液压挖掘机作为工程机械领域的典型代表,不仅在常规挖掘作业中表现突出,而且在一些特殊施工作业中发挥着其独特优势。工作装置作为液压挖掘机的关键组成部分,其运动学和动力学性能对整机性能有着至关重要的影响,因此工作装置的运动学、动力学分析及优化是液压挖掘机设计的重要内容。目前这部分研究工作大多采用虚拟样机技术进行了近似模拟分析,由于缺乏真实实验数据所得结果的可靠性值得商榷。本文基于液压挖掘机在实际挖掘过程中的实验数据,开展基于真实载荷驱动的液压挖掘机工作装置动力学仿真与优化研究,具体内容如下:首先,建立液压挖掘机工作装置的运动学和动力学数学模型,在Pro/E中建立液压挖掘机的三维实体模型,并在ADAMS中建立了挖掘机整机虚拟样机模型;利用虚拟样机模型完成了工作装置包络图的绘制,通过提取主要工作尺寸并与出厂数值作对比,验证了虚拟样机模型的尺寸精度。基于真实挖掘作业过程中液压缸位移和压力的实测数据,进行了液压挖掘机虚拟样机的运动学和动力学仿真,得到工作装置各铰点的位移和受力情况,并与理论值进行对比,结果表明基于真实载荷驱动的液压挖掘机工作装置运动学和动力学仿真能够真实反映挖掘机在实际作业过程中的运动和受力情况。其次,在不改变挖掘机工作装置主要结构尺寸的前提下,以提升斗杆和铲斗最大理论挖掘力为优化目标,建立了工作装置整体优化模型,采用生物遗传算法进行全局优化求解。采用虚拟样机对比了优化前、后挖掘机的主要作业尺寸和挖掘力的变化情况,并在ANSYS中搭建整体有限元模型,对比了优化前、后工作装置的受力和变形情况,结果表明本文针对工作装置进行的优化可有效提升整机挖掘力。最后,基于ADAMS/View的二次开发平台,针对液压挖掘机开发了专用的仿真分析模块,该模块具有界面友好、操作简单、功能齐全的特点,方便用户进行液压挖掘机虚拟样机的运动学和动力学仿真分析与设计。