旋挖钻机作为技术含量和机电液集成度最高的大口径桩基础工程高端成孔装备之一,目前在我国已由完全进口转变为自主研发与制造为主,其应用日趋广泛。因此,对旋挖钻机及其关键部件的研究成为越来越迫切的任务。而同时,引入新的设计技术,利用虚拟样机技术进行旋挖钻机及其关键部件的研究与设计也将成为一种趋势。本文结合国家863项目,利用虚拟样机技术针对旋挖钻机变幅机构的动力学特性和优化设计进行了较为细致和深入的研究,主要工作如下:综述了国内外旋挖钻机和虚拟样机的研究与应用现状,介绍了旋挖钻机变幅机构的结构特点和工作原理,应用当量平面机构法将变幅机构简化为动臂平行四边形双摇杆机构和钻桅曲柄摇块机构。应用矢量方程解析法和牛顿-欧拉法建立了旋挖钻机变幅机构的运动学和动力学模型,完成了旋挖钻机变幅机构动力学特性分析的理论基础研究。结合三维造型软件Pro/Engineer和系统运动学/动力学分析软件ADAMS,构建了旋挖钻机变幅机构的虚拟样机;并利用虚拟样机,分不加载主卷扬拉力和加载主卷扬拉力两种情况,对旋挖钻机变幅机构分别进行了动臂变幅过程和钻桅变幅过程的仿真研究,其中动臂变幅过程分钻桅水平时和钻桅垂直时两种工况,钻桅变幅过程分动臂最低时和动臂最高时两种工况。根据“等效原则”,在已有旋挖钻机变幅机构虚拟样机的基础上,利用ADAMS软件自身的三维造型工具重新构建了可参数化的虚拟样机,完成了虚拟样机的参数化处理;利用参数化虚拟样机分别完成了钻桅曲柄摇块机构和动臂平行四边形双摇杆机构的优化设计,深入分析和研究优化结果,为旋挖钻机变幅机构设计提供了具有指导意义的理论依据和设计原则。最后,以SWDM-22型旋挖钻机为平台,分别完成了与仿真过程相对应的5个实验,验证了所建旋挖钻机变幅机构虚拟样机和仿真研究的正确性。总之,论文为旋挖钻机变幅机构的动力学特性研究和优化设计提供了一套完整的理论和方法,具有重要的理论意义和工程实用价值。