随着铁路运输在国内外的迅猛发展,重载铁路的运输任务日益繁重,轮轨匹配接触和磨耗情况成为普遍关注的重点问题。道岔尖轨,因其尖端薄弱和变截面的结构特点导致轮轨间的匹配情况和动力作用更为复杂,是轨道中最容易发生伤损和磨耗的部位之一。机车在列车最前端,通过道岔转辙器区时车轮与尖轨间的相互作用更剧烈。而在实际生产和运用过程中,车轮和钢轨会出现非标准的情况,如同轴车轮出现轮径差、轮对偏转误差、尖轨高差偏差等,进一步影响车轮与尖轨的匹配状态,因此针对不同工况下车轮与尖轨匹配的动力学性能的研究具有重要意义。本文以多体系统动力学为理论基础,应用SIMPACK软件建立了机车-道岔尖轨耦合动力学模型,通过针对不同工况进行仿真计算,分析了标准机车车轮与尖轨匹配以及具有不同轮径差、轮对偏转角和尖轨高差情况下车轮与尖轨匹配的动力学性能,论文主要研究工作有:(1)将标准JM3型车轮分别与标准75kg/m钢轨和尖轨匹配,分析了车轮通过尖轨时轮轨的接触状态、运行稳定性、行车安全性和车轮对钢轨的动力作用。机车进入尖轨转辙器区时产生横向和垂向的冲击振动,致使轮轨间动力作用加剧,侧向曲-直时尤为显著,不仅影响机车运行的安全性和稳定性,而且加剧车轮与尖轨的磨耗。(2)针对轮径差问题,建立具有不同轮径差工况的机车-尖轨耦合动力学模型,从理论和仿真计算两方面分析了机车通过直尖轨和曲尖轨的动力学性能。结果表明轮径差对机车与轨道间的横向动态作用影响更大,机车通过曲尖轨时车体横向振动能量急剧增大。随着轮径差增大,车轮和尖轨磨耗总体呈现加剧的趋势,偏磨现象更加严重。(3)考虑轮对偏转角误差情况,分别建立具有单轮对偏转角、前后轮对偏转角、转向架偏转角和整车偏转角的机车模型,计算分析车轮通过道岔尖轨时的动力学性能。轮对偏转角的存在导致轮轨间接触状态和相互作用力发生变化,加大了脱轨可能性,且随着轮对偏转角的增大,不良影响愈加显著,严重危及机车的行车安全性。(4)调整尖轨高差值,生成不同的尖轨型面,建立机车-直尖轨和机车-曲尖轨匹配动力学模型,分析尖轨高差对车轮与道岔尖轨匹配动力学性能的影响。随着尖轨高差偏离标准值,轮载过渡位置发生变化,当尖轨高差比标准值大时,脱轨系数、轮重减载率、轮轨间横向作用力等均明显增大,恶化车轮与尖轨匹配性能。