随着国民经济的发展，我国大型水利水电工程、矿山开采、港口建设和市政基础设施建设项目逐年增加，同时投入力度不断加大，对大型的挖掘铲装设备的需求也不断增多，液压正铲挖掘机由于其具有承载能力大，作业效率高等优点越来越受到用户的青睐。正铲挖掘机的工作装置是完成挖掘动作的主要部分，然而，国内对于正铲挖掘机工作装置的研究和设计方法的资料较少，并受国外知识产权的垄断，构型单一。鉴于此，本文从机构创新的角度，提出了一种适合于正铲挖掘机的新型多连杆多环路机构，并对该机构进行了较为全面的设计和分析评价工作。本文按照机构选型——数学建模——尺寸确定——动力匹配——性能分析的流程进行研究。应用“平面12杆3自由度拓扑图图谱库”对正铲挖掘机机构进行了综合，并根据正铲挖掘机的运动和工作特性建立了若干条筛选原则，得到了一种合适的构型，对所选机构进行了运动学的分析和建模，得到了机构的位置解和速度解。介绍了不同斗容下正铲挖掘机工作装置主尺寸的设计方法，总结现有资料提供的设计数据，并据此确定了斗容为50m3正铲挖掘机主尺寸。根据正铲挖掘机的工作特点，以铲斗的水平提升和水平推铲过程中稳定性最佳为优化目标，应用MATLAB遗传算法工具箱对挖掘机其他构件尺寸和铰点布置位置进行了尺寸优化设计。另外也优化了液压缸铰点位置，最终得到挖掘机工作装置的所有的尺寸。通过分析正铲挖掘机的工作方式，并结合挖掘限制力的概念，对新机构正铲挖掘机进行了力学建模，并重新定义了新机构挖掘机挖掘图谱的概念，并基于此提出了负载力图谱的概念。根据耦合机构的运动特征和负载力图谱对设计的新机构进行了液压缸的匹配，得到了三组液压缸的长度、缸径等参数。最后对所设计的新机构正铲挖掘机进行了性能分析，并与现有构型对比，证明其所具有运动学和力学上优点。