我国是核工业大国,军用与民用核设施较多,急需加强退役核设施与核泄漏事故的安全处理处置技术及装备研究。核设施退役与核泄漏事故的处理处置中,核辐射直接威胁作业人员的健康与生命,普通作业技术及装备无法开展工作。采用屏蔽性能较好的防辐射装置可确保安全作业人员和公众的健康与财产安全。同时,由于经屏蔽改装后的作业装备因体积负荷的增重,使原有的动力装置、动力负荷以及几何结构发生明显变化。同时,核设施所处的环境恶劣,大多是钢筋水泥混泥土结构或湿地粘质土壤,工作装置直接与带有放射性的重物接触,其受力状况非常复杂,系统的可靠性程度不高。工作装置结构设计是否合理关系到整个挖掘机的挖掘力和作业范围以及运动特性。因此,研究防辐射液压挖掘机工作装置挖掘力、运动学和动力学,对提高防辐射液压挖掘机工作装置工作能力具有重要的意义。本文采用理论分析、数值模拟与实验验证相结合的方法,对工作装置运动特性进行了研究。分析防辐射挖掘机在不同工况下的阻力和挖掘力,并对不同工况下的防辐射挖掘机工作装置的运动学、动力学和挖掘力的特性进行仿真模拟,在此基础上进行优化设计,主要内容有:(1)针对不同工况的阻力,对斗杆液压缸单独作用和铲斗液压缸单独作用两种情况的阻力分别进行了计算,并对工程人员较为关注的两种工况下最大挖掘力,在理论分析的基础上做了相关实验,得出铲斗挖掘力实验最大值是130.83KN,斗杆挖掘力实验最大值是96.726KN。(2)考虑到液压挖掘机建模的复杂性,本文采用第三方软件Pro/E建模,将建立好的模型以中性文件的格式输入到ADAMS软件中。在保证各关节点的位置几何约束不变的情况下,重点对工作装置进行了简化。(3)运用多体动力学中的仿真软件(ADMAS)对工作装置模型展开了分析,对模型运动学的分析,获得了整机挖掘的范围及相关重要作业数据,并发现各组数值与实际值相差很小;在斗杆油缸单独作用和铲斗油缸单独作用的两种特定的挖掘工况下,用动力学的知识对工作装置重要关节点的受力情况进行了分析,结果表明在实际工作过程中工作装置受力情况变化复杂。(4)运用了弹簧测力计方式分别在铲斗挖掘和斗杆挖掘工况下模拟了最大挖掘力,结果表明仿真值与实验值相差不大。(5)对工作装置进行了参数化研究,在对更换铲斗后的工作装置进行分析后,重点优化了连杆机构,优化结果不仅提升了连杆机构的传力比,而且减少了工作装置各关节点在工作过程中受到的载荷。