我国铁路第六次大规模提速以来,列车的运行情况越来越复杂,关键部件经常出现故障,特别是车辆走行部中轮对踏面的故障。现行的车辆检修制度是计划预防检修制度,存在种种弊端。因此,亟待一种准确、高效的列车轮对踏面故障监控系统,将故障信息动态、实时的传递给列车乘务员和地面监控中心,最后由车辆部门负责汇总,指导基层部门提前做好车辆维护与检修准备,从而为实现列车的“状态修”提供可靠的技术保障。本文在综合国内外踏面故障的检测方法和列车监控系统发展的基础上,详细介绍了几种典型的踏面故障,并且分别从轮轨运动学和轮轨动力学两方面,对擦伤振动机理进行理论分析和仿真计算,确定了擦伤振动中最关键的影响因素——振动加速度,并且从理论上验证了振动加速度检测法的优越性。利用ADAMS/Rail建立整车动力学仿真模型,通过与实测数据对比,验证了仿真模型的正确性和仿真数据的可靠性。通过研究分析轮轨接触动力学在ADAMS/Rail中的计算机理和车轮、轨道以及轮轨接触计算属性文件的数据结构,创新性的提出了一种踏面故障模拟方法。这是本文的一个创新点,实现了实际踏面故障的模拟再现,并且得到了可靠的故障信号源。经过论证不同的检测对象方案,最终选取轴箱,作为踏面故障的检测对象。针对故障信号,通过时域分析、FFT谱分析和HHT谱分析进行信号分析和特征提取。处理结果表明,时域特征量受车速、载重、轨道线路影响,存在一定的不足和缺陷:FFT谱分析能够得到故障信号的全部特征频率,但是无法获得有代表性的特征频率区段；HHT谱分析可以准确、有效的提取出有代表性的特征频率区段,并且能够实现踏面故障的定性、定量判别。将HHT谱分析方法应用在踏面故障的信号分析和特征提取中,也是本文的另一个创新点。建立轮对踏面故障监控系统,分别为车厢监控子系统和机车监控子系统进行硬、软件设计,搭建列车通讯网络和GPRS无线传输网络,最终实现列车与车厢、列车与地面的数据传输与信息共享。