工程机械行业燃油消耗仅次于汽车,节能减排是工程机械发展的核心问题,而大型化是工程机械节能的主要方法之一。为应对国内需求,研发大型挖掘机日益迫切。国内研发200t以上液压挖掘机尚处于起步阶段,由于欠缺铲斗挖掘阻力评估方法及数据积累,导致国内在整机设计及动力系统匹配时只能采用类比法,产品相比国外同类产品整机质量过大、能耗高。为此,基于离散元素法的应用,针对大吨位正铲液压挖掘机,提出了较为准确的挖掘阻力数值模拟计算方法,并从离散元角度对挖掘阻力进行分析研究。本文的主要研究工作如下:建立大型正铲液压挖掘机工作装置机构多体动力学模型,分析斗杆挖掘等典型工况下工作装置运动位置与姿态;对矿石材料物理特性进行标定,建立矿山矿石离散元模型。进行矿石堆垛仿真,分析矿石模型的自然安息角,对矿石模型进行验证;根据斗杆挖掘工况运动学模型设定工作装置运动参数,进行挖掘矿石离散元仿真,并得到该工况下铲斗所受挖掘阻力。将该挖掘阻力加载到工作装置动力学模型,分析工作装置受力,并且比较仿真与实验油缸压力,验证了该挖掘阻力评估方法的可靠性,为大型液压挖掘机工作装置以及液压系统正向设计提供数据支持。基于矿石离散元模型,对铲斗挖掘阻力进行了分析研究:研究挖掘阻力在铲斗上的受力分布情况,结果表明铲斗斗尖区域所受切削阻力为挖掘阻力的重要组成部分;通过对斗杆挖掘工况挖掘阻力的分析,确定了该工况下挖掘阻力受力三要素;研究不同挖掘后角对挖掘阻力的影响,得出斗杆挖掘工况下最优挖掘后角;分析对比工作装置挖掘力和挖掘阻力,对实机生产工作提供指导帮助。对工作装置动力学模型进一步细化,参数化工作装置机构铰接点,加载铲斗挖掘阻力,研究工作装置铰接点位置、油缸压力对挖掘力的影响,优化工作装置设计,提高挖掘效率。