近年来,随着建筑业及采矿业的迅猛发展,作为工程机械中最重要品种之一的单斗正铲液压挖掘机的需求成倍增长,同时对液压挖掘机的技术及经济性能也提出了更高的要求。生产率是挖掘机主要技术经济指标之一,它代表在单位时间内从掌子中挖出并卸到运土车辆或土堆的体积[1]。特别是大型矿用正铲液压挖掘机,由于其斗容量及功率巨大,其生产率往往直接决定着施工工期及经济成本。本文以对正铲液压挖掘机机构运动分析为基础,对单斗大型矿用正铲液压挖掘机的生产率进行了深入、系统地研究。首先,论文针对正铲液压挖掘机的机构特点,详细地分析了其作业流程及典型挖掘工况,引入了理论生产率、计算生产率及实际生产率的概念,为生产率的研究奠定了基础。第二,分析并引入了“坐标变换的矩阵法”,以此为基础,对正铲液压挖掘机的工作装置(多自由度的多杆系统)进行了详细地机构运动分析,并建立了关键绞点的坐标变换矩阵,为力臂模型的建立提供了条件。第三,运用作图法原理,研究了基于生产率的正铲液压挖掘机的动臂、斗杆、铲斗的作业过程,建立了工作装置各运动部件及工作介质关于其关键绞点(A、B、C绞点)的力臂函数关系式,并以此为基础得出了全功率变量系统在各作业工况下主动油缸压力关于转角α、β、γ的数学模型,进而找到在各作业工况下挖掘机油缸速度关于转角α、β、γ的函数关系式,为挖掘机生产率的研究提供理论基础。第四,根据大型正铲液压挖掘机典型液压系统的构造及其工作原理。运用数学、物理的方法,深入地分析了双泵双回路全功率变量系统回转机构的运动特性。详细地研究了回转装置在等加速、变加速、匀速以及制动阶段所需时间的计算过程,并建立了其系列函数关系式。第五,提出以各转角α、β、γ作为被积变量函数积分的方法来求挖掘机工作循环时间的思想,建立起了带浮动工作装置结构的正铲液压挖掘机的各工作循环时间关于α、β、γ的数学模型。最后,基于以上分析研究中所建立的各函数关系式,在VC的编程环境下编制了“正铲液压挖掘机生产率分析计算”软件。软件集成了正铲液压挖掘机工作装置各部件关于A、B、C绞点的力臂分析计算、液压缸压力分析计算、转台回转特性及时间分析计算、正铲液压挖掘机生产率分析计算等模块。该软件具有客观、通用性等特点,能直接为生产服务。