发展重载运输,大幅度地提高列车载重量是铁路扩大运输能力、提高运输效率的有效途径。同样,这也已成为我国铁路货运的发展方向,我国国情路况的必然产物。然而,由于列车载重量增大,编组长度增加、轴重加大,列车运行中的牵引力及制动力加大,导致货物及车辆设备损坏增多、线路变形以及养护维修工作量增大、轮轨磨耗加剧等,这些已成为重载铁路运输中的突出问题。当车轮在钢轨上运行时,轮轨磨耗是不可避免的。运量增加,轮轨磨损必然加剧。优化车轮踏面外形的设计,改善轮轨接触状态和轮轨作用力,既能获得良好的运行平稳性、安全性,又有利于减轻轮轨磨耗,延长车轮的使用寿命,从而获得最佳的经济效益和社会效益。本文在给定了车辆系统结构和轮轨系统结构的情况下,选择最优的轮轨几何型面匹配参数,即在现有LM磨耗型踏面的基础上,系统研究、优化出一种适合75kg/m钢轨的重载货车车轮踏面外形。本文通过分析国内外轮轨磨耗研究现状以及对磨耗预测的模型,总结出适用于重载货车车轮磨耗评定的轮轨磨耗模型——磨耗功磨耗模型和Archard磨耗模型,采用计算多体系统动力学软件SIMPACK建立32.5t轴重重载货车模型,分析LM磨耗型踏面分别与60kg/m、75kg/m钢轨匹配的轮轨接触几何关系,以及运用两种磨耗模型评定车轮磨耗情况,即采用磨耗指数、轮对冲角、整车磨耗功率、轮轨接触应力、单个接触斑内的磨耗深度、纵横向蠕滑力等指标分别进行评定。结果表明,不论在直线上还是曲线上,32.5t轴重重载货车模型中,LM磨耗型踏面与75kg/m钢轨匹配运行的车轮磨耗量,尤其是在车轮踏面上的磨耗量,要比与60kg/m钢轨匹配的严重。优化与75kg/m钢轨外形匹配的车轮踏面外形可减轻轮轨磨耗、延长轮轨的使用寿命,对重载运输有着实质的意义。根据车轮踏面及轮缘接触位置上的不同磨耗情况,可知重点优化车轮踏面的区域。本文重点优化车轮踏面名义滚动圆附近的踏面位置,即滚动圆左右-2.5mm～7.5mm的范围。在此前提下,本文提出了四种踏面外形的优化方案,分别与75kg/m钢轨进行匹配运行,分析车轮的磨耗量,从中优化出了一种理想的踏面外形。优化研究结果表明,优化后的踏面与75kg/m钢轨匹配运行时,车轮磨耗得到显著改善,同时其它各项动力学性能良好。