机械式矿用挖掘机以其斗容大、强度高、挖掘作业效率高等特点，被视为现代最重要的矿山机械之一，得到广泛应用。随着经济的迅速发展，各国对铁矿石、煤炭等资源需求越来越多，进而对矿用挖掘机的要求也越来越高。传统的设计方法已经不能满足其快速发展的需要，所以，将优秀的现代设计方法应用到机械式矿用挖掘机设计中是非常必要的。本文对WK-35型矿用挖掘机工作装置各构件之间的运动关系和动臂结构进行深入分析。应用ADAMS软件建立工作装置的参数化模型，进行仿真优化分析，得到“最省力”的工作装置构件尺寸参数。此外，为了最大程度上减少工作装置的重量，以动臂为例进行结构轻量化设计。将“最省力”动臂尺寸应用到动臂APDL二次开发中，得到机械式矿用挖掘机动臂专用的有限元优化设计系统。该系统不仅实现了整个优化设计过程的按钮式操作，还得到了质量“最轻”的动臂结构。至此，本文最终达到了使工作装置挖掘“最省力”且“质量最小”的“双轻”设计效果。主要研究内容可总结为以下几方面：1.工作装置的运动学分析为使铲斗的工作效率最高且挖掘阻力最小，分析理想状态下铲斗齿尖的运动情况，得到斗齿尖理想挖掘轨迹曲线。并以此为基础，对提升机构和推压机构分别进行详细的分析计算，得到提升速度、推压速度等运动学参数。同时，参考实际物理样机具体结构计算出钢丝绳与天轮运动切点坐标。2.工作装置参数化建模及优化设计确定工作装置的建模铰点和设计变量，基于ADAMS软件建立工作装置的参数化模型。对其进行动力学仿真分析，应用MATLAB软件拟合理想和仿真挖掘轨迹对比曲线图，验证动力学模型建立的正确性。以较小的提升力和推压力克服给定的挖掘阻力为目标函数进行优化，获得“最省力”的工作装置结构尺寸参数。3.动臂优化设计专用系统界面的开发设置与动臂优化设计系统各功能一一对应的工具栏按钮，用户只需点击相应按钮即可完成动臂的设计、分析及优化等操作，实现动臂结构整个优化过程的按钮式操作，完善动臂优化系统的交互界面。4.动臂参数化模型的建立与分析以WK-35型矿用挖掘机动臂为例，提取动臂结构的几何参数，采用定义宏文件的方式，应用有限元二次开发工具APDL编写系统各功能文件，建立动臂有限元参数化模型。对其进行结构静力学和模态分析，从而全面验证动臂的强度、刚度及稳定性。5.动臂结构的优化设计确定动臂结构优化方案的设计变量、状态变量及目标函数，同时编写优化分析、控制、结果查看等宏文件。应用两阶优化算法获得动臂结构优化设计最优解。对最优解进行后处理，重新分析，通过圆整后动臂的强度、刚度等安全性条件，最终实现动臂结构的轻量化设计，同时也验证动臂优化设计系统的实用性和可靠性。