反铲液压挖掘机是一种复杂的机电液一体化产品,也是工程机械领域的标杆性产品,在国防工业、民用建筑、道路桥梁建设以及能源建设等众多领域发挥着重要的作用。工作装置是反铲液压挖掘机和作业对象直接作用的机构,对整机的作业性能有着举足轻重的影响。近年来大量企业和科研单位对反铲液压挖掘机投入大量资源进行设计开发,产品性能得到了很大改善,但是也仍然存在挖掘力不足和作业效率低的问题。对于工作装置机构的设计优化,可以更好地改善产品性能,更好地解决这一难题。本文通过搭建针对反铲液压挖掘机工作装置三组液压缸油压和机构相对转角的测试和数据同步收集平台,在四种典型工况下进行测试,收集到了三组液压缸的油压数据和机构相对角位移数据。通过数据拟合,分析了三组液压缸油压与挖掘阻力合力的变化情况。在此基础上,利用反铲液压挖掘机运动学和动力学模型,反求了国外两款液压挖掘机的油压变化数据,并进行了三款机型油压数据的对比分析,得出了工作装置机构尺寸对于三组液压缸油压的影响规律。建立优化数学模型,采用遗传算法,对反铲液压挖掘机工作装置机构进行优化,得到了优化后的机构尺寸参数。通过对优化前后液压挖掘机的工作效率的计算,得出优化后机型的理论生产效率较优化前提高了3.54%。该结果证明了优化设计的正确性,为企业进行工作装置机构设计提供了参考。本文主要研究内容和成果如下:(1)根据反铲液压挖掘机的工作特点,建立了挖掘机整机运动学、动力学以及挖掘阻力计算模型,得到了工作装置关节空间和位姿空间、驱动空间和关节空间的相互转换关系,为后续液压缸推力的计算以及工作装置机构的优化设计奠定了基础。(2)建立了反铲液压挖掘机工作装置三组液压缸油压和机构角位移数据同步采集测试平台,在四种典型工况下,进行了多次测试。对采集的数据进行转换、拟合,得到了油压与挖掘阻力合力变化关系图。根据挖掘机整机运动学、动力学以及挖掘阻力计算模型,求得国外两款挖掘机的油压数据,并进行对比分析。(3)概述了现在通用的优化设计方法,着重介绍了本文采用的遗传算法。分析了反铲液压挖掘机在优化设计过程中的设计变量、约束条件以及目标函数,建立了优化的数学模型,利用Matlab语言编制了优化程序,得到了优化后的工作装置机构参数。(4)分析了反铲液压挖掘机作业循环过程,计算了动臂液压缸、斗杆液压缸以及铲斗液压缸的运动速度。在此基础上,计算了优化前后机型的理论生产率,得到了优化后机型的理论生产率提高了3.54%的结果,证明了前文优化设计的可行性和正确性,对该类型液压挖掘机的设计具有一定的参考价值。