正铲挖掘机是以挖掘砂石土矿和装载松散物料为主要用途的通用型工程机械,在露天采矿、水利建设等工程中得到了广泛应用。正铲液压挖掘机有着可以沿着水平面运动实现清理和平整作业场地,挖掘力和崛起力大,卸载性能优越等特点。大型液压正铲挖掘机涉及机电一体化、液压传动、传感器、高等机构学等多个领域的高端设备,直接体现出国家装备制造行业的整体水平优劣,在工程机械中受到广泛应用。对工作机构动态性能与新构型进行相关研究有助于促进国内挖掘机行业的发展。本文主要工作有以下几个方面:本文基于机构拓扑结构理论分析了该挖掘机工作机构的方位特征(POC)集、自由度和耦合度。对多环耦合工作机构基本运动链环路的奇异位置进行分析。基于运动链环路理论对新型机构进行运动学特性分析,通过运动学的数值算例验证分析方法的正确性,得到了工作机构的运动空间与水平挖掘最优的铲斗倾角范围。为保证挖掘机自主挖掘过程平稳连续,结合实际工作环境与运动学约束,提出了基于活跃目标点粒子群算法(APSO)的无障碍时间最优的新机构多项式插值轨迹规划。基于牛顿-欧拉法对新机构的工作机构进行力学分析,与现行典型机构对比,在挖掘阻力最大时所需的挖掘机驱动油缸推力明显降低,新机构的挖掘性能有较大提升。并对正铲挖掘机正向挖掘的阻力进行研究。本文为正铲液压挖掘机设计与研究提供一个新的参考。