本论文以课题组研制的小型铁路轨道除沙车关键部件集沙铲为研究对象,为了改善集沙铲的性能,延长其使用寿命,通过表面工程技术对集沙铲表面进行等离子熔覆处理,运用试验与数值仿真相结合的方法开展研究。具体研究内容如下:(1)制作了等离子熔覆样件,利用点扫的方式,分别对熔覆层的各采样点进行能谱检测,通过各采样点元素含量与初始熔覆材料含量的对比,验证了熔覆的均匀性。通过显微组织分析,从微观组织方面对不同材料的熔覆层性能进行推断,通过力学性能试验,对熔覆层样件的耐磨性能、硬度及冲击性能等进行研究分析,得到Ni基合金熔覆层的显微硬度高于Co基合金熔覆层,两种金属合金熔覆后试样的耐磨性均有显著提高的结论。(2)对现有除沙车集沙铲结构进行简化,建立集沙铲三维建模、离散元分析模型及有限元分析模型,以45钢为基体,分别以Ni基合金和Co基合金为熔覆层,建立集沙铲的基础模型,利用离散元软件EDEM模拟集沙铲工作时沙子的运动状态,最终输出沙子在某时刻的受力载荷,利用耦合插件导入有限元分析软件Ansys Workbench进行应力及形变分析,利用疲劳分析软件n Code Design-Life对既定状态下的集沙铲进行疲劳寿命预估,以上分析表明两种熔覆层集沙铲均可满足其静力学性能要求,在不同合金熔覆层的加载下,基体的应力集中效应均有不同程度的减轻,同时验证Co基熔覆层比Ni及熔覆层更能够提高集沙铲的疲劳寿命。(3)研究不同熔覆层厚度对集沙铲性能的影响,对直叶片和弯叶片集沙铲进行静力学分析,分别从应力、形变、疲劳寿命和疲劳磨损等方面对两种厚度熔覆层的集沙铲性能进行分析评价,最终结论表明弯叶片条件下Co基熔覆层消除应力集中效果最好,能够更好的保护集沙铲表面。