大型正铲液压挖掘机作为工程机械和矿山开采设备中具有代表性的高端机械装备,其设计研发能力反映了一个国家装备制造业的整体技术水平。目前国内大型液压挖掘机技术产品虽发展迅猛但仍处于起步阶段,与国际顶尖水平相比存在着较大差距,对大型正铲液压挖掘机的设计理论、技术和方法进行研究,对于提高国内液压挖掘机的设计水平,推动国内挖掘机行业产业的发展,提升我国工程机械装备的国际竞争力具有重要意义。本文基于多目标进化算法这一先进的计算智能方法对大型正铲液压挖掘机工作装置的多目标优化设计问题进行研究。建立了正铲液压挖掘机工作装置的理论模型与分析框架,包括运动学模型、力学模型、挖掘阻力计算模型和挖掘性能评价方法,对正铲工作装置的作业参数、特殊工况、挖掘力、推压力、提升力、挖掘阻力和图谱叠加标准等技术指标和设计依据进行分析介绍。基于水平推压性能、斗杆挖掘力和铲斗挖掘力三个目标函数建立了简单型挖掘装载装置的多目标优化模型。基于动态拥挤排序策略、差分进化算子和随机变异算子提出了一种改进的非支配排序遗传算法,算法测试的结果表明改进算法的收敛性和分布性均优于原算法,能够很好地处理具有复杂帕累托前沿的优化问题。基于改进算法对简单型挖掘装载装置进行优化设计,并利用理想解法筛选得到了符合设计要求的正铲工作装置设计方案。针对强力三角型正铲工作装置的功能特点,建立了以水平推压性能、平移提升性能、等力矩提升性能、斗杆挖掘力和铲斗挖掘力为目标函数的高维多目标优化模型;提出了一种改进的分解类多目标进化算法求解强力三角型正铲工作装置优化问题,并与6种多目标进化算法的优化结果进行对比,最后筛选得到了能同时实现水平推压、平移提升和等力矩提升的强力三角型正铲工作装置设计方案,验证了所提出算法的有效性。基于三副摇杆型正铲工作装置的功能特点,建立了以水平推压性能、平移提升性能、水平推压力、斗杆挖掘力和铲斗挖掘力为目标函数的高维多目标优化模型;提出一种改进的基于参考点的多目标进化算法对三副摇杆型正铲工作装置进行优化设计,并与13种具有代表性的多目标进化算法的优化结果进行对比,验证了所提出算法的先进性,最后筛选得到了满意的三副摇杆型正铲工作装置设计方案。基于与某工程机械企业的合作研发项目,设计开发了80t级三副摇杆型正铲液压挖掘机样机,样机的性能指标和运动特性很好的符合了设计预期,验证了本文设计方法的有效性。