我国的工业发展依赖于矿产资源的不断提供,近年来,随着我国工业水平的不断进步,各行各业对矿产资源的需求也越来越急迫。由于我国工业发展较晚,在矿产资源的开发技术上要落后于美国、德国等工业发达国家,尤其是在大型工程机械技术上,长期受制于国外的技术垄断。为了提高国内自主品牌生产能力,突破技术难关,我国提出“中国制造2025”,旨在发展中国制造业,提升中国制造在国际上的影响力。本文针对矿产资源开发所用的大型矿用挖掘机进行研究,主要以工作装置为研究对象。首先开展矿用挖掘机工作装置的运动学分析。推导铲斗挖掘轨迹方程,得到挖掘轨迹曲线图。建立工作装置的数学模型,推导关键零部件运动方程,借助计算机绘制出关键零部件的运动特性曲线。开展矿用挖掘机工作装置有限元分析。对工作装置进行受力分析,得到工作装置的力学分析模型。基于运动学和力学分析的基础上,建立受力平衡方程。找到矿用挖掘机工作过程中的危险工况,求解出矿用挖掘机在危险工况下的受力情况,借助有限元分析技术,得到动臂在危险工况下的应力和变形结果。开展矿用挖掘机动臂的结构优化。对动臂进行参数化建模,使用软件集成的方法,通过设定设计变量的范围和优化算法,对动臂进行多次的重新建模和分析,找到动臂的最优解,得到动臂的优化结构。开展矿用挖掘机动臂的可靠性分析。通过蒙特卡洛法对设计变量进行抽样,得到实验设计样本。基于代理模型对实验设计样本进行拟合,再通过蒙特卡洛方法得到动臂的可靠度;统计实验设计样本,获得直接蒙特卡洛方法下的动臂可靠度。开展动臂的可靠性优化设计。以动臂的质量作为目标函数,动臂设计变量和动臂的预期可靠度作为约束条件,结合遗传算法和非线性规划函数进行寻优,得到预期可靠度下动臂的优化结构。