系留气球系统作为一种滞空平台,具有超长的续航能力、极高的性价比以及很高的民用和军用价值。系留气球收放绞车作为气球升空回收与滞空的重要装备,关系到系留任务的可靠运行与安全保障。鉴于传统的牵引储缆集成式绞车无法满足任务要求,本文应用了一种牵引与储缆分离技术,设计了一套具有张力释放、柔性自动排缆和双驱动等特征的收放绞车,并对其相关技术进行了研究和优化。虽然该收放绞车服务于系留气球,但是相关的研究方法和结论对同类收放绞车乃至矿用绞车或海洋绞车的设计,均有一定的借鉴意义。首先,针对重载荷、大容绳量和小作业空间的系留工况特点,对缆绳、动力源、卷筒槽型、自动排缆方式以及牵引绞盘布局的多种方案进行了分析。吸取了国内外先进的绞车设计经验,采用了一种储牵分离的结构方案,并将双绞盘牵引绞车的箱体封闭结构改进为敞开式支架结构,方便装配及日后的维护。其次,结合升空收放任务的技术要求,对牵引绞车和储缆绞车的关键部件进行了参数化设计。计算了收放绞车的驱动参数,并选择电机型号。为了让缆绳整齐排列,确定了柔性排缆的关键参数。推算各层缆绳长度,并验证了储缆绞车的容绳能力。利用CAD技术,绘制了收放绞车的3D装配模型,为后续仿真奠定了基础。然后,针对多层缠绕易乱绳的现象,设计了双折线绳槽,并对缆绳层间过渡问题进行了研究。根据缆绳在双折线绳槽卷筒上的多层缠绕规律,利用了分段设计的方法,建立了爬绳垫块任意截面的数学模型,完成了卷筒两端爬绳垫块的设计及其布置形式。通过建立爬绳垫块和缠绕缆绳的3D模型,分析了缆绳层间过渡运动的过程。接着,构建了储缆卷筒和牵引绞盘等关键部件的力学模型,并利用CAE技术对其进行了强度和刚度的校核。着重分析了牵引绞车的“张力释放”原理,探究了当量摩擦系数、缆绳总包角和离心张力对张力衰减效果以及两绞盘承载状态的影响。计算了绞盘各绳槽上的缆绳张力,检验了牵引绞车尾张力的合理性。最后,对收放绞车的关键部件进行结构优化和改进。利用正交试验法,设计了关于卷筒的三因素三水平的正交试验,对其偏保守的初步设计进行了改进。建立了关于绞盘五个设计变量的多目标优化设计数学模型,并对其进行了灵敏度分析和响应面分析,利用了Design Exploration优化工具和多目标遗传算法对绞盘进行了优化设计,实现了绞盘的轻量化。