钢轨打磨机构动力学特性分析与结构优化

摘要

近年来，随着铁路的快速发展，钢轨打磨列车在铁路养护中所起的作用越来越大。但是，我国的大型钢轨打磨列车大多从国外引进，其核心技术仍被国外发达国家所垄断。因此，加快钢轨打磨列车的研究和国产化步伐，对于保障轨道交通行车安全、延长轮轨寿命、提高乘客舒适性等将起到积极作用。
　　 钢轨打磨试验台是钢轨打磨列车国产化过程中必备的试验装备，其主要的关键部件有着与钢轨打磨列车类似的结构特点和性能要求。钢轨打磨机构作为钢轨打磨作业时的执行机构，对于能否按要求进行钢轨打磨起着十分关键的作用。针对钢轨打磨机构开展动力学特性的研究，可以为钢轨试验台及打磨列车的国产化研制提供一定的理论参考。
　　 本文以钢轨打磨试验台打磨机构为研究对象，首先分析了打磨机构的结构特点、运行工况，并根据力学模型简化原则，建立了打磨机构的简化模型。运用有限元方法以及弹性机构动力学分析方法建立打磨机构的动力学模型，得到各关键构件的运动微分方程和系统运动微分方程。
　　 然后利用ANSYS Workbench软件对打磨机构三维模型进行网格划分、边界处理，通过对钢轨打磨机构进行模态仿真，得到了系统的前十阶固有频率和振型，通过谐响应仿真，得到系统关键构件在一定激振力下的位移响应曲线。
　　 最后根据动力学仿真结果，提出三类结构优化方案，并且通过方案结果对比分析，选用了系统结构优化的最佳方案，保证了钢轨打磨机构的动力学特性满足设计要求。