随着城市轨道交通的快速发展,人们的生活品质得到了极大提升,但一些问题也随之出现。钢轨波磨是指出现在钢轨轨头表面的周期性磨耗现象。由于钢轨波磨的存在,轮轨接触状态发生改变,列车乘坐舒适性以及车辆系统和轨道系统均受到影响,并且铁路部门每年均为此付出高额的维修费,因此理清钢轨波磨的产生机理并提出抑制钢轨波磨的措施十分必要。小曲线半径轨道是钢轨波磨的高发区段,本文依据轮轨之间饱和蠕滑力可能诱发系统产生摩擦自激振动,最终导致钢轨表面出现波磨现象的理论对小曲线半径轨道上的钢轨波磨现象展开研究,主体工作及主要结果如下:(1)基于动力学分析软件Simpack建立车辆-轨道系统动力学模型,研究不同曲线半径轨道上轮轨间蠕滑力是否饱和。研究结果表明,在小曲线半径轨道上,转向架导向轮对与钢轨间的蠕滑力通常处于饱和状态,转向架从动轮对与钢轨间的蠕滑力通常是不饱和的。(2)基于有限元分析软件Abaqus建立轮轨系统有限元分析模型,利用复特征值法研究小曲线半径轨道上轮轨系统的运动稳定性。通过复特征值分析发现,在小曲线半径轨道上,轮轨间蠕滑力饱和状态下轮轨系统可能产生摩擦自激振动,且该振动主要发生在内轮和低轨上。同时,对轮轨系统有限元模型网格敏感性进行分析,通过对比发现现有有限元模型网格精度满足分析要求。(3)建立不同轨枕间距和轨底坡对应的轮轨系统有限元模型,利用复特征值法研究轨枕间距和轨底坡对小曲线半径轨道钢轨波磨的影响。计算结果表明,在小曲线半径轨道上,轨枕间距对钢轨波磨的产生趋势影响不大;外轨轨底坡对钢轨波磨的产生趋势几乎没有影响;内轨轨底坡对钢轨波磨的产生趋势有一定影响,适当减小内轨轨底坡对抑制钢轨波磨有利。同时,建立了连续支撑轮轨系统模型,采用复特征值法研究连续支撑轮轨系统的运动稳定性,结果表明采用连续支撑的轨道结构形式并不能消除小曲线半径轨道上的钢轨波磨。另外,基于轮轨之间饱和蠕滑力可能诱发系统产生摩擦自激振动,最终导致钢轨表面出现波磨现象的理论研究了西班牙毕尔巴鄂地区不同轨枕间距轨道上的特殊钢轨波磨现象,仿真分析结果与现场观测结果基本一致。(4)建立半轮对-轨道系统模型,研究轮轨间蠕滑力饱和状态下接触角对轮轨系统运动稳定性的影响。计算结果表明,当接触角较小时,内轮-低轨系统可能产生摩擦自激振动,而外轮-高轨系统不会产生摩擦自激振动。(5)优化传统轮轨系统中的车轮结构,建立一种新型的无波磨车轮结构,并分析了各种工况下新型轮轨系统的运动稳定性,结果表明在各种不同工况下使用该新型车轮均可以有效抑制小曲线半径轨道上的钢轨波磨。