目前，国产机械式挖掘机的生产仍处在仿制阶段，缺乏自主开发的能力。工作装置是挖掘机的重要组成部分，其性能优劣直接关系到挖掘机的生产效率和整机的可靠性。由于影响挖掘机工作装置的因素较多，传统的设计方法耗费时间长、工作量大，而且很难得到令人满意的结果。为了减少挖掘机设计人员的工作量，缩短产品开发周期，提高设计质量，对挖掘机工作装置的CAD技术进行研究是很有必要的。基于这种背景，本文进行了以下的研究工作。 (1)提出了以工程数据库为核心的挖掘机工作装置CAD系统集成框架；分析了集成系统中的几个关键技术，包括相似设计理论、基于挖掘过程的工作装置结构参数优化、基于装配设计的参数化技术以及支持系统集成的工程数据库技术。 (2)在对工作装置进行结构分析的基础上，开发了工作装置结构方案选择模块；采用相似设计和经验设计两种方法开发了工作装置结构参数初设计模块；根据挖掘机设计理论开发了铲斗设计模块；对挖掘机产品设计特点进行了分析，给出了集成系统数据库的三级组织结构，并讨论了集成系统数据库的访问技术。 (3)根据机械式挖掘机的工作原理，建立了挖掘机工作装置及挖掘过程的简化模型，在此基础上推导出挖掘体积的计算公式；对正铲工作装置进行了几何结构分析，推导出挖掘后角以及提升钢绳与斗柄中心线间夹角的表达式；对正铲工作装置的挖掘过程进行了运动分析，推导出推压速度和提升速度关系表达式以及提升力、推压力的表达式。 (4)由于以往基于指定工况和有代表性单轨迹的优化方式存在设计结果缺乏全局性和严谨性等缺陷，本文从挖掘的全过程出发，对工作装置进行多目标优化，建立了基于挖掘过程的优化数学模型，采用复合形优化方法编写了优化程序，并对P&H2800XP型挖掘机工作装置的结构参数进行了优化。 (5)从基于装配设计的角度考虑，利用SolidWorks软件通过白上而下的建模方式创建了正铲工作装置的参数化模型；在研究基于装配的参数化技术的基础上，利用VB6.0开发了挖掘机正铲工作装置的参数化模块。 (6)结合实例验证了工作装置CAD集成系统的可行性和实用性。 本文构建了挖掘机工作装置CAD系统集成框架，在此基础上开发的以工程数据库为核心的挖掘机工作装置CAD系统，可完成挖掘机工作装置的总体设计、优化、建模等多种功能。其中本文采用的工作装置优化和自上而下的建模方法比现有的方法更为合理或便捷。