隨著高速鐵路的發(fā)展，高速列車動力學問題日益突出。火車輪鍛件踏面外形是影響高速列車動力學性能的重要因素，國內CRH系列高速列車分別采用了LMA、XP55和S1002CN等踏面。從線路運營情況和試驗臺試驗結果來看，這些踏面基本上滿足動力學要求。不同的踏面外形和輪軌參數(shù)會影響輪軌接觸幾何關系。其中等效錐度是影響車輛系統(tǒng)動力學性能的重要因素，接觸點的分布、接觸應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的主要幾何參數(shù),是目前高速列車面臨的問題。 

       常規(guī)速度的列車車輪踏面磨耗之后，動力學性能會下降，但由于運行速度不高，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，各動力學性能也會不同程度地下降。其中，臨界速度的降低比較明顯，列車在高速運行時的平穩(wěn)性變差，有時甚至產(chǎn)生短暫的劇烈晃動。選擇合適的火車輪鍛件踏面外形可以改變輪軌接觸關系，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力學性能。

       國內關于火車輪鍛件磨耗的試驗研究較少，關于踏面外形的試驗研究更少。雖然跟蹤測量了部分高速列車踏面外形的變化趨勢，但對其有效的分析還沒有展開，理論上也沒有解決車輪鍛件磨耗問題。在線路實際運行中，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)和線路條件下來研究踏面外形和輪軌主要幾何參數(shù)對車輛動力學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)的動力學分析也將輪軌磨耗作為評價指標之一，通常采用火車輪鍛件磨耗功率與磨耗指數(shù)等指標。在有些軟件中還根據(jù)接觸點位置區(qū)分為輪緣磨耗和踏面磨耗。這些分析都沒有準確給出磨耗的分布，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測方法來研究磨耗分布及磨耗量。

       國外的火車輪鍛件磨耗預測研究開展得比較早，包括一些試驗、仿真研究和線路測試工作,并形成了3種主要的磨耗預測模型[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。中國的車輪磨耗研究起步較晚,主要是因為車輪型面磨耗研究的投入較大與車輪磨耗影響因素復雜。國外車輪磨耗的研究多關注于現(xiàn)有常規(guī)列車。中國的高速列車線路條件、車輛結構等與國外高速列車有差異,開展相關研究工作已經(jīng)迫在眉睫。

       本文借鑒國外已有的磨耗模型和預測經(jīng)驗,采用國內某高速列車參數(shù)、京津客運專線的線路譜和線路條件,對中國高速列車車輪常用型面的磨耗問題進行仿真分析,包括LMA踏面、S1002踏面、XP55踏面和LM踏面,研究了火車輪對內側距和軌底坡對磨耗的影響。軌道均采用60kg鋼軌和1∶40的軌底坡。