在我国,铁路轨枕线路维修上一直采取的是人工更换轨枕,工作量巨大、耗费人力物力、更换速度慢、效率低下、且人工更换后道床质量不能保证。在这样的情况下,提出了基于散粒体研究方案的轨枕替换机械设计。本课题的研究目的是从散粒体道床材质、结构及断面尺寸、边界条件及不同的道床铺设、维修工艺入手,充分了解道床受力破坏条件；详细的分析研究散粒体在各种空间条件下的应力情况,将材料力学中的莫尔应力圆方法引入到散粒体分析中；运用散粒体中的莫尔——库伦强度理论,分析散粒体中一点的极限平衡条件；再进行道床内部颗粒结构及应力传递的分析,根据“铁路轨道强度检算法”计算出道床中指定点的应力,结合应力极限平衡条件反求出当道床指定点破坏时,所受的应力状况；通过对散粒体道床破坏方式的优劣对比,选择合适的振动破坏方式,分析振动基本参数和机理,提出两个激振器的设计方案,再根据可行性分析,选择垂直双频合成振动方案；对垂直双频合成振动方案进行深入研究,通过编程进行垂直双频合成振动波形图仿真,根据仿真结果选择最适合的振动组合,得到轨枕的平面运动轨迹；进而对机械组件进行适当的优化设计,得到符合需要的机械设计方案。试验研究证明,该设计方案是一种通过对铁路道床散粒体进行振动破坏,从而更好的进行轨枕替换的有效方法,其研究成果具有重要的工程应用前景。