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,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。采用數值仿真方法，在相同的車輛參數和線路條件下來研究踏面外形和輪軌主要幾何參數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等指標。在有些軟件中還根據接觸點位置區(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迫在眉睫。

       本文借鑒國外已有的磨耗模型和預測經驗,采用國內某高速列車參數、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。