支撑-推进-换步机构是全断面硬岩掘进机(Full Face Hard Rock Tunnel Boring Machine,TBM)实现高效、稳定及精准掘进的核心传动机构。针对该机构现有缩比实验台现存问题,本文以该实验台围岩模拟机构和载荷模拟机构为研究对象,进一步开展结构优化,静力学特性分析及有限元仿真分析等方面研究,主要内容如下:(1)分析了造成现有围岩模拟机构与护盾-围岩实际接触刚度曲线在低刚度区域存在较大偏差的原因,提出了一种利用组合碟型弹簧模拟时变围岩接触刚度的方法;同时,改进了载荷模拟机构的拓扑构型,实现了可准确模拟机构在作业中所承受负载特性的设计需求。借助solidwork软件,设计了围岩模拟机构与载荷模拟机构的虚拟样机。(2)构建了护盾油缸各驱动参数与叠簧刚度之间的映射关系,分析了油缸等零部件关键尺度参数(如:护盾油缸杆长和铰点位置)对机构力学性能的影响规律,为之后进行参数优化设计提供了理论依据。(3)建立了可模拟任意掘进负载规律的载荷模拟机构油缸与各驱动油缸之间的运动映射关系,分析了其运动特性和静力学特性。并根据相关结论,设计了各驱动油缸的工作压力及调整范围,为相关实验研究提供了参考。(4)借助有限元软件,仿真分析了改进后的围岩模拟机构和载荷模拟机构的静力学性能,得到了机构关键零部件的受力状态以及关键零部件的应力集中情况,以期提高实验台性能与精度。