挖掘机是被广泛用于工业建设、民用建筑、交通运输、水利电力工程和矿山开采等行业的重要工程机械，在土石方施工中发挥着非常重要的作用。但传统的挖掘机在工作过程中，除了存在能量不能被充分利用外，还易引起液压系统的发热，影响挖掘机的整机稳定性和工作性能，而平衡挖掘机可以很好地解决能量利用和系统发热问题。为此，对其节能的分析和研究很有必要。本文针对传统挖掘机的节能问题，首先对挖掘机在工作过程中的各种能量损失进行分析，得到了挖掘机的机械能（动能和势能）的损失是引起其能量浪费的主要原因的结论；其次根据“机械设计节能基本原理”和上述机械平衡和液压平衡系统得到一种新的“液压—机械混合平衡系统”，提出平衡挖掘机的两种设计方案。两种设计方案的主要特征是将挖掘机的固定配重设计为活动配重，通过活动配重油缸与动臂油缸或斗杆油缸组成“液压—机械平衡系统”。使活动配重与动臂、斗杆、铲斗等组成系统势能为常量或在较小范围内变化实现各自对油缸的压力差为常量或在较小范围内变化；当活动配重与动臂、斗杆、铲斗等组成的系统势能不为常量或在较大范围内变化时依据“液压—机械平衡系统”，同样可实现各自对油缸的压力差为常量或在较小范围内变化。对两种设计方案进行动力学分析研究，初步得到了活动配重、活动配重油缸与动臂、斗杆、铲斗、动臂油缸或斗杆油缸及油路组成的系统是不同于‘液压控制节能技术’的有效节能方法。其节能效果在工作装置上下工作过程时的能量利用方面目前优于“混合动力挖掘机”，同时得到活动配重、活动配重油缸等相互连接组成运动机构的几何参数对节能设计及效果有较大影响。本文最后应用AMESim液压仿真软件，对传统挖掘机压力曲线与平衡挖掘机的动臂油缸以及斗杆油缸的压力曲线进行对比分析，得到平衡挖掘机两种方案比传统挖掘机的节能效果分别为13.29%和29.01%，同时还得到活动配重油缸与水平面的夹角在3.8°~61°（动臂）和3.4°~43.3°（斗杆）范围内变化时节能效果比较明显的结论，为平衡挖掘机进一步研发生产提供较为详实的参考资料。