能源问题一直是国家未来发展的一大战略问题，面对人们日益增多的需求，开发新型能源已经迫在眉睫。Z-箍缩驱动的混合堆是一种有前景的新能源途径，作为其中的重要组成部分，快速换靶系统是必不可少的。快速换靶系统主要承担着反应堆负载靶的批量送入、新料安装及废料移除任务。换靶频率高达0.1Hz，负载重达5t，行程长达10m，且负载末端变形要控制在0.5mm内。基于以上指标、结合国内外现有技术，本文主要从快速换靶系统方案设计、高速重载运动机构振动特性研究及RTL热力耦合分析等方面展开研究。在快速换靶系统设计方面，针对换靶系统的高速、重载、大行程的技术难点制定了换靶系统总体方案，根据换靶频率要求进行了换靶系统总体流程设计；设计了运输小车配合转台轨道的运输系统以实现批量进料，针对系统高速、重载的特殊性进行了小车结构强度分析和动力系统方案验证；采用了直线电机、滚轮导轨、磁栅尺、抓钩组件相结合的高速重载运动机构以实现垂直送靶，为缓解高速冲击进行了机构的S型速度曲线规划，并根据速度曲线进行电机推力计算和滚轮接触疲劳强度校核。结合真空联动要求，设计了锁紧夹具和控制转环相配合的接口机构以实现密封/联通切换和接靶、撤靶等操作。在高速重载运动机构振动特性研究方面，基于接触理论对滚轮导轨建立接触力学模型。根据接触模型、结合拉格朗日方程法建立机构动力学模型，得到机构的自由振动方程，从而计算出机构的各阶固有频率，并与有限元仿真结果进行对比，验证模型的准确性。从研究结构的振动特性入手，分析了机构各主要参数对机构固有频率及质量的影响，在保证固有频率远离激振力频率的前提下以实现质量最小为目标对机构进行了结构优化。在RTL热力耦合分析方面，基于弹性薄壳理论，建立了RTL圆锥薄壳结构力学模型，推导了RTL圆锥薄壳的状态传递矩阵。根据边界条件对方程进行求解，并将所得结果与有限元仿真结果进行对比，验证模型的准确性。进行了真实环境下的RTL温度场求解，应用传递矩阵法对真实环境下的RTL进行热力耦合分析，得到了末端变形分析结果。