大锻件制造业是国家重大技术装备产业的重要基础,关系到国家安全和经济命脉,是国家极端制造能力的集中体现。大锻件产品在电力,冶金,石化、船舶、航天、军工等基础产业中有着广泛的应用。大型锻造液压机是大锻件的制造加工设备,目前我国万吨以上锻造液压机共七台,数量为世界第一,且具备自主设计制造能力。重载锻压操作机是锻造压机重要的协调作业辅助装备,可以大大提高锻件精度、生产效率及材料利用率,降低能耗。但是目前我国还不具备大型操作机的自主设计能力,对于重载锻造操作机的基础理论研究对于提高我国重大技术装备制造水平具有十分重要的意义。锻压作业过程中,液压机的锻打运动会在操作机的夹钳处产生极大的荷载(力与弯矩),导致操作机机械构件以及锻件自身的破坏。特别是在某些事故工况中,压机失控导致锻锤直接下落冲击锻件,巨大的冲击荷载可能导致夹钳瞬间过载断裂。本文主要研究锻打过程中“压机-锻件-操作机”整体系统的瞬态动力学特性以及力流传递规律,为操作机设计提供理论支持。主要包括以下几个方面的工作：(1)夹持长棒料操作机缓冲行为分析长棒料是塑性加工经常遇到的一种工件,在后期整形阶段,压机速度快,冲击振动明显,液压机作业在锻件的不同位置对系统动力学行为影响很大。根据合理假设,建立了操作机系统的单自由度动力学模型,通过与有限元软件LS-DYNA仿真结果比较,证明了模型的有效性。对于简单的线性回复力无阻尼的情况,可以将夹钳所受最大荷载(力与力矩)表达为锻压位置以及系统参数(操作机参数,压机参数,锻件参数)的显式函数,理论上揭示这些参数对操作机所受最大荷载的影响机理。通过对比研究平动式与倾动式操作机的缓冲特性,结果证明二者动力学行为在本质上是相同的。对比分析了两类双线性回复力下操作机的动力学行为,在对比分析的基础上,提出了优化的缓冲力设计方案,以减小操作机锻压随动过程中所受荷载。(2)操作机大范围缓冲行为分析与多目标优化锻件拔长初期,锻件短粗,虽然压机在此阶段运行速度相对较慢,但是锻件变形大,操作机缓冲运动的范围随之增大,从而引起缓冲缸自身的刚度非线性以及机构构型变化产生的几何非线性。首先建立操作机系统多体动力学模型,研究了上述两种非线性对操作机动力学行为的影响。推导了缓冲缸压力方程,通过与现场试验结果比对,证明该压力方程的有效性。在一个锻压周期的不同工作阶段,操作机的设计要求也有所不同。变形期要求操作机受力最小,保证结构安全性；压机回程后,要求夹钳快速回归初始工作位置,以保证操作机的工作效率,两个目标需要同时兼顾。建立了操作机大范围缓冲行为的多目标优化模型,采用NSGA-Ⅱ算法对水平与竖向缓冲缸的相关参数进行优化设计,获得两个目标的Pareto最优解集,为操作机设计提供了更广阔的空间。(3)落锤冲击工况下操作机动力学行为分析实际生产中,因为液压系统故障等因素,可能导致压机上砧失控,在重力的作用下,上砧自由落体直接冲撞锻件表面,产生的巨大的高频冲击荷载,其峰值可能到达锻件自重的几十倍,导致夹钳的瞬间过载断裂。在LS-DYNA中建立操作机系统三维有限元模型,模拟落锤冲击引起的系统振动；基于该模型,研究了操作机自身参数、锻件参数以及压机参数这三类系统参数对于最大冲击力的影响。当冲击位置靠近夹钳,冲击力的峰值最大,系统基频对动态响应起主要作用,建立了近端冲击的操作机单自由度系统,对近端冲击的系统动力学行为给予理论解释。