液压挖掘机因其功能齐全、使用广泛,在工程机械中占有重要的地位。面对现代农业的发展,挖掘机作为农业机械的一种,其现代化与智能化成为提高农业生产效率、减小劳动强度的重要途径。因此,本课题以提高挖掘机作业效率为切入点,以实现挖掘机对土壤等级和最佳入土角的自动辨识为目的,通过对挖掘阻力、工作装置进行分析建模,并以所得模型为理论依据对不同土壤进行试验,最终对试验结果进行评价。研究结合土力学、理论力学、运动学、动力学和编程控制等对土壤等级辨识和最佳入土角展开研究,具体工作主要涉及以下几个方面：论述了国内外土壤挖掘、切削力学建模的研究现状,指出了对土壤力学进行研究的必要性,并对建模中的重点和难点进行介绍。通过对土壤内部结构进行分析,得到土壤破坏力的决定因素；结合实际工程应用,根据土壤开挖难易程度(紧固系数)对土壤进行等级划分；运用土力学对土壤剪切受力情况进行详细分析,得到土壤阻力模型；运用动力学、理论力学对铲斗与土壤间互相作用力进行建模,得到铲斗的挖掘阻力模型；结合土壤阻力模型与挖掘阻力模型,得到最终的土壤等级辨识模型。把挖掘机工作装置与机器人学联系起来,通过运动学对工作装置进行运动学建模；运动学正解用于反馈当前斗尖位姿(位置和姿态),运动学逆解实现轨迹自动控制；对所有挖掘可行性策略进行分析整理,找出适合自动控制的挖掘策略,便于土壤等级辨识的自动化。最后通过试验验证理论模型,试验结果表明,加入土壤等级辨识模型和自动挖掘策略的挖掘机,对土壤等级和最佳入土角度具有很好的自动辨识效果,其中土壤等级辨识准确率在95%以上,粘土最佳入土角为19.6°～24.73°,粗沙最佳入土角为21.26°～29.08°,石子最佳入土角为30.99°～37.63°。