近些年,随着我国地铁轨道交通的高速发展,地铁线路钢轨波磨现象越来越普遍。经调查发现,先锋扣件(或称浮轨式减振扣件)轨道普遍出现了短波长钢轨波磨现象。短波长钢轨波磨不仅造成车辆轨道系统的剧烈振动,还会带来烦人的噪声问题。对钢轨波磨形成机理的认识是控制和解决其产生和发展的依据。因此,对先锋扣件轨道钢轨波磨形成机理进行的调查研究具有重要的工程应用价值。基于现场调查及数值仿真分析,本文主要工作和结论如下:(1)首先综述了钢轨波磨形成机理的研究现状,明确了先锋扣件轨道钢轨波磨形成机理研究的意义及重要性。(2)调查了我国某地铁线路先锋扣件轨道钢轨波磨状态,先锋扣件轨道钢轨波磨主要表现为30~40 mm短波长特征。通过轨道固有特性测试及轨道零部件振动测试发现,先锋扣件轨道钢轨波磨的产生与轨道结构的动态特性相关。(3)建立了先锋扣件轨道的三维实体有限元模型,进行了轨道的模态及白噪声激励响应分析。结果表明,先锋扣件轨道钢轨垂向振动在450~496 Hz和543~638 Hz频带范围易被激发;480 Hz、560 Hz、630 Hz的轨道垂向弯曲模态频率与30~40 mm短波长钢轨波磨的通过频率相近。(4)建立了三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型;模型中,为分析轨道柔性特征对钢轨波磨形成的影响,假设轮对为刚性体;模型可通过在钢轨或车轮表面施加纵向或周向的几何不平顺激励源。通过对比先锋扣件与普通扣件(或称DTVI扣件)轨道静态和动态轮轨接触参量(包括:钢轨位移、轮轨力、轮轨接触应力、接触斑形状、粘滑分布等)的差异。计算发现轮对通过先锋扣件轨道时的钢轨垂向位移较普通扣件的大(约5倍),钢轨翻转角较普通扣件的也大(约2~3倍);因而,先锋扣件轨道的轮轨接触稳定性低,轮轨间磨损严重,易出现钢轨不均匀磨损现象。(5)利用先锋扣件轨道三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,计算了钢轨纵向凹坑激励下轮轨垂向力的瞬态响应状态,分析了不同凹坑长度和车轮滚动速度对轮轨垂向力瞬态响应特征的影响,获得了轮轨垂向力在不同频带下的表现特征。计算结果表明:先锋扣件轨道在450~650 Hz频带范围的轮轨垂向力表现显著,这与轨道在该频带存在垂向弯曲的模态特征有关。因而,先锋扣件轨道30~40 mm短波长波磨的产生与轮对通过先锋扣件轨道时轮轨垂向力在450~650 Hz表现显著相关,轮轨垂向力特征主要与其轨道结构的动态特性相关,480 Hz、560 Hz、630 Hz的轨道垂向弯曲模态振动是先锋扣件轨道30~40 mm短波长波磨产生的原因。(6)计算分析了波磨波长、波深、速度及轮轨界面摩擦系数对轮轨动态接触参量的影响。结果表明:它们对轮轨动态接触参量影响很大;对于地铁线路出现的短波长钢轨波磨,应严格控制其波深,避免严重的振动噪声问题。