液压挖掘机主要由主机和工作装置两部分组成,工作装置主要由动臂、斗杆和铲斗组成,并且工作装置是液压挖掘机各项功能的执行机构,其结构设计直接影响整机的工作性能和工作效率。动臂是工作装置中的重要构件,在实际作业过程中,动臂受力情况恶劣,不仅受到斗杆挖掘和铲斗挖掘时的交变载荷,而且常常受到冲击载荷,同时还要频繁的进行物料的提升与卸载,容易发生失效,甚至断裂。目前,国内对工作装置的设计大多是根据理论挖掘力的大小,选取出危险工况,即所受阻力最大的工况,然后进行优化设计。但是,传统的理论挖掘力是将铲斗周围的挖掘阻力平移到斗齿尖上,并分解形成切向力和法向力,但却忽略了挖掘阻力矩对工作装置的影响。因此,本文引用极限理论挖掘力,新理论下的极限挖掘力是指在考虑挖掘阻力矩后整个工作装置所能发挥的最大理论挖掘力,该理论较之传统理论更符合物理本质。另一方面根据挖掘阻力的大小选择的危险工况并不一定是工作装置受损最严重的工况。因此,研究极限理论挖掘力,选择最危险的工况对动臂的结构设计有较高的工程价值和实际意义。本文以某36.5吨级的反铲液压挖掘机为研究对象,利用极限挖掘力对经典危险工况和测试危险工况进行铰点力求解,并以此对动臂进行强度分析,最后选择出应力最大的工况作为最危险工况并进行优化设计。本文主要研究内容如下:(1)分析总结反铲液压挖掘机工作装置的机构和结构特点,建立整机运动学模型,并区别于传统挖掘力理论,根据极限挖掘力建立力学数学模型,为求解工作装置的铰点坐标和铰点力提供理论依据。(2)对比分析不考虑挖掘阻力矩的传统理论与考虑挖掘阻力矩的新理论下的工作装置的机构和结构性能,验证极限挖掘力的准确性和优越性,并根据强度分析中的应力大小选择出最危险工况。(3)在ANSYS中建立动臂的参数化的有限元模型,形成APDL命令流,方便模型的调用与求解。(4)利用MATLAB编译遗传算法,在保证强度的前提下,以轻量化设计为目的,调用APDL命令流完成动臂的结构优化,得到收敛的结果。对比分析优化前、后的模型,最终证明本文的优化方案对提高动臂结构性能,确保动臂结构的安全有重要的意义。