反铲挖掘作业装置是军用工程机械的重要作业装置,常用的有传统折弯式挖掘作业装置和伸缩臂式挖掘作业装置。传统折弯式挖掘作业装置挖掘性能好、作业范围广,但结构尺寸大,不便于总体布置；伸缩臂式挖掘作业装置结构紧凑,布置方便,防护性好,但挖掘作业范围相对较窄。而三节臂挖掘作业装置作业范围广、挖掘性能好,同时克服了布置困难的问题,军事效益显著。在本文中,详细阐述了三节臂挖掘作业装置的设计原则及设计流程,开展了三节臂挖掘作业装置的运动学分析、数学建模、优化设计等关键技术的研究。本文综述了挖掘机的发展概况以及三节臂挖掘作业装置在国内外的应用情况,分析了挖掘作业装置的典型工况,总结了挖掘作业装置的设计目标和设计方法。依据设计原则,将现有的传统折弯式挖掘作业装置的整体式动臂改为铰接式动臂,变为三节臂挖掘作业装置,保证修改设计前后挖掘性能基本保持不变。采用Denavit-Hatenberg矩阵法通过形成三节臂挖掘作业装置各个自由度之间的齐次变换矩阵,建立了整个机构的运动学模型。以铲斗挖掘时主挖掘区内铲斗油缸主动作用力充分发挥的比例为目标函数,确定了三节臂挖掘作业装置的优化设计计算模型。最后,采用遗传算法对三节臂挖掘作业装置进行了优化,并通过绘制挖掘图谱对三节臂挖掘作业装置优化前后方案进行了对比。本文对三节臂挖掘作业装置的特性分析和优化设计,完善了三节臂挖掘作业装置的设计理论,为相关产品的研制提供了技术支持。