钢轨打磨作为改善轮轨关系的关键技术之一,它可以提高列车运行的平稳性、安全性和铁路的运输能力,已在铁路系统中发挥着越来越被重视作用。但高速铁路的不断发展迫使钢轨打磨技术向着高效率、高质量、经济环保等方面多样化发展;相对于传统的钢轨砂轮打磨,钢轨砂带打磨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,国内外已开始对钢轨砂带打磨技术进行研究与应用,却未出现针对于高铁的钢轨砂带打磨装置。本文利用虚拟样机技术对钢轨砂带打磨装置进行设计,并基于分析结果实现对其结构的优化,主要研究内容为:首先,基于钢轨打磨装置总成技术条件、高铁钢轨廓形、钢轨波磨等打磨需求分析,确定了砂带对钢轨打磨的包络方案、打磨单元布置方式、打磨单元个数等参数;并结合对现有钢轨打磨机构的打磨范围、实现打磨功能的运动组成、打磨小车尺寸限制等方面的分析,完成对打磨小车的三维建模;而后分析了打磨小车运动空间,校核打磨小车的结构尺寸,实现了对钢轨砂带打磨小车初步的优化,使打磨小车满足由横移、偏转、施压三种运动组合而实现的打磨功能需求。然后,针对打磨小车重要承力的零部件,主要包括直线导轨支撑架、打磨头框架、张紧底板、引导轮轮系、联排接触轮,利用ANSYS Workbench软件进行静力分析,得到关键零部件在静载荷作用下的应力和变形位移云图。基于分析结果,对不符合静刚度、静强度的零部件设计方案进行进一步优化,并对优化后零部件的进行验证,分析结果显示优化后的零部件可以更好的满足静强度、刚度要求。其次,利用ANSYS Workbench软件对重要组件进行模态分析,主要包括打磨头框架、张紧底板、打磨单元基板、引导轮轮系、联排接触轮组件,分析了重要组件的前6阶模态频率,并与外部激振、内部激振频率进行对比,将频率相接近的重要部件进行优化,并且对优化后结构的模态频率以及静强度进行了验证,使得它们更好的满足预定的要求。最后,结合以上分析后的打磨小车模型,利用Simpack建立了打磨小车动力学模型;分析在不同线路、不同打磨模式的情况下,A、B型打磨小车在自行走和打磨作业工况下的动力学性能,主要分析动力学性能包括:Y方向和Z方向加速度、轮对横向力和脱轨系数,将分析结果与GB/T17426-1998中规定的轨行车辆动力学指标进行对比,最终结果表明钢轨砂带打磨小车的动力学性能符合设计标准。