液压挖掘机的工作装置是液压挖掘机发挥效能的关键部分,其设计质量的好坏决定了整机性能的优劣。工作装置工作时的失效在很大程度上是设计不合理造成的,究其原因在于传统的设计方法和手段不能适应工程需要。动态优化设计是现代设计方法的新领域,其理论和应用都在不断发展和拓展。为了提高挖掘机工作装置的设计质量,探求广义动态优化设计理论的应用新领域,针对目前挖掘机工作装置设计中运动学及动力学优化和机液一体化协同设计这两方面的共性问题,本文开展了挖掘机工作装置设计的传统设计与虚拟样机设计与仿真工作。1.以斗容为1m~3的挖掘机工作装置为对象,基于机器人学的D-H方法分析,得到了运动学方程和在此坐标系下铲斗齿尖的坐标公式。利用等效元素法分析得到了反铲工作装置的运动微分方程,为动力学分析提供了理论支持。2.应用Pro/E建立反铲工作装置的实体模型,通过Mech/Pro工具导入ADAMS,对挖掘机工作装置虚拟样机模型进行了运动仿真,确定了挖掘机整机的工作范围,分析了挖掘机铲斗齿尖的运动轨迹图,从而得到最大卸载高度、最大挖掘半径和最大挖掘深度等基本工作性能参数。对油缸的功耗曲线和铰点的受力曲线进行分析,得知极值点多发生在铲斗挖掘物料的时候。3.利用ADAMS的参数化设计功能,对铲斗连杆机构的机构的传动比进行了优化,并修改了初步设计的杆长参数,得到了传动比高,铲斗转角范围大的新的铲斗机构。在ADAMS的液压模块,建立铲斗机构液压系统并进行仿真分析,得知铲斗油缸的伸出速度最大是0.26m/s,缩进速度最大是0.3m/s,符合实际作业中挖掘慢,卸荷快的要求。稳压阀全开的时间在0.96～1.92s之间。进行5次设计研究,得知稳压阀的控制端和输出端压力比应在3以下。文章提供了一条挖掘机工作装置设计的新思路即传统设计——实体建模——虚拟样机仿真——结构设计优化——机液系统耦合仿真,对于将广义动态优化设计这一现代机械设计方法应用于工程机械设计领域做了有益尝试。