重载机车车轮在长期运行过程中会产生不均匀磨耗及剥离掉块等问题,而车轮多边形即是踏面圆周向不均匀磨耗的主要表现。在车轮圆周多边形化严重时,将导致机车与轨道系统产生冲击振动,对车辆运行平稳性、安全性存在潜在威胁。因此有必要开展重载机车车轮多边形演变规律及其对轮轨耦合振动影响研究。鉴于此,本文以25 t四轴大功率重载机车为研究对象,建立了重载机车—轨道纵垂耦合动力学模型。通过现场跟踪测试,获取了0~17万km运营里程范围内的车轮多边形数据,研究其谐波特征及演变规律。以实测车轮多边形数据作为轮轨界面的激励输入,分析轮轨纵/垂向动态相互作用力、关键部件加速度、轮轨接触斑、以及法向、切向接触应力等,并最终提出车轮多边形局部凹陷波深限值控制建议。现场测试结果发现,重载机车车轮多边形主要谐波成分大多出现在1至10阶,波长集中在556至3 890 mm范围内,当机车以速度60~80 km/h运行时,可激发频率范围4至43 Hz的垂向振动。随着运营里程增加,车轮的径向偏差幅值呈现增大的趋势,其中1~3、6~8阶车轮多边形谐波增幅最为明显。动力学仿真结果表明,车轮多边形演变过程中,机车—轨道耦合系统动态力、加速度波动范围并非线性增大,到后期增长速率增加。在1~20阶车轮多边形谐波中,7阶谐波对机车—轨道耦合系统振动影响最大。纵、垂向振动在机车系统向上传递过程中衰减效果十分显著,其中二系悬挂隔振效果优于一系,而垂向振动在轨道系统中向下传递的衰减效果不明显。纵向蠕滑力、轮轨切向应力和机车各部件的纵向加速度波动随牵引力、轮轨摩擦系数增大而增加。轮轨摩擦系数减小,机车的牵引性能降低,黏着区在接触斑面积的占比出现下降趋势。在综合考虑4种控制指标的基础上,给出了最终的车轮多边形局部凹陷波深限值。