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铁路清筛机是一种定期更换铁路道床石砟的铁路养护设备,大型铁路清筛机造价昂贵,不适合用于某些短距离、有限时要求的铁路单开道岔路段道砟的清筛,为此,课题组前期初步设计了一台小型铁路道岔清砟机,可代替现有工具配合工人完成轨枕下最难清理的道砟的清理工作,道岔清砟机关键零部件的可靠性将直接影响清砟机的工作性能和寿命。故论文在初步完成结构设计的基础上,对整机进行了可靠性分析及结构改进设计,并对关键零部件进行了优化设计及可靠性评估,主要内容如下:(1)介绍了道岔清砟机的工作原理,运用FMEA法对道岔清砟机进行了整机可靠性分析,列出了设备可能出现故障的产生原因并提出改进措施,通过分析得出清砟装置的风险优先系数过大,需要进行改进设计。(2)在合理计算清砟阻力的基础上,对铁路道岔清砟机清砟装置进行了结构改进设计并进行FTA分析。建立了清砟装置的故障树,求出故障树最小割集,对故障树定量分析时引入正态模糊数,采用正态模糊理论与专家综合评判相结合的方法,以顶事件与去除底事件后的顶事件之间的距离表征该底事件的重要度,得出清砟装置的关键部件为耙爪与链轮主轴。(3)对某铁路道岔段道砟现场采样并在EDEM中构建了相对应的非规则道砟颗粒,颗粒之间通过Hertz-Mindlin with bonding模型模拟道砟板结状态,运用离散单元法对耙爪清砟过程进行数值模拟,得出耙爪在工况下一个工作周期内的载荷谱;对比不同运动参数下耙爪承受载荷的模拟结果,得出耙爪工作时的最优参数;运用K-S假设检验法分析耙爪所受载荷数据,得到了耙爪所受载荷数据的概率密度分布函数;建立耙爪应力-强度干涉模型,在ANSYS/PDS中运用蒙特卡洛法对改进后的耙爪进行结构可靠性评估,结果表明,在置信度为95%、1000次抽样模拟数据情况下,耙爪强度可靠度为100%,不会发生断裂失效。(4)链轮主轴具有长径比大、支撑部件多,受力不均衡等特点,为保证其使用可靠性,对链轮主轴进行了静力学分析和模态分析,模拟计算得出主轴最大等效应力、最大变形量及固有频率;考虑尺寸因素对主轴变形和共振的影响,运用基于遗传算法的响应面法对主轴进行尺寸优化设计,主轴优化后提高了固有频率,降低了最大变形量和质量;进一步建立主轴刚度可靠性模型,利用ANSYS Workbench中Six Sigma模块对优化后的主轴进行可靠性评估,得出优化后主轴刚度可靠度为97.75%,具有较高的可靠性。论文研究内容为铁路道岔清砟设备的实验室研制奠定了基础,研究理论和方法对此类设备的开发有一定的参考价值。