地下铲运机是井下矿山开采中的主要生产设备,研发大功率、高性能、节能型的地下铲运机,对于提高采矿的效率、降低采矿的成本具有重要意义。通过系统总结设计方法,为进一步全面深入开发高效、节能、环保的新能源采矿设备打下基础。本文结合14吨混合动力铲运机设计过程,对于铲运机混合动力系统的设计问题,从全流程及方法的角度展开了研究。在设计方法的指导下进行专业技术知识的调用,从方案设计、工况分析、系统详细设计等几个层面解决混合动力系统设计的关键问题,并通过样机试验验证了设计效果,研究的重点在于方案产生及设计实现过程。首先,在概念方案设计阶段,针对地下铲运机机电液复合系统设计的特点,结合工程机械类系统特征。提出了基于AD-TRIZ的方案设计模型,结合功能结构-能量-信息维度的顶层平行分解方式,得到了地下铲运机系统分析设计方法。采用该方法对地下铲运机进行了系统性分析,得到了多种设计解决方案。通过方案对比分析完成了铲运机混合动力系统的概念方案设计。然后,为满足混合动力系统从方案设计到技术详细设计需求,对铲运机的工况进行分析,将设计需求从定性功能描述深入到定量参数描述。并采用理论计算、虚拟样机仿真方法建立了地下铲运机的循环工况曲线。与之后试验测试结果进行对比,其实际的情况相符程度依次增加。但由于所需输入信息量程度不同,可对应产品设计开发的不同阶段。随后,从结构、能量、信息三个维度对铲运机混合动力系统详细技术设计的关键问题展开研究。针对地下铲运机混合动力系统设计的需求,从系统构型确定、关键部件参数匹配、系统布置、控制结构几个方面入手,完成了14t混合动力地下铲运机的系统设计及部件选型。针对混合动力系统驱动牵引控制需求,研究铲运机电驱动系统牵引力控制策略,提出了基于转速判定的功率闭环驱动系统转矩控制策略。针对地下铲运机前后桥独立驱动系统的特点,建立含有桥荷变量的驱动系统耦合模型,通过仿真验证控制策略的效果。为完成混合动力系统的能量供给功能,在信息维中通过合理设计能量控制策略,对动力系统能量维的性能进行控制。通过分析本文混合动力系统功率链关系,确定了控制系统所需的采集变量及控制参数。提出了一种双层控制结构的功率跟随控制策略,通过判断系统状态,控制发动机转速及发电机功率,保证系统工作性能并降低油耗。为提高非线性系统控制的鲁棒性,针对铲运机工作特点,建立一种模糊逻辑控制策略。通过仿真试验对比两种控制策略的效果,两种策略均能有效的实现控制目标,保证系统的正常工作。最后,通过试验方法验证铲运机混合动力系统设计效果。建立了基于V模式的内外层验证测试流程,分别从设计阶段和样机试验阶段对混合动力系统的设计进行测试验证。设计阶段通过仿真及台架试验的方法对混合动力系统的设计中各维度的关键点进行验证。样机阶段在试验场内,采用型式试验的方法验证了关键技术指标;采用典型工况性能试验的方法验证混合动力铲运机比传统柴油铲运机节油25.9%,具有更好的静态与动态燃油经济性。矿山工业试验进一步验证了铲运机混合动力系统的环境适用性和运行经济性。