大型港口、深水码头、海上平台等基础设施的建造以及深海能源开采等水下作业对桩基工程的发展提出了新的要求。液压打桩锤作为桩工机械的关键部分，具有能量大、效率高、无污染等优势，对我国大型桩工机械的发展以及经济建设起着重要作用。目前国内使用的大型的水下液压打桩锤，全部依靠国外进口，关键技术领域仍处于初期阶段，因此对液压打桩锤的研究具有重要意义。本论文中，为了防止桩锤撞击时锤芯反弹以及避免锤芯与桩基的直接撞击，减小桩锤撞击过程中的振动与冲击，避免打桩锤与桩基的损坏，设计了液压打桩锤的减振缓冲结构，包括减震换装置、悬吊装置以及砧铁缓冲结构。设计了柔性轴套以及法兰两种连接装置，柔性轴套不仅实现了桩锤撞击的柔性冲击，而且能实现打桩锤打击一定角度的斜桩；法兰连接则实现打击不同直径桩基的目的。为实现液压打桩锤水下作业，减小打桩过程中锤芯的阻力，设计了气密封结构。为增加液压打桩锤的打击能量，提高工作效率，采用双作用原理；并在双作用原理基础上，计算了蓄能器、液压泵以及阀等主要液压元器件的参数，选择了元器件的型号。简化了液压打桩锤上升、下降以及保压三个阶段的打桩过程，在此基础上建立各个阶段数学模型，并采用AMESim软件仿真分析了上升及下降阶段中高压蓄能器与锤芯的运动曲线。分析了锤芯与桩基的撞击理论：应力波及锤芯反弹；依据不同材料，简化了桩锤撞击的模型，定性分析了桩锤撞击产生的撞击力。本论文通过对液压打桩锤虚拟样机的主体机械结构的设计，不仅解决了桩锤撞击产生较大振动的问题，而且使液压打桩锤的适用范围更加广泛；对其液压系统的的设计及仿真，分析了锤芯运动的特点，通过仿真结果，验证了理论分析的正确性，为下一步进行液压打桩锤的试验样机研制提供了重要基础。