铁路作为一个国家的重要基础产业,具有运输成本低、运输能力强、安全性高等优点,随着我国铁路里程和列车数量不断增多,钢轨表面病害影响钢轨使用寿命的问题日益严重,也时刻威胁着列车运行安全。钢轨打磨能够去除钢轨病害,显著改善轮轨间的接触关系,极大程度的延长钢轨使用寿命。目前国内的钢轨打磨列车使用较多的砂轮组合以包络钢轨断面廓型,导致打磨列车体积庞大、成本高昂、不便于灵活作业,小型打磨机人工劳动强度大、效率较低,不适合长时间长距离打磨作业。本文基于这些不足设计了一款新型单砂轮全断面钢轨打磨设备,主要应用于定期对钢轨进行预防性打磨,面向表面未形成明显病害或有少量较小程度病害的钢轨,使钢轨表面病害没有足够的时间形成或延缓其向更严重的程度发展,实现打磨设备低成本、小型轻量化、便于运输等。研究的内容如下:首先,基于对钢轨打磨设备的相关要求、钢轨的断面廓型以及砂轮在打磨作业过程中所涉及运动的特点等综合分析,完成新型单砂轮全断面钢轨打磨设备的结构设计;使用Solid Works软件对新型单砂轮全断面钢轨打磨设备完成三维模型建立,应用Motion插件完成打磨设备的运动仿真分析,对所设计结构的合理性及可伸缩双十字轴式万向联轴器的等角速度传动特性进行验证。其次,使用Simulation插件对新型单砂轮全断面钢轨打磨设备中砂轮轴、砂轮架上盖板、光轴导轨以及车架等关键零部件进行有限元静力分析,基于钢轨打磨验收标准,确保钢轨打磨过程中的磨削精度,对不符合强度与刚度条件的零部件优化结构,并将优化后的结构再次进行静力分析,直到满足要求。再次,分析了新型单砂轮全断面钢轨打磨设备所受到的激振频率,通过Simulation插件的“频率”模块对砂轮轴、砂轮架上盖板、光轴导轨以及车架等关键零部件进行模态分析,找出各零部件的固有频率,最终得到共振频率范围并判断各零部件是否有出现共振的可能,对不符合动态特性要求的零部件以提高其固有频率为目的进行结构优化,将优化后的结构再次进行模态和静力分析,直到满足要求。最后,分析了新型单砂轮全断面钢轨打磨设备砂轮打磨运动的逻辑控制要求,以此设计了打磨单元的PLC控制系统,选用西门子公司S7-200 SMART型PLC作为核心控制器,并对控制系统所需的硬件进行了选型,然后使用编程软件STEP7-Micro/WIN SMART完成了对控制程序的编写,并准备了相应的硬件搭建控制程序调试实验台进行打磨控制程序调试。