随着广大人民生活水平的提高,为满足人民的物质需求和方便出行,铁路运输作为一种主流的运输方式,其运量大、效益高的特点受到国内外广泛关注。我国相继开通了京广高铁、京沪高铁、朔黄和大秦重载铁路。随着列车总重和行车频次的增加,钢轨磨耗的行为越来越凸显,一些客货混跑的小半径曲线段钢轨的侧面磨耗更加严重,这不仅给车辆运行带来了严重的安全隐患,还增加了铁路运输的成本,严重损害了铁路运输的经济效益。故本文研究了钢轨磨耗演变对车辆动力学性能的影响,分析了影响钢轨磨耗的主要因素。本文首先介绍了国内外钢轨磨耗以及滚动接触疲劳的研究现状,通过SIMPACK动力学软件建立了货车、客车和机车动力学模型。对轮轨滚动接触理论进行了系统分析,比较了多种钢轨磨耗模型之间的差异;在MATLAB中编写了钢轨磨耗仿真程序,并与SIMPACK联合进行钢轨磨耗仿真。然后介绍了轮轨接触形式以及各种接触形式下钢轨表面磨耗的分布特征;依据车轮轮缘高度、轮缘厚度和q R值对随机选取的车轮进行了归类,根据磨耗分布情况选出用于钢轨磨耗计算的代表车轮并确定其所占比例;利用钢轨磨耗仿真程序和代表车轮对某实测线路进行磨耗计算,通过比较仿真结果与实测数据修正了磨耗模型,使其能切实地模拟国内钢轨磨耗。本文分析了钢轨磨耗演变对车辆动力学性能的影响,研究了钢轨磨耗演变过程中滚动接触疲劳与磨耗的耦合关系。计算结果表明:轮轨垂向力、轮重减载率和倾覆系数受钢轨磨耗的影响较小,而轮轨横向力、轮轴横向力、轮对横移量和轮对冲角随着曲线上股钢轨侧磨量的增大逐渐增大,这导致车辆通过曲线时脱轨系数和上股钢轨的侧磨速率不断增大;钢轨在磨耗演变过程中曲线上股钢轨的轨肩处最容易损伤,钢轨磨耗初期曲线上股钢轨的轨肩处滚动接触疲劳与磨耗并存,轨肩处容易产生疲劳裂纹和剥离掉块,随着磨耗的演变磨耗速率逐渐增大,钢轨表面磨耗损伤占居主导地位;曲线下股钢轨的磨耗整体均匀分布在轨顶处,随磨耗演变向两侧扩展,但磨耗速率变化较小。最后,通过磨耗计算研究了影响钢轨磨耗的主要因素。计算结果表明:轨道超高的变化对钢轨磨耗分布影响较小,钢轨磨耗量随轨道超高的增大而增大,轨底坡取1/20有利于缓解钢轨侧磨;60N钢轨较60kg/m钢轨抵抗侧磨的能力较强,但其轨顶磨耗量较大;钢轨磨耗的大小和分布范围随曲线半径的增大而减小,钢轨的磨耗量在曲线半径由300m变化为600m时急剧减小,曲线半径超过600m后磨耗量随曲线半径的增大平缓变化;均衡速度下,钢轨的磨耗速率随运行速度的增大而增大;对曲线上股钢轨侧面润滑时,润滑后的摩擦系数在0.1左右能有效的减缓钢轨的侧面磨耗;随着牵引力的增大,纵向蠕滑力逐渐增大,横向蠕滑力、轮轨横向作用力和轮对横移量逐渐减小,导致轮轨接触点向轨头中心聚拢,减小了车轮对钢轨的侧面磨损,但轮轨接触点集中导致轨顶磨耗量增大。