载荷形式、液压油源参数、推程以及液压元件参数对纠偏性能的影响,同时提出了纠偏率这一性能评价指标。针对TBM系统设计中高刚度这一重要设计指标,对推进系统部分零部件进行了有限元网格划分,对掘进中整机刚度情况进行了研究。分析了不同推程下整机刚度的变化,以及系统各部分零部件对整机刚度的贡献情况,得出了一系列应力和变形云图以及刚度变化趋势。其中重点对液压系统的等效刚度进行了计算,得出了整机刚度的薄弱环节,并由此提出了提高整机刚度的几种解决方案。文章采用数字仿真的方式对TBM推进系统的特性进行详细分析,得出一系列重要结论和规律,为项目后续的数字样机建立,试验台搭建,乃至样机的研制生产提供重要技术支撑。