液压挖掘机应用范围广、创造价值高,在工程机械中占据着重要的地位,是土石方开挖的主要施工机械,在能源、交通、农田水利、城镇建设、现代化军事等领域中发挥着重要的作用。但是,挖掘机的工作环境恶劣,载荷变化大,造成挖掘功耗大,零件损坏率高。寻求一种更为合理有效的方法,使挖掘机在作业过程中实现低能耗、高效率,对于提高其综合性能具有重要的意义。振动挖掘机是在普通挖掘机的基础上增设振动激励装置,使挖掘机的铲斗在工作时形成动态的振动挖掘力,从而大幅提升挖掘机入土和破土的能力,降低其在挖掘过程中的挖掘阻力,同时提升了挖掘机在硬质土壤、夹石地面等一系列复杂地况的工作效率。振动挖掘机在降低挖掘阻力,提高工作效率,减少能源消耗等方面具有突出的优势,大力研发振动挖掘机,使其尽早的进入市场,并投入到实际的生产建设中去,对于提高生产力,节约能源和保护环境来说都具有极其重要的意义。为此,本文将从以下几方面展开深入的研究:(1)以土壤的库仑定律为理论基础研究振动减阻的机理。以库仑定律为基础,分析振动能够减小刀具阻力的原因,并以挖掘机的铲斗为研究对象,分析振动挖掘的减阻机理,得到振动挖掘阻力模型和振动模型。(2)根据振动挖掘的研究机理,对普通挖掘机的挖掘臂进行振动设计改造。通过对不同激振方式的对比,设计本系统的激振装置,将普通的挖掘臂改造成振动参数可调的振动挖掘系统。(3)分别对振动挖掘系统及其主要零部件(动臂、斗杆、挖斗)进行模态分析和强度分析。模态分析为振动挖掘的合理激振提供参考,以避免系统出现共振现象,强度分析用来校验零部件设计的合理性。(4)以工作参数为试验因素,分别在红土和砂土中进行振动挖掘正交试验。通过设定频率、振幅和挖掘速度不同水平的参数组合进行挖掘试验,测得其在挖掘过程中的挖掘阻力,分析三因素的水平变化对挖掘阻力的影响,并得到不同工况下的最佳工作参数。(5)对普通挖掘和振动挖掘进行对比试验分析。通过分析普通挖掘和振动挖掘的挖掘阻力在整个挖掘过程中的大小和变化情况,得到振动挖掘在减小挖掘阻力上的量化优势。大力研发振动挖掘,对于提高挖掘机的整体性能、提高工程机械装备水平和节能减排都具有重要的意义。本文所设计的振动挖掘系统,在减小挖掘阻力上有着显著的优势,为振动挖掘后续研究和推广应用打下了良好的基础。