随着湿喷工艺在煤矿巷道支护工艺中推广,煤矿掘进巷道上料、搅拌、湿喷一体化成套设备受到煤矿企业广泛关注。全国多所研究机构相继研制出煤矿巷道条件下的几种类型湿喷机、搅拌机和取料机等机械,但尚未研发出有效的上料、搅拌、湿喷一体化的成套设备系统。取料机取代人工劳动作为矿用湿喷机和搅拌机的直接上料装置,其工作效率和工作能力对巷道湿喷效率影响较大。而目前已经生产的上料机中普遍存在抓挖能力不足、效率不匹配或者实验效果不理想等现象,是掘进工作面成套设备一直未得到大面积推广的重要原因。本文运用现代机械设计理论和方法,结合散料抓斗的相关知识,分析矿车取料机工作对象和工作特点,确定抓斗机构结构,建立抓挖过程动态平衡方程和抓挖轨迹曲线方程;建立矿车取料机抓斗机构抓挖能力的非线性优化模型,优化矿车取料机抓斗机构,基于拉格朗日乘子法求解优化模型,得到抓斗结构参数最优解,利用Matlab软件编程和仿真,得到最优结构参数下抓斗机构抓挖过程阻力变化规律;基于虚拟样机技术,建立抓斗机构和矿车取料机虚拟样机模型,对抓斗抓挖过程进行动力学仿真、结构性能分析和整机稳定性分析,仿真和分析结果验证了抓斗机构的结构强度、刚度和运动均能满足工作要求;矿车取料机抓斗机构进行了样机的试制和工业性实验,实验结果验证了抓斗机构能够实现基本功能,其抓挖能力、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,并通过实验分析抓斗自重和下落速度对抓挖能力的影响效果。