钢轨打磨能够有效修复钢轨表面各种疲劳接触损伤和缺陷,改善轮轨匹配关系,提高列车运行平稳性和安全性,降低铁路运营成本。与传统钢轨砂轮刚性打磨方式相比,钢轨砂带打磨作为一种新型的打磨技术,依靠接触轮、砂带和钢轨三者之间复杂的接触作用实现钢轨表面材料去除。砂带打磨具有“弹性接触”特性,打磨过程中不易对钢轨表面产生伤损。然而,当前研究主要是将砂带和接触轮等效为一体来研究接触轮和钢轨之间的接触作用机理,忽略了砂带表面磨粒的形貌特征,严重制约了该打磨技术的实际工程应用。因此,本文将对钢轨砂带打磨磨粒微观接触和材料去除理论进行深入研究,并通过有限元仿真验证理论模型的正确性和有效性,主要研究内容为:通过基于白光共聚焦原理的三维表面轮廓仪测得砂带表面磨粒分布三维点云数据,根据砂带“静电植砂”工艺特点和国际表面纹理标准对磨粒参数特征进行提取,通过Matlab软件对提取的点云数据进行处理,生成系统能够识别的数据文件(.ibl),再编写与Pro/Engineer的接口程序,在Pro/Engineer中完成真实参数特征的砂带形貌实体建模。根据弹塑性接触理论,建立砂带磨粒与钢轨之间静态接触力平衡方程,确定每个磨粒与钢轨之间的接触作用力和接触状态,获得每个磨粒的打磨压力、磨粒刃端曲率半径、负前角、压入深度等工艺参数与接触区域形状、接触应力分布之间的数学关系。同时,建立ABAQUS有限元软件仿真模型,通过理论与仿真对比分析来验证理论模型的有效性。基于砂带表面磨粒与钢轨表面之间静态作用机制,考虑钢轨砂带打磨实际工况,根据切削理论建立砂带表面磨粒磨削物理力学模型,确定磨粒磨削力,研究随着打磨过程中时间的推移,砂带表面磨粒与钢轨接触区域内应力及磨削深度的动态变化规律,以及打磨压力、磨粒负前角等工艺参数对磨粒与钢轨接触区域内应力及磨削深度的影响规律,从而建立打磨过程中砂带磨粒磨削钢轨的动态接触模型。通过ANSYS/LS-DYNA建立有限元仿真模型,进行仿真验证与分析。根据砂带表面磨粒磨削钢轨的动态接触模型,结合磨粒参数特征尺寸,采取从单颗磨粒到多颗磨粒、双向积分的方法,建立砂带磨削钢轨的材料去除率理论模型,利用理论模型分析各工艺参数对材料去除率的影规律。同时通过钢轨打磨试验台进行实验以验证理论模型。