正铲液压挖掘机在露天煤矿采掘、水利建设等工程中得到了越来越广泛的应用,而工作装置则是正铲液压挖掘机的重要工作部件,其结构的合理性可直接影响挖掘机的工作性能。因此,对工作装置进行研究是非常有必要的,也是整机开发的基础。使工作装置性能达到最优,是挖掘机设计者努力最求的目标之一。正铲液压挖掘机的工作装置由回转机构、动臂、斗杆、铲斗等多个构件组成,若采用传统的类比作图法设计,工作繁琐、设计精度低、周期长,不仅不易获得各项性能指标都比较满意的方案,通常还需要用物理样机来评价整机的综合性能,生成周期长、成本高、修改困难。目前,己有不少企业和研究机构对反铲挖掘机的工作装置进行了虚拟样机研究,从而缩短了设计周期,节约了设计成本,但对正铲液压挖掘机的此方面研究很少。本文根据某挖掘机厂商所提供的初始设计方案,运用虚拟样机技术对某正铲液压挖掘机的工作装置进行了运动学和动力学仿真研究,采用了通过调整关键铰接点位置以重组工作装置结构方案的方法分别对工作范围和挖掘力性能的进行了优化改进。优化结果表明,优化后改进方案的理论性能水平略优于国外同级产品,可使实机性能接近国外同级产品。本文的主要研究工作如下:1)分别对正铲液压挖掘机工作装置进行了运动学分析和动力学分析,得出了工作装置工作范围与挖掘力性能优化的设计方法,为下一步的仿真优化奠定了理论基础。2)根据原厂数据,运用三维建模软件UG建立正铲液压挖掘机的三维实体模型,转成PARASOLID文件导入MSC.ADAMS中,添加相应的约束和驱动,完成工作装置运动学仿真模型的建立;运用ADAMS/Hydraulics模块为运动学模型加入液压系统从而建立工作装置动力学模型。3)通过工作装置运动学仿真,得到初始设计方案的挖掘包络图与工作范围主要性能指标;通过调整关键铰接点位置的方法对工作装置工作范围的性能进行了优化,得到工作范围更大的优化方案,其工作范围理论性能略优于国外同级产品,仿真研究表明此工作装置能够进行挖掘机典型工况的运动。4)通过工作装置动力学仿真,得到初始设计方案的最大斗杆挖掘力;通过调整关键铰接点位置,对工作装置挖掘力的性能进行仿真研究,优化了斗杆挖掘力,并考查研究了最大斗杆挖掘力时,工作装置最大铲斗挖掘力和工作范围的性能。通过结果对比,验证了工作装置的工作范围和挖掘力的理论性能水平略优于国外同级产品,为正铲液压挖掘机物理样机的制造,新机型设计方案的评估提供了有效的研究结论。