ניתן לחלק את עקרון העבודה לפעולה מתואמת של ארבעה מודולי ליבה: מערכת הכוח, המערכת ההידראולית, מערכת ההילוכים המכנית ומערכת הבקרה.
מערכת כוח: מקור האנרגיה
מקור הכוח של מחפר הוא בדרך כלל מנוע דיזל (חלק מהדגמים הקטנים משתמשים בכוח חשמלי או היברידי), עם הספק שנע בין עשרות למאות קילוואט. אם לוקחים כדוגמה מחפר בינוני-, המנוע מייצר גז-בטמפרטורה- בלחץ גבוה על ידי שריפת דיזל, הנעת גל הארכובה להסתובב והמרת אנרגיה כימית לאנרגיה מכנית. במהלך תהליך זה, מהירות המנוע והמומנט קובעים ישירות את היעילות התפעולית של המחפר-לדוגמה, בעת חפירה בשכבות אדמה קשות, נדרשת תפוקת מומנט גבוהה כדי להתגבר על התנגדות; בעוד עבור פעולות טעינה מהירות, יש צורך במהירות גבוהה כדי להגביר את מהירות התנועה. מערכת הקירור של המנוע (כגון קירור מים או אוויר) וטכנולוגיית הזרקת דלק (כגון מסילה משותפת בלחץ גבוה-בשליטה אלקטרונית) מייעלות עוד יותר את יעילות האנרגיה והפליטות, תוך עמידה בתקנים הסביבתיים של מכונות בנייה מודרניות.
מערכת הידראולית: הליבה של שליטה מדויקת
המערכת ההידראולית היא ה"שריר" של המחפר, המעבירה לחץ באמצעות שמן הידראולי כדי להניע את הבום והדלי להשלמת תנועות מורכבות. מרכיבי הליבה שלו כוללים משאבה הידראולית, מנוע הידראולי, צילינדר הידראולי וקבוצת שסתומי בקרה. מונעת על ידי המנוע, המשאבה ההידראולית ממירה אנרגיה מכנית לאנרגיה הידראולית, ויוצרת זרימת שמן בלחץ גבוה-; קבוצת שסתומי הבקרה (כגון שסתום כיווני רב--כיווני) פועלת כמו "בקר תנועה", המווסת את כיוון זרימת השמן, נפח ולחץ כדי לשלוט בתנועות של מפעילים שונים. לדוגמה, כאשר המפעיל דוחף את הידית קדימה, שסתום הבקרה מכוון שמן בלחץ גבוה- לתוך תא הבוכנה של הגליל ההידראולי של הבום, ומעלה את הבום; הפוך, השמן זורם לתוך החדר השני, מוריד את הבום. טווח הלחץ של המערכת ההידראולית הוא בדרך כלל בין 20-40MPa, ועיצוב הלחץ הגבוה-מבטיח יציבות בתנאי עומס כבד. בנוסף, מחפרים מודרניים משתמשים בדרך כלל במערכות הידראוליות חישת עומס, אשר מתאימות אוטומטית את זרימת התפוקה של המשאבה בהתאם לדרישות העומס, מפחיתות בזבוז אנרגיה ומשפרות את יעילות הדלק.
מערכת הילוכים מכנית: גשר העברת הכוח
מערכת ההילוכים המכנית ממירה את הכוח מהמערכת ההידראולית לתנועה בפועל של הבום והדלי. המבנה שלו כולל ארבעה מרכיבים עיקריים: הבום, המקל, הדלי והפלטפורמה המסתובבת, המחוברים באמצעות פינים ליצירת מבנה רב- מפרקים. הבום פועל כ"זרוע עליונה" של המחפר, כאשר קצה אחד מחובר לפלטפורמה המסתובבת והקצה השני מחובר למקל, ומאפשר הרמה והורדה דרך הארכה והחזרה של הצילינדר ההידראולי. המקל מתפקד כמו "אמה", מחבר את הבום והדלי, ושולט בתנופה קדימה ואחורה באמצעות סט נוסף של צילינדרים הידראוליים. הדלי משמש כ"יד", המונעת על ידי מנוע הידראולי כדי לסובב את טבעת ההילוכים, מה שמאפשר פעולות חפירה והשלכה. הפלטפורמה המסתובבת היא ה"מותניים" של המחפר, מונעת על ידי מנוע הידראולי נדנדה כדי לסובב את תיבת ההילוכים, מה שמאפשר לכל המבנה העליון להסתובב 360 מעלות אופקית, מה שמגביר מאוד את הגמישות התפעולית. הרכיבים המכניים עשויים בדרך כלל מפלדת סגסוגת-גבוהה (כגון Q345B) ועוברים תהליכי טיפול בחום (כגון כיבוי וטמפרור) כדי לשפר את העמידות בפני שחיקה ועמידות בפני פגיעות, מה שמבטיח שימוש ארוך{10}}טווח בתנאים קשים.
מערכת בקרה: ה"מוח" החכם
מערכת הבקרה של מחפרים מודרניים השתדרגה מהפעלה מכנית מסורתית לבקרה אלקטרונית, תוך השגת פעולה מדויקת באמצעות חיישנים, ECU (יחידת בקרה אלקטרונית) וממשקי-מכונות אנושיות. חיישנים (כגון חיישני לחץ, חיישני זווית וחיישני מהירות) עוקבים אחר פרמטרים כמו לחץ מערכת הידראולית, זווית בום ומהירות מנוע בזמן אמת, ושולחים נתונים בחזרה ל-ECU. ה-ECU מתאים את פתיחת השסתומים ההידראוליים ומצערת המנוע בהתאם לתוכניות מוגדרות מראש או לפקודות המפעיל, משיג בקרת תנועה חלקה וחלוקת כוח סבירה. לדוגמה, בעת חפירת שכבות אדמה קשות, המערכת מגבירה אוטומטית את הלחץ ההידראולי ומפחיתה את מהירות התנועה כדי למנוע עומס מכני; במהלך טעינה מהירה, הוא מגביר את מהירות התנועה ומייעל את צריכת הדלק. חלק מהדגמים-מתקדמים מצוידים גם במערכות מיקום GPS ומערכות ניטור מרחוק, שיכולות להעביר את מיקום הציוד, מצב ההפעלה וקודי תקלות בזמן אמת, מה שמקל על ניהול ותחזוקה מרחוק.
