本文的主要研究对象为纵轴式掘进机截割头。以期通过分析研究截割头各参数分布特性及其之间相互关系,从而得到提高掘进机截割性能的途径。论文首先简要介绍了掘进机国内外的发展概况及其在我国的应用情况,对比分析了横轴式和纵轴式两种掘进机适用情况,分析我国掘进机的研究、设计水平和国际水平的差距,指出截割头研究的重要意义。作为研究的基础,论文还对截割头的工作机理和运动学特性作了必要的分析,讨论了不同工况下截割头的工作方式和特点。论文通过对我国某一掘进机截割头各个参数的深入研究,给出了一种适合各种类型截割头的三维模型建模方法。论文以岩石破碎理论和等截深理论为基础,通过系统分析,指出导程不仅受截深的影响,还与转速和截齿分布角有密切的关系,并建立了截割头上导程λ和分布角θ以及转速、截深之间的合理关系公式,解决了过去对截深和导程的关系只能给出了一个比较笼统的解释,不能定量的分析导程λ和分布角θ以及转速、截深之间的相互关系的问题,为截割头的设计提供一个参考,是论文的创新成果。论文利用COSMOS/Wbrks有限元分析软件和Adams动力学仿真软件对截割头进行了有限元分析和仿真分析,有限元分析结果表明,单个截齿在载荷的作用下应力集中在齿尖和齿座的根部周围,但产生的形变和位移较小,不会对冲击角δ和扭转角ε产生大的影响,因此在对掘进机的截割头在进行性能分析时,可以忽略不计,这为截割头力学模型的简化提供了依据,齿座形状的改进能够明显改善应力集中的影响,但不能显著改进截齿组与截割头的应力分布,为截割头的结构和强度设计提供了指导;利用仿真软件分析比较了掘进机在不同的运动模型下截齿的速度与加速度,由此综合分析出较好的运动方式。通过模态分析,指出掘进机简化模型的主振型的分布范围,为掘进机的整体设计提供参考。