轨道机车车辆的车轮与钢轨之间长期的相互作用会造成钢轨表面出现各种损伤和缺陷,影响钢轨的服役状态和列车的运行安全。应用钢轨打磨列车进行钢轨打磨能有效消除钢轨表面损伤和缺陷,延长钢轨使用寿命,重塑钢轨的廓形,改善轮轨接触关系,提高列车运行平稳性和安全性。钢轨打磨小车作为打磨列车上执行打磨作业的核心机构,其振动行为对打磨列车性能以及对钢轨的打磨质量有着重要的影响。因此,开展对钢轨打磨小车结构振动特性以及打磨条件对打磨质量影响的研究,对进一步提高打磨小车的性能、提升打磨质量以及促进钢轨打磨装备的研发与应用具有重要的意义。本文针对我国某型钢轨打磨车进行研究,采用现场试验和理论仿真研究相结合的方式,在不同打磨条件下进行了钢轨打磨小车的打磨试验,同步进行了现场测试,基于试验的结果分析了打磨小车在不同工况下的振动特性及对打磨质量的影响。通过建立有限元模型和多刚体动力学模型对打磨小车的结构开展优化设计研究,并完成提升打磨质量改进措施效果的仿真和试验验证。本文的主要工作和结论如下:(1)调查总结了国内外关于钢轨打磨装备的发展现状和钢轨打磨小车在结构、受力、控制以及动力学等方面的研究,并提出了研究钢轨打磨小车振动特性和打磨质量的技术路线。(2)介绍了钢轨打磨小车的结构组成,基于振动测试和力锤敲击测试的试验结果,研究发现打磨小车各主要结构在工作状态会受到多种激励的共同作用,并识别出砂轮与钢轨间相互作用产生的振动是最主要的振动激励来源。打磨小车各主要结构在受到激励时均处于受迫振动状态,其振动频率呈现出激励频率和被激发出的固有频率。为了避免打磨小车结构固有的振动频率与打磨小车振动主频吻合而导致结构共振,打磨小车的结构需要进一步优化。(3)通过现场测试数据的对比分析,研究了不同打磨条件下打磨小车结构振动特性和打磨质量的差异,发现打磨速度和轨道波磨条件均会对打磨小车结构的振动和打磨质量产生影响。适当提高打磨速度可以降低打磨小车结构振动的幅度,改善打磨质量;轨道的波磨严重程度增加或波磨通过频率与打磨小车结构的振动主频吻合会导致打磨小车结构振动得更加剧烈,影响打磨后钢轨不平顺的质量。从打磨工艺的角度提出了改进打磨质量的措施。(4)建立了打磨小车车架有限元模型,对车架进行弹性模态分析,提出了车架中部结构的优化设计方案,通过模型仿真和打磨试验证明了车架优化设计后的打磨小车可以降低结构振动的剧烈程度,使钢轨表面不平顺显著峰值的突出程度降低28%,打磨后钢轨粗糙度低于原型车,打磨质量得到提升。(5)建立了考虑液压系统的打磨车动力学模型,通过对打磨小车结构的悬挂模态的分析发现电机浮沉振动的频率和电机-构架的耦合振动频率与打磨车振动的主频60 Hz接近,易发生共振。对电机进给液压缸参数提出了改进方案,通过模型仿真和改造车试验均证明了电机进给液压缸参数改进后的打磨小车可以降低结构振动的剧烈程度,使钢轨表面不平顺显著峰值的突出程度降低22%,打磨后钢轨粗糙度低于原型车,打磨质量有效提高。