钢轨在服役过程中受列车轮对反复施加的可变载荷作用极易诱发各种病害。钢轨打磨是消除这些病害最为有效的工程方法,而如何提高打磨效率以解决打磨天窗时间短与打磨作业量大之间的矛盾成为当前钢轨养护领域面临的一个重要课题。近年来随着砂带制造技术的不断发展,基于砂带磨削的钢轨高效打磨技术,凭借其材料去除效率高、冷态磨削、弹性接触等优势,正逐步应用于实际工程中。然而,相对于常用磨具砂轮,砂带多为单层磨料,其可用磨料数目受到砂带尺寸制约,所导致的低服役寿命阻碍了钢轨砂带打磨技术的进一步发展与应用。为此,本文以钢轨打磨为应用背景,深入开展砂带磨损形式、磨损机理与磨损规律等方面的研究,以便科学地制定打磨模式和打磨工艺,充分发挥砂带的磨削能力,实现砂带钢轨打磨的高效工程化应用。首先,依据钢轨打磨效率优先的作业特征与恒压力打磨下砂带宏观材料去除特点,定义了钢轨打磨工况下的砂带服役寿命。以砂带服役寿命为主要指标,将钢轨表面磨后粗糙度作为约束条件开展砂带选型试验,阐述了适用于钢轨打磨的砂带特征。开展了砂带全服役期的磨削试验,明确了砂带的三种典型磨损形式——破碎、钝化、脱落。随后,探索典型磨损形式的特征及其磨损机理。基于“砂带包埋法”对发生不同磨损形式的磨粒内部微观结构进行了研究。发现钝化磨粒内部的层状结构,经多种表征手段揭示了钝化磨粒磨耗本质为磨粒内部发生同质异晶转化现象诱发的磨料剥离。为准确把握钝化磨粒的材料消耗速率,以磨损率为基础结合硬质锥形磨粒磨削特点建立了磨粒钝化磨损模型,并通过划擦试验对磨损模型进行了验证。将磨粒内部孔隙受力问题转化为硬脆材料内部椭圆孔口问题,建立并求解了孔周应力方程获得了破碎磨粒内部裂纹拓展规律,结合基于郎肯准则发现的磨粒外部裂纹拓展规律,获得了磨粒破碎后多峰结构的形成原因。依据静力平衡条件建立了脱落磨粒根部的受力模型,揭示了磨粒发生脱落的影响因素。其次,提出磨损的发生条件以及各磨损形式的临界条件。将弹性接触轮与钢轨的三维接触问题转化为弹性圆与刚性圆内切接触的二维平面问题,并求解接触轮受压形变,结合接触轮与钢轨表面的几何距离、砂带磨粒的出刃高度,推导磨粒磨损的发生条件并通过有限元方法进行验证。在此基础上,将磨粒破碎与钝化的临界条件问题抽象为硬脆材料内部裂纹拓展问题,求解裂纹拓展方程并对应至磨粒钝化与破碎的临界条件。开展压痕试验与高速摩擦试验,分别在静态与动态条件下对不同磨损形式的临界条件进行验证并结合试验中磨粒损失体积绘制了磨损机制图。最后,建立了砂带磨损模型并研究了砂带磨损规律。统计多磨粒磨损时的形貌特征,抽象出用以评价砂带磨损程度的表征参量。模拟静电植砂工艺,将多面体磨粒模型依据随机振动法均匀散布于砂带表面,进而实现砂带虚拟形貌的创成。在此基础上,依据磨粒磨损的材料损失特点,考虑磨损形式发生转化的特殊情况对虚拟形貌的磨粒形状进行更新,获得砂带磨损演化模型并对其有效性进行了验证。依据该模型研究了工艺参数对磨损过程、磨损形式的影响规律。