隨著高速鐵路的發(fā)展，高速列車動(dòng)力學(xué)問(wèn)題日益突出。火車輪鍛件踏面外形是影響高速列車動(dòng)力學(xué)性能的重要因素，國(guó)內(nèi)CRH系列高速列車分別采用了LMA、XP55和S1002CN等踏面。從線路運(yùn)營(yíng)情況和試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，這些踏面基本上滿足動(dòng)力學(xué)要求。不同的踏面外形和輪軌參數(shù)會(huì)影響輪軌接觸幾何關(guān)系。其中等效錐度是影響車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能的重要因素，接觸點(diǎn)的分布、接觸應(yīng)力和接觸角是影響火車輪磨耗的重要因素，不同火車輪鍛件踏面的磨耗分布和磨耗程度也就存在差異。如何選擇更加合適的火車輪踏面外形和輪對(duì)的主要幾何參數(shù),是目前高速列車面臨的問(wèn)題。 

       常規(guī)速度的列車車輪踏面磨耗之后，動(dòng)力學(xué)性能會(huì)下降，但由于運(yùn)行速度不高，車輛安全性能一般能滿足要求。高速列車車輪踏面磨耗之后，各動(dòng)力學(xué)性能也會(huì)不同程度地下降。其中，臨界速度的降低比較明顯，列車在高速運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性變差，有時(shí)甚至產(chǎn)生短暫的劇烈晃動(dòng)。選擇合適的火車輪鍛件踏面外形可以改變輪軌接觸關(guān)系，并使磨耗后的踏面外形也發(fā)生變化，從而改善磨耗后的車輛動(dòng)力學(xué)性能。

       國(guó)內(nèi)關(guān)于火車輪鍛件磨耗的試驗(yàn)研究較少，關(guān)于踏面外形的試驗(yàn)研究更少。雖然跟蹤測(cè)量了部分高速列車踏面外形的變化趨勢(shì)，但對(duì)其有效的分析還沒(méi)有展開，理論上也沒(méi)有解決車輪鍛件磨耗問(wèn)題。在線路實(shí)際運(yùn)行中，引起車輪鍛件踏面磨耗的因素很多，同一種車型又都采用了相同的車輪鍛件踏面外形，所以難以獲得踏面外形對(duì)火車輪鍛件磨耗的影響規(guī)律。采用數(shù)值仿真方法，在相同的車輛參數(shù)和線路條件下來(lái)研究踏面外形和輪軌主要幾何參數(shù)對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)性能和踏面磨耗的影響是優(yōu)選踏面外形的重要手段。

       常規(guī)的動(dòng)力學(xué)分析也將輪軌磨耗作為評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，通常采用火車輪鍛件磨耗功率與磨耗指數(shù)等指標(biāo)。在有些軟件中還根據(jù)接觸點(diǎn)位置區(qū)分為輪緣磨耗和踏面磨耗。這些分析都沒(méi)有準(zhǔn)確給出磨耗的分布，不能很清晰地比較磨耗情況。為此，很有必要采用火車輪型面磨耗預(yù)測(cè)方法來(lái)研究磨耗分布及磨耗量。

       國(guó)外的火車輪鍛件磨耗預(yù)測(cè)研究開展得比較早，包括一些試驗(yàn)、仿真研究和線路測(cè)試工作,并形成了3種主要的磨耗預(yù)測(cè)模型[1-9]:Archard磨耗模型、基于 磨擦功的磨耗模型和基于磨耗指數(shù)的磨耗模型。中國(guó)的車輪磨耗研究起步較晚,主要是因?yàn)檐囕喰兔婺ズ难芯康耐度胼^大與車輪磨耗影響因素復(fù)雜。國(guó)外車輪磨耗的研究多關(guān)注于現(xiàn)有常規(guī)列車。中國(guó)的高速列車線路條件、車輛結(jié)構(gòu)等與國(guó)外高速列車有差異,開展相關(guān)研究工作已經(jīng)迫在眉睫。

       本文借鑒國(guó)外已有的磨耗模型和預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn),采用國(guó)內(nèi)某高速列車參數(shù)、京津客運(yùn)專線的線路譜和線路條件,對(duì)中國(guó)高速列車車輪常用型面的磨耗問(wèn)題進(jìn)行仿真分析,包括LMA踏面、S1002踏面、XP55踏面和LM踏面,研究了火車輪對(duì)內(nèi)側(cè)距和軌底坡對(duì)磨耗的影響。軌道均采用60kg鋼軌和1∶40的軌底坡。