喷浆支护在井巷施工中得到了广泛的应用，但由于缺乏合适的从矿车内取料并送料至混凝土喷浆机的装置，目前取料和送料过程主要由人工完成，劳动强度大、工作效率低，严重影响了喷浆支护质量和井巷掘进速度。本文运用现代机械设计理论与方法，以设计一种能自动完成从矿车内取料并送料至混凝土喷浆机的工作装置为目标，为研制出高性能的矿车取料机及提高喷浆支护工艺的机械化水平奠定基础。应用设计方法学对矿车取料机工作装置的结构进行总体设计，并基于功能分析法对总体设计方案进行了优化；然后综合运用机械原理、机械设计、材料力学等理论，对取料机工作装置的关键部件进行了详细的设计与计算。在深入分析制约取料机抓取能力多方面因素的基础上，建立了矿车取料机工作装置抓取能力的非线性优化模型，并基于内点惩罚函数方法进行了模型的求解，得到了抓斗最大抓取能力时对应的取料机具体结构尺寸，使得取料机工作装置在满足井下狭小空间尺寸的前提下获得了最大的工作效率。利用三维建模软件Solidworks建立了矿车取料机工作装置的虚拟样机模型，并进行了模拟装配和干涉检查以验证方案的合理性；基于有限元分析软件ANSYSWorkbench及机械系统动力学仿真软件ADAMS分别对取料机工作装置开展了结构静力学分析及运动学仿真，仿真结果表明取料机工作装置的结构强度、刚度、运动学特性均能满足设计要求。对设计的矿车取料机工作装置进行了样机的试制和工业性实验，实验结果表明研制的新型取料机工作装置的设计是正确和可行的，其功能、工作效率、取净率和洒落情况等完全满足井下现场施工要求。