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在钢轨服役过程中,受轮轨冲击影响,钢轨踏面会呈现各种形式的病害,严重影响列车运行的平稳性与安全性,钢轨打磨是消除钢轨病害的有效手段。波浪型磨耗是高速铁路钢轨中的常见病害,直接导致高速列车在运行中发生垂向加速超标。当前的砂轮式打磨难以有效清除波磨,而采取开式砂带用于钢轨打磨时,可大幅提高打磨作业速度和作业效率,且仿形轨面的压磨板接触部件能够有效清除波磨。然而,打磨作业中产生大量的磨屑会滞留堵塞砂带,进而降低砂带磨削性能、恶化材料去除条件。因此,本文拟设计接触部件型面特征并利用气动排屑解决磨屑堵塞问题,并开展相关数值仿真研究。以流体力学为理论基础,本文采用数值仿真和模拟的研究方法,提取砂带表面形貌,研究磨屑颗粒特征,设计压磨板型面结构,并建立排屑流场模型。采用FLUENT对流场进行仿真计算,得到流场的压力和速度分布、离散相颗粒轨迹及排屑率,并通过FLUENT-EDEM进行耦合模拟,验证气动排屑及压磨板型面特征的可行性,并开展压磨板式砂带打磨实验的相关研究,完成主要工作如下:(1)砂带形貌采集与气流场模型建立。测量砂带表面真实形貌,计算砂带表面容屑空间,与开式工况下砂带打磨量进行对比讨论。基于一定打磨量确定压磨板型面槽宽的合理取值范围,并建立砂带未磨损及磨损状态下排屑区气流场模型,为流场仿真分析及FLUENT-EDEM耦合提供流场计算域。(2)磨屑特征分析与建模。结合磨削理论对磨屑颗粒形状及几何特征进行分析,并在开式工况下收集了砂带打磨所产生的磨屑,归类分析并提出表征磨屑形状、大小的数值模型,为钢轨砂带接触区域内的流场仿真分析提供典型磨屑的计算模型。(3)主动排屑过程仿真与分析。采用FLUENT模拟吹屑喷嘴内部气流场变化,选取最佳内部结构,并利用单因素法,选取对吹屑效果影响最大的两组非结构参数(排放压力、吹屑距离)进行FLUENT仿真计算,探究砂带处于不同状态时,不同非结构参数对主动排屑的影响。运用FLUENT-EDEM耦合方法精确还原颗粒对流场的作用以及颗粒与颗粒、颗粒与壁面的的碰撞情况,对排屑区域再次进行仿真验证,验证流场仿真的合理性,以及气动排屑及压磨板型面开槽的可行性。(4)压磨板式砂带打磨吹屑实验验证。借助实验室现有钢轨砂带打磨试验台,探究开式工况下有无气流作用对排屑的影响,量化分析打磨后砂带表面磨屑分布,验证主动排屑可行性及流场仿真的正确性。