目前我国铁路持续向重载、高速发展,钢轨经受的载荷进一步增大,钢轨磨耗时有发生。钢轨波浪形磨耗便是铁路上普遍存在的一种钢轨磨耗现象,尤其是R≤600 m的小半径曲线钢轨波磨已成为重载铁路的重要伤损类型之一。线路上出现钢轨波磨后,不但会使机车零部件振动加剧,影响机车动力学性能。同时,也缩减了钢轨的使用寿命,增加了铁路运输的成本。因此,研究钢轨波磨对机车动力学性能的影响,分析钢轨波磨的影响因素,对保证机车的平稳安全运行、减缓和预防钢轨磨耗、降低铁路运输的成本具有重要的现实意义。本文以重载机车为研究对象,利用ANSYS软件和SIMPACK软件建立了含柔性轮对的整车刚柔耦合模型,对模型进行整备模态分析,得到了机车系统主要部件的固有振动频率。利用MATLAB软件模拟了不同波长和波深的钢轨波磨作为激扰输入,基于车辆系统动力学理论,综合考虑了机车运行速度、小半径曲线、轨道随机不平顺以及钢轨波磨等实际情况,研究了机车以不同速度通过小半径曲线不同波磨工况时机车系统主要部件的振动响应以及机车的动力学性能。以轮对冲角、轮轨横向力、轮轨蠕滑力、轮轨磨耗指数和轮轨磨耗功率为评价指标,研究了曲线半径、外轨超高、轮轨粘着系数、轨底坡、机车运行速度、轴重、一系弹簧纵向刚度、车辆定距和轴距对钢轨波磨的影响,从而获得了有利于缓解钢轨波浪形磨耗的方法。研究结果表明:(1)钢轨波磨属于轨面垂向不平顺,重点影响机车垂向动力学性能,对机车横向动力学性能影响很小。同时钢轨波磨属于短波不平顺,会引起轮对、牵引电机和构架发生大振幅的振动响应,而对车体振动响应影响较小。(2)波磨产生的响应频率接近轮对与牵引电机耦合浮沉频率29.15 Hz或牵引电机浮沉与轮对垂向弯曲耦合频率37.78 Hz时,轮对发生共振,轮对垂向振动加速度、轮轨垂向力、轮重减载率和脱轨系数都会大幅度增加,同时牵引电机也发生共振,振动加速度显著增大;波磨产生的响应频率和构架与牵引电机耦合浮沉频率44.33 Hz相接近时,构架会发生共振,引起构架大振幅的垂向振动,同时车体的振动响应也会增加。(3)轮对、牵引电机和构架振动响应均与波磨波深成正相关关系,轮轨垂向力、轮重减载率以及脱轨系数也随着波深的增大而增大。若轮对发生共振且波磨波深达到1.0 mm以上,此时不仅会产生轮轨瞬时脱离现象,而且轮重减载率与脱轨系数也会超过允许的极限值,对机车曲线通过安全性带来较大影响。(4)从轨道线路参数出发,增大曲线半径、设置合理的欠超高、减小轮轨粘着系数、增大轨底坡都可以不同程度的减小轮轨磨耗作用,对缓解钢轨波浪形磨耗具有积极的影响。(5)从车辆及转向架参数角度考虑,机车曲线通过速度、轴重、一系弹簧纵向刚度、车辆定距和轴距都对钢轨波磨有不同程度的影响。机车过曲线时的速度越低,机车对钢轨造成的磨耗越小;轴重越小的机车在通过小半径曲线时,对钢轨造成的磨耗也越小;同时,对转向架力元参数进行合理的优化设计,减小一系弹簧纵向刚度也可以减小轮轨磨耗作用,对缓解钢轨波浪形磨耗具有积极影响;轴距和车辆定距的减小也可达到减缓钢轨波磨的目的,但不易实施和实现。