近年来,斗轮挖掘机连续开采工艺成套设备在许多大型褐煤与金属露天矿等工程的应用,显示出效率高、建设周期短,成本低的优越性。斗轮挖掘机的机型也逐渐向高生产能力、大型化方向发展。多履带行走装置担负着大型斗轮挖掘机等重型装备的承重、移动与转向行驶等重要工作,其性能和可靠性直接影响整机的工作安全性和工作效率。开发大型多履带斗轮挖掘机以满足煤炭行业和冶金行业资源开采需求是目前我国矿山机械行业面临的主要任务之一。本文结合产学研合作项目对多履带行走装置的转向行驶理论、主要设计参数确定方法、虚拟样机仿真、多履带行走装置行驶试验以及多履带行走装置设计计算平台开发等关键设计技术进行了研究。本文在查阅国内外相关文献和与国内外相关企业交流基础上,介绍了多履带行走装置的结构特点、转向方式及转向机构、驱动装置及控制方法,综述了多履带行走装置的理论研究现状和发展趋势。转向时履带的受力分析是研究多履带行走装置行驶理论的基础。本文对多履带行走装置转向时各条履带的受力进行了研究,考虑了履带的宽度、履带接地面瞬时转动中心的纵向、横向偏移等因素,并分析了各种因素对履带受力的影响。提出了适用于各种多履带行走装置稳态转向分析的数学模型及求解方法。以正三支点六履带行走装置为例,对多履带行走装置非稳态转向特性进行了分析,提出了非稳态转向运动动力学模型及数值求解方法。基于多履带行走装置行驶理论,提出了通用的多履带行走装置的行驶阻力、转向机构拉力和各条履带驱动功率的计算公式,提出了关键工作部件主要参数的确定方法。基于理想柔性链假设,建立了悬垂履带链的数学模型,推导出离散履带链节的悬垂量计算公式和稳态履带链环的张紧力计算公式。针对影响多履带行走装置行驶安全的脱链问题,提出用于评判脱链风险的指标。虚拟样机技术是研究多履带行走装置的重要工具,论文基于多体动力学软件RecurDyn建立了多履带行走装置虚拟样机,以三支点六履带行走装置为例进行了典型工况仿真性能试验,对多履带行走装置的工作性能进行预测。理论分析方法和虚拟样机仿真方法均能够预测多履带行走装置的行驶性能,而理论分析和仿真结果的正确性需通过试验进行验证。本文针对目前国内最大的地面行走机械—应用于元宝山露天煤矿的六履带斗轮挖掘机,进行了直线行驶和转向行驶工况下履带驱动电机功率测试,同时将测试结果和理论计算结果及虚拟样机仿真结果进行了对比,验证了理论计算和虚拟样机仿真结果的正确。以多履带行驶理论为基础,基于MATLAB/GUI技术,面向多履带行走装置设计工程师开发了多履带行走装置设计计算平台,包括:多履带行走装置转向性能通用计算模块、支重轮辅助设计模块、球铰辅助设计模块和履带转向机构计算等模块,计算多履带行走装置的工作参数和预测其不同工况下的工作性能。本文对多履带行走装置转向时履带受力、稳态转向特性、非稳态转向特性、虚拟样机仿真及多履带行走装置设计计算平台的开发为多履带走行装置的设计提供了先进的分析方法和软件工具,为我国自主研制和开发多履带行走装置提供了科学的依据。