钢轨打磨是现代铁路养护技术中的一种必要手段,可显著延长钢轨使用寿命、提高列车运行平稳性和安全性。相比于传统钢轨砂轮打磨,钢轨砂带打磨由于具有柔性接触不易损伤钢轨、打磨效率高、磨屑易回收、环保等系列优点,近年来国外已开始相关的研发和应用。钢轨砂带打磨过程本质上是接触轮、砂带和钢轨三者之间的复杂非线性相互作用,直接决定着钢轨打磨效率和最终打磨质量。然而,当前涉及接触轮作用机理方面的研究相对较少,一定程度上制约了新技术的工程应用。为此,本文对内凹型接触轮在钢轨砂带打磨过程中的作用机理展开深入研究,并在此基础上实现对其型面参数的优化,主要研究内容为:首先,基于Hertz理论及内凹型接触轮与钢轨的接触关系,建立了内凹型接触轮与钢轨静态接触理论模型,得到接触轮参数直径、硬度、胶层厚度在一定工艺参数条件下与接触区域形状、应力分布之间的数学关系;同时通过ANSYS WorkBench软件对内凹型接触轮静态接触模型进行仿真验证与分析。继而,在上述建立的静态模型基础上,分析了钢轨的波磨特性,求解出接触轮在具有正弦波形式波磨的钢轨不同位置受力情况,得到接触区域受力情况随时间的变化关系,从而建立了内凹型接触轮与钢轨动态接触模型;同时通过LS-DYNA软件对该模型进行了动态仿真验证与分析。最后,基于上述建立的内凹型接触轮与钢轨动态接触模型,在钢轨打磨实际工况下,以实际打磨效率为优化目标,求解出满足最大打磨效率的最优接触轮型面参数;同时在钢轨打磨实验台上开展了 5组不同参数接触轮实验,验证了本文所建立理论模型以及内凹接触轮型面参数优化结果的正确性。