随着我国重载铁路的发展,我国的货物运输能力得到了大大的提升。由于其运量大、高密度运行条件导致轮轨运行环境十分恶劣,造成某些线路钢轨的非正常病害发展十分迅速,使得线路保养成本大大增加。一个合理的钢轨打磨型面可以使得轮轨匹配性能得到有效的改善,从而延长钢轨的使用寿命。本文基于国内外学者的研究方法,以重载铁路曲线段磨耗轨代表型面为基础,提出多弧段钢轨廓形设计方法,采用粒子群算法对其求解,最终得到钢轨非对称打磨型面,并对其进行评估分析;最终,以设计型面为打磨目标采用多打磨石对磨耗轨代表型面进行打磨仿真研究。其主要的工作内容及创新如下:(1)对车辆实际运营线路数据采集,选取磨耗轨代表型面为非对称型面设计提供指导。分别采用极坐标系下算数平均法与弗雷歇距离法对磨耗轨数据进行处理,通过对曲线半径R800m线路轮轨接触点分布密度函数计算,得出极坐标系下算数平均法所求的左右磨耗轨代表型面下,轮轨接触点分布密度函数曲线与实测磨耗轨的相似度分别为83.43%、85.23%;弗雷歇距离法为71.08%、81.43%。确定采用极坐标系下的算数平均法对磨耗代表廓形进行处理,能够更好的表现钢轨的磨耗特性。(2)提出多弧段钢轨廓形设计方法,以圆弧半径以及圆弧相切点横坐标为设计变量;以轮轨接触点横向分布密度函数、降低轮轴横向力为目标函数;以磨耗轨代表型面为优化参数边界条件;建立非对称性钢轨打磨廓形设计模型,运用粒子群算法对钢轨廓形设计模型进行求解,得到货运曲线段内外轨非对称打磨型面。(3)对设计的钢轨非对称打磨型面进行动力学性能评价、磨耗分析以及有限元分析,结果表明在轮轨作用较激烈的线段,设计的非对称型面对列车动力学性能提升效果比标准打磨型面提升的效果大,在大半径的曲线段,标准打磨型面与非对称型面两者的动力学效果相差不大。总的来说,标准打磨型面与设计打磨型面两者的动力学性能效果相差不大。采用设计打磨型面时,轮轨接触斑面积增大,增大比例为3.53%;轮轨最大接触应力减小,减小比例为1.52%;设计型面能够降低轮轨磨耗、改善磨耗分布特性。(4)以实际磨耗轨代表型面为打磨对象,分析打磨石在不同打磨深度情况下的打磨角度、打磨光带宽度以及磨削面积的规律,针对设计打磨型面得出左右磨耗钢轨的打磨去除量分别为S_L=51.09mm~2,S_R=20.91mm~2;同时基于GMC-96打磨列车打磨角度范围,以设计的非对称打磨型面为指导,对磨耗轨代表型面进行打磨仿真设计。