斗轮取料机是散料料场最大的专用成套设备,广泛应用于矿山和港口等场合。对散料进行连续转运和装卸作业,具有操作简单、运行速度稳定以及生产效率高等优点。复杂多变的料场环境和斗轮取料机庞大的自身结构使最小能耗下取料机的运行参数设计成为棘手问题,传统的取料过程不仅取料效率依赖于作业人员水平,还易引发取料过程不平稳、高能耗以及塌方等问题。针对当前存在的不足,本文以QL6000.55型斗轮取料机为研究对象,研究斗轮取料机在取料过程中亟待解决的高能耗等基础性问题。提出一种适应于求解斗轮取料机高维非线性问题的快速高效蜻蜓优化算法;研究可靠性和频率约束下的斗轮取料机多目标优化系统;提出一种结构参数和运行参数一体化优化设计方法;在此基础上,开发一款适应于斗轮取料机快速参数化优化设计软件,将斗轮取料机的有限元分析、多目标优化以及最小能耗优化有机统一起来。本文研究内容如下:1)研究斗轮取料机工作原理并对其进行空间刚架建模。基于杆系结构理论和有限元基础编写空间刚架程序,采用有限元软件Ansys对测试算例仿真并对比本文方法结果,结果表明所有节点在各个方向上的误差均小于0.2%,从而验证了本文方法的正确性,可为后续研究提供模型和程序基础。2)针对斗轮取料机高维优化问题的特点,提出一种适应于求解高维非线性问题的快速、高精度优化算法。基于自然现象和物理现象提出自适应空气阻力及飞行耐力搜索策略、库仑力搜索策略和混合策略,选择测试函数和测试算例对不同策略进行仿真对比,结果表明基于库仑力搜索策略改进的蜻蜓算法性能优于其他策略;因此,可为后续的斗轮取料机优化研究提供一种快速、高精度的优化算法。3)研究考虑可靠性和频率约束的斗轮取料机质量和转动惯量多目标优化系统。在充分考虑斗轮取料机电机性能、制造成本以及使用场合的前提下,运用前文验证过的高性能优化算法进行优化计算,提出一种新型阶梯截面悬臂结构布局方案;通过分析斗轮取料机的性能,验证了优化后结构的可行性。4)研究斗轮取料机结构与运行参数一体化优化设计系统。考虑斗轮在切入和切出料堆时速度对系统能耗的影响,探索斗轮取料机最佳的取料姿态和回转速度;针对现阶段优化难以满足结构与运行参数同步性优化的不足,提出结构与运行参数一体化优化设计方法并探索其最佳匹配关系。在此基础上,开发一款适应于斗轮取料机快速参数化设计与优化软件,提高取料机研发效率并降低研发成本。