随着我国城市轨道交通的快速发展,地铁作为大运能快速客运系统,在城市轨道交通中发挥着重要的作用。地铁车辆运行以其轨道线路小半径曲线占比多、常态超负荷运营和频繁加减速的特点,更进一步加剧了轮轨磨耗。轮轨磨耗的加剧会引起噪声以及车辆轨道的剧烈振动等问题,影响地铁车辆运行的安全性、稳定性、平稳性和乘坐舒适度,情况恶劣的会导致车辆脱轨,对乘客的人身和财产安全造成危害。研究地铁车辆轮轨磨耗预测,分析轮轨磨耗对地铁车辆动力学性能的影响对保障地铁运营的安全性和可靠性尤为重要。本文详细论述了国内外学者对于轮轨磨耗预测的研究现状,明确了轮轨磨耗预测研究的背景意义和目的,并且梳理了本文的整体研究思路和主要研究内容。介绍了A型地铁车辆ZMC120转向架的基本结构和设计特点,根据A型地铁车辆参数,并做了适当的简化,在UM多体动力学软件中建立了相对应的车辆动力学仿真模型。根据地铁实际运行线路和地铁设计规范,建立了基于实际线路的线路模型,并且添加了轨道不平顺激励。介绍了轮轨滚动接触理论和相关算法,以及常用的材料磨耗模型。使用UM多体动力学仿真软件进行动力学仿真计算,将得到的参数结合基于虚拟渗透的非赫兹接触KikPiotrowski方法和Archard磨耗模型,计算得到车轮型面的变化量,从初始的车轮型面中去掉这些变化量并进行平滑处理就可得到磨耗后的车轮型面,多次循环计算实现车轮型面磨耗的预测。基于地铁车辆系统动力学模型、轮轨滚动接触模型和材料磨耗模型建立了轮轨磨耗预测模型并进行了10万公里磨耗预测仿真,得到了不同运行里程下的车轮磨耗情况:车轮踏面和轮缘均有磨耗,且轮缘磨耗量显著大于踏面磨耗量;磨耗范围主要分布在-40mm～40mm之间,不同运行里程下车轮磨耗范围基本一致,且车轮磨耗外形基本相似;车轮磨耗深度随着运行里程的增加呈线性增加。并且分析了不同轮轨磨耗程度下轮轨接触几何参数的变化规律:不同磨耗阶段的等效锥度变化规律大体一致且差别较小,轮对横移量小于5mm左右时磨耗轮轨匹配的等效锥度大于标准轮轨匹配,而轮对横移量大于5mm左右时则刚好相反;不同磨耗阶段轮轨接触角变化规律也大体一致,轮对向左移动时,当轮对横移量在-8mm～-4mm范围内时,轮轨接触角随着运行里程数的增加而增加,当轮对横移量在-4mm～0mm范围内时,轮轨接触角随着运行里程数的增加而略微减小,轮对向右移动时变化不明显,但磨耗轮轨匹配的轮轨接触角略小于标准轮轨匹配。从直线运行性能和曲线通过性能两个角度,从车辆运行的稳定性、平稳性和曲线通过安全性三个方面分析了轮轨磨耗对地铁车辆动力学性能的影响。结果表明轮轨磨耗后地铁车辆运行稳定性降低,蛇形失稳临界速度变小,但轮轨磨耗对车辆运行的平稳性影响较小。轮轨磨耗后车轮脱轨系数变大,在相同运行速度下,外轨上车轮脱轨系数整体上大于内轨上车轮,外轨上车轮最大脱轨系数小于0.8满足良好标准,内轨上车轮最大脱轨系数小于0.6满足优等标准。轮轨磨耗对轮轨横向力产生波动影响,外轨上车轮的轮轨横向力远远大于内轨上车轮,并且最大轮轨横向力小于37KN,在安全限值内。轮轨磨耗对轮重减载率影响较小,在相同运行速度下,前转向架1位轮对的最大轮重减载率比2位轮对的整体较大。