随着朔黄铁路运输需求的逐年增加,空载车辆运行提速成为了提升朔黄铁路运力的有效手段。但相对于满载列车,空载车辆由于垂向力的减少,其提速后容易发生脱轨事故。脱轨研究一直都是各国轨道交通领域的重大课题,然而由于脱轨机理的复杂性,时至今日,脱轨判据还存在一些问题,脱轨事故的原因也很少真正查明。本论文利用国内外对列车脱轨研究的最新成果,通过对空载车辆的运行状态进行检测,以轮轨力为基础,结合轮轨相对位移和列车横向加速度,对脱轨的评判准则进行了研究,设计了一套符合朔黄铁路实际需求的重载铁路空载车辆脱轨预警系统,旨在提高空载车辆安全运行的速度,提升朔黄铁路运力。首先,对脱轨预警系统进行了总体及各部分系统的设计,分析了轮轨力、相对位移和列车加速度的测量方法,研究了一种间接测量轮轨横向力的方法,利用ANSYS对车轮建模,分析了横向力与车轮变形关系。其次结合现有脱轨判据提出了脱轨安全级别的分类,规定了报警级别,进行了脱轨预警系统的硬件及软件设计,并利用ADAMS对列车建模、仿真和分析,设计搭建了预警系统实验室平台,完成了预警系统检测装置的台架,最后完成了无线通信系统的实验室及现场实验。本论文的研究为进一步提高空载货车的运行速度和车辆周转效率提供理论依据,对保证华东、东南沿海地区能源供应、扩大我国煤炭出口有较大意义。