在对液压挖掘机工作装置的相关研究进展分析基础上,针对液压挖掘机挖掘过程土壤阻力获取的困难、液压挖掘机转移±石效率的优化研究存在的不足,采用任意拉格朗日欧拉算法(ALE)在LS-DYNA软件中进行了土壤阻力数值模拟,并结合计算机辅助工程技术和数学方法,得到了挖掘过程耗时。以斗容与挖掘过程耗时之比为挖掘过程效率,通过正交试验和代理模型技术对铲斗结构进行了优化,有效提高了液压挖掘机的挖掘过程效率。论文首先阐述了研究背景及意义,介绍了液压挖掘机工作装置的研究现状、土壤切削过程研究进展及代理模型技术的发展情况,确认了本文的研究内容及研究方法。然后针对研究目的,进行了基于ALE的典型挖掘过程土壤阻力数值模拟,并通过在ADAMS中建立了液压挖掘机虚拟样机,以典型土壤挖掘过程仿真得到的斗杆和铲斗油缸压力时间历程与真实挖掘过程油缸压力数据进行对比,验证了仿真结果和基于ALE的土壤阻力数值模拟的正确性。结合仿真获取的液压挖掘机工作装置油压变化时间历程和液压系统参数进行了考虑挖掘过程土壤阻力影响的典型挖掘过程耗时计算。通过正交试验得到了铲斗结构参数对挖掘过程效率的影响规律,获得了挖掘过程效率优于原始值的铲斗结构。针对正交试验存在的不足,通过拉丁超立方采样方法,建立和验证了以挖掘过程效率为响应、铲斗结构参数为设计变量的二次多项式响应面代理模型及其预测精度。通过差分进化算法对代理模型函数寻优获得了最优结构铲斗,经试验分析,得到了挖掘过程效率更高的铲斗结构。最后总结了全文的工作并对后续的工作进行了展望。