液压挖掘机利用工作装置完成土石方挖掘作业,工作装置的性能是整机设计水平的重要标志。本文针对液压挖掘机工作装置设计中存在的共性问题,结合企业科研攻关课题,对液压挖掘机工作装置整体有限元分析、铰点轴承设计、工作装置运动学和动力学综合优化等关键技术进行了系统研究。本文综述了液压挖掘机的发展概况及工作装置国内外研究现状,对液压挖掘机典型工况进行了分析,总结了挖掘机工作装置性能要求和设计原则。提出了工作装置整体有限元分析的方法,利用梁单元和实体单元相结合的方法建立了铰点的有限元模型,对车架、动臂、斗杆、铲斗、油缸和连接销轴构成的系统进行整体建模、加载和分析。以某挖掘机工作装置为例,进行了五种典型工况非线性有限元分析和模态分析,通过对现场测试试验,对仿真分析结果进行了验证。分析了挖掘机工作装置铰点的失效机理,提出了铰点销轴和轴套最小间隙的计算公式和最大间隙的限制条件。在对液压挖掘机工作装置运动学和力学分析的基础上,开发了工作装置挖掘性能可视化软件,提出的挖掘力云图可直观描述挖掘机在某一区域的挖掘性能。以特定区域挖掘性能为优化目标,工作装置的运动性能和力学性能为约束条件建立了优化设计数学模型,采用遗传算法对某挖掘机工作装置进行了优化设计,修正了原设计的缺陷,提高了挖掘性能,优化方案已被企业采用。本文对液压挖掘机工作装置设计关键技术的研究,发展了液压挖掘机的设计理论,对提高液压挖掘机的设计水平有重要的意义。