钢轨铣磨车铣刀盘设计与优化研究

摘要

经受长期的碾压后，钢轨轨面条件的不断恶化和轨头变形量的积累导致轮轨接触关系越来越差，钢轨的使用寿命降低，严重时将危及列车的运行安全。钢轨铣磨车是一种全新的钢轨修复装备，与传统的钢轨修复装备比较，铣磨车具有整备时间短、环境污染小、作业效率高、作业成本低、作业限制少、作业精度高和作业效果好等优点。铣磨车对钢轨进行修复都是采用先铣后磨的方式，其中铣削部分承担了绝大部分的钢轨修复量。因此，钢轨铣刀盘作为铣磨车铣削部分的执行部件，其设计质量的好坏将直接影响钢轨的修复精度及作业效率。
　　本文的研究对象为用于60 kg/m钢轨修复的铣刀盘，主要研究内容如下:
　　1)基于其廓形的国家标准和修复要求，反求出了铣刀盘的理论设计廓形;用圆弧形刀片和方形刀片对该轮廓进行了拟合，并提出了一种中间坐标系法来计算刀片的定位点坐标，实现了刀片坐标系与铣刀坐标系之间的坐标转换。
　　2)通过仿真研究了铣削参数和刀具参数对切屑尺寸的影响规律，在此基础上确定了最大切屑尺寸，然后利用建立的容屑槽模型计算出了铣刀盘容屑槽尺寸，为确定刀片组数范围提供依据。
　　3)根据威林曼恩铣削力计算方法与铣刀盘轮廓的拟合方式研究刀片组数和倾斜角度对铣刀受力平稳性与铣刀受力最大值的影响，优化了刀片的排布方式。
　　4)以结构柔度最小为目标，采用有限元法对该铣刀盘刀体进行了结构拓扑优化，且优化后刀体比优化前减轻27.51％，达到了轻量化目的。
　　经上述设计与研究之后，得到的铣刀盘不仅能够满足钢轨轮廓修复精度的要求，而且质量轻、结构合理。

目录

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摘要

物理符号含义表

插图索引

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的意义

1．2 铣刀盘的技术与研究现状

1．3 铣磨车铣刀盘的技术与研究现状

1．4 课题来源与研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 研究内容

第2章 轮廓的拟合与刀片定位点计算

2．1 加工对象与要求

2．1．1 加工对象

2．1．2 加工区域与加工余量

2．1．3 加工目标

2．2 铣刀轮廓拟合

2．2．1 铣刀盘的设计轮廓

2．2．2 刀片的选择

2．2．3 轮廓拟合

2．3 刀片定位点的计算

2．3．1 空间坐标转换

2．3．2 刀片定位点的坐标

2．4 本章小结

第3章 铣刀盘容屑槽设计

3．1 切屑相关理论

3．2 容屑槽模型的建立

3．3 切屑仿真

3．3．1 Deform软件简介

3．3．2 切屑仿真与结果分析

3．4 容屑槽设计

3．5 本章小结

第4章 刀片排布方式研究

4．1 铣削力计算方法

4．1．1 铣削要素

4．1．2 切削层

4．1．3 铣削力计算

4．2 刀片的瞬时铣削力

4．2．1 切削层厚度

4．2．2 单位面积切削力

4．2．3 切削层宽度

4．2．4 单个刀片的瞬时铣削力

4．3 刀片排布方式研究

4．3．1 铣刀盘的瞬时铣削力

4．3．2 刀片组数对铣削力的影响

4．3．3 刀片倾斜角度对铣削力的影响

4．4 本章小结

第5章 铣刀盘刀体的拓扑优化

5．1 拓扑优化理论

5．1．1 基于变密度法的最小柔度拓扑优化准则算法

5．1．2 拓扑优化迭代流程

5．2 刀体的拓扑优化

5．2．1 刀体的结构

5．2．2 刀片铣削力计算

5．2．3 刀体结构的拓扑优化

5．3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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附录