面向钢轨打磨的砂带磨削过程建模与实验研究

摘要

钢轨打磨作为铁路养护技术的一种重要手段，用于对钢轨表面产生的磨耗与损伤进行打磨修复。由于打磨工艺机理的缺乏以及砂轮自身的因素，作业过程中难以提高钢轨打磨的效率，甚至会发生损伤钢轨等一些安全隐患问题，同时轨道交通的快速发展也使得这一问题越来越突出。为此，本文提出将砂带作为磨削工具应用于钢轨打磨中，建立了钢轨打磨量与打磨工艺参数之间的理论模型，探讨了砂带式钢轨打磨中打磨工艺参数和磨粒特征对打磨量和磨削效率的影响规律，为钢轨打磨作业及打磨装备的研发提供理论支撑。
　　基于打磨过程中砂带磨粒与钢轨的作用机理，建立了单颗磨粒切削钢轨的理论模型，并对磨粒的切削过程进行了有限元仿真，为建立钢轨打磨量模型提供了基础条件;研究了砂带不同磨损形式产生的原因，为后续分析砂带磨损过程对砂带磨削效率的影响提供了理论基础;基于砂带磨削的基本形式，结合钢轨打磨作业需求，提出了砂带式钢轨打磨的基本方案。
　　建立了钢轨打磨砂带表面形貌模型，为后续研究钢轨砂带打磨的材料去除过程建立了基础。首先将磨粒的分布问题通过函数关系进行表示，通过磨粒的排布规则及空间内随机的振动算法获得磨粒在空间上的随机分布。然后编制计算机仿真程序，以所有生成的磨粒之间不产生干涉为准则，随机调整磨粒的位置和大小最终生成砂带的表面形貌。通过对实际砂带表面形貌的测量，以磨粒突出高度分布规律为指标，验证了上述建模方法的有效性。
　　基于磨粒空间内随机分布的砂带表面形貌模型，统计磨粒突出高度的分布规律，用于建立钢轨打磨量模型。利用概率论和弹性力学理论，假设接触轮与钢轨之间的接触符合赫兹接触理论，基于砂带表面磨粒对钢轨的切削过程，最终建立了钢轨打磨量模型。在此基础上，分析了打磨工艺参数对钢轨打磨量的变化规律。利用钢轨砂带打磨的材料去除实验，验证了钢轨打磨量模型的可靠性，为实现砂带式钢轨打磨工艺参数的科学调控提供了理论基础。
　　通过砂带式钢轨打磨试验台，开展了面向钢轨打磨的砂带磨削性能实验。对钢轨打磨砂带的磨削比进行了测试，结果表明陶瓷磨料粗粒度的砂带可作为主要磨削工具应用于钢轨打磨中。通过实验的方法，分析了钢轨打磨工艺参数对砂带磨削效率的影响规律，为提高钢轨打磨效率提供了依据。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 钢轨打磨技术

1．2．2 砂带磨削技术

1．2．3 存在的主要问题

1．3 课题来源

1．4 论文研究内容及组织结构

2 钢轨砂带打磨基础理论研究

2．1 磨粒切削钢轨的理论模型与仿真

2．2 钢轨砂带打磨的砂带磨损特性分析

2．3 钢轨砂带打磨基本方案

2．3．1 钢轨砂带打磨的打磨量控制

2．3．2 钢轨砂带打磨接触方式

2．4 本章小结

3 钢轨砂带打磨的砂带表面形貌建模

3．1 砂带表面磨粒分布的理论分析

3．2 磨粒分布模型的建立

3．3 砂带表面形貌的测量与分析

3．4 本章小结

4 钢轨砂带打磨材料去除过程建模

4．1 压入深度与打磨压力的关系

4．2 钢轨打磨量模型的建立

4．3 工艺参数对打磨量的影响规律

4．4 本章小结

5 钢轨打磨实验研究

5．1 实验设备及条件

5．2 钢轨砂带打磨磨削比实验

5．3 钢轨打磨量模型验证实验

5．4 磨削效率的影响因素及分析

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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