截止2019年底,全国铁路运营里程达到13.9万公里以上,已建成动车所66个。我国动车所线路设计标准低,岔区轨道曲线半径较小,咽喉区通过能力不足。小半径曲线上线路受列车冲击作用较大,病害频发,线路条件恶劣,养护维修困难,脱轨事故时有发生。而动车组在动车所内调车转线时的运行速度受到道岔咽喉区通行能力、调度编排、安全防控、运输经济性等多种因素的制约,另一方面,咽喉区动车组通行能力又与动车组车型及构造、线路状态、轮轨关系等多种条件有关,因此,有必要结合动车组车型对动车所咽喉区动力学行为及控制技术开展深入研究。本论文结合理论模型和现场测试,主要研究工作如下:(1)基于广州东及北京南动车所的小半径曲线和小号码道岔,采用多种类型的动车组进行了现场测试,得到了动车所咽喉区的动力学特征。结果表明,咽喉区的脱轨系数、轮轨横向力指标易接近限值,表明动车组在通过咽喉区时存在较大的轮轨横向作用和脱轨风险。此外,不同类型动车组通过咽喉区时轨道动力学行为差异显著。动车组的不同的车轮踏面廓形、车辆定位刚度会显著影响车辆通过咽喉区的动力学性能。(2)基于多体动力学理论,考虑车钩缓冲装置,建立了CRH380A型、CRH380B型、CRH5型高速动车组和25T客车的不同车型的动车组模型;基于有限元法建立了柔性轨道模型;基于车辆-轨道耦合动力学模型,考虑多点接触算法的轮轨接触关系,建立了车辆-小半径曲线/小号码道岔的空间耦合动力分析模型;基于Archard磨损理论,建立了小半径曲线钢轨磨耗预测模型。(3)基于理论分析和现场测试,对动车所小半径曲线动力学行为及其控制技术进行了研究。1)评估了高速动车组低速通过典型动车所内小半径反向曲线的安全性能,给出了不同线路不平顺条件下的最大允许通过速度;曲线半径的增大可以提升动车组小半径曲线通过的安全性能。2)基于Archard磨损理论,选取广州东和太原南动车所线路,对小半径曲线的钢轨磨耗进行预测分析,结果表明:钢轨磨耗大小的位置依次为曲线中点>曲线圆直点>曲线直圆点;累计磨耗深度由大到小依次为R200、R250、R300、R350;钢轨磨耗范围随车速增大而减小,直圆点磨耗范围最大。3)基于不同动车组类型、车轮踏面及车辆定位刚度等动车组技术参数,对小半径曲线动力学行为控制技术进行了研究。四种车辆类型的轮轨安全性、磨耗情况从小到大依次为CRH380A、25T普速客车、CRH5、CRH380B;LM和LMA型车轮踏面等效锥度最小、适应性最好;定位刚度较大时轮轨横向作用大,定位刚度差异对横向作用各项指标的影响幅度在10%以上。4)基于轨道结构对动车组通过小半径曲线的动力学行为控制技术进行了研究。采用CHN60钢轨在轨道几何状态的保持、下部结构受力上要明显优于CHN50钢轨;车辆动力性能随线路钢轨磨耗的增大会增大,曲线线路磨耗主要影响脱轨系数;钢轨润滑后,脱轨系数在曲线各个位置均要小于润滑前;而轮轨横向作用力在钢轨润滑后曲线中部位置处有较大程度的减小;在曲线中部及出曲线位置处,轨面潮湿时对轨道的横向作用要显著小于轨面干燥状态。(4)基于理论分析和现场测试,对动车所小号码道岔动力学行为及其控制技术进行了研究。1)小号码道岔在转辙器与辙叉区部分,动力学指标变化较为剧烈,在岔心位置产生突变,出现峰值。当侧向通过速度达到或接近道岔设计容许速度时,轮重减载率等指标超过或接近限值要求,说明动车组侧向通过道岔时,存在一定安全风险。2)基于不同动车组类型和车辆定位刚度动车组技术参数,对动车组侧向通过小号码道岔的动力学行为控制技术进行了理论和试验研究。通过9号和12号道岔的动力学行为、安全性情况和磨耗水平由优到差为CRH380A>CRH5>CRH380B;在导曲线中部,定位刚度较小的CRH380A型车对道岔的横向作用要显著小于CRH380B型车。3)考虑道岔结构特点,对基于道岔结构类型的动车组通过小号码道岔动力学行为控制技术进行了研究。CHN60钢轨道岔各项动力学指标均要优于CHN50钢轨道岔;相比于固定辙叉结构,采用可动心轨结构能有效降低轮轨相互作用,减小轮轨磨耗,降低脱轨风险。4)确定了道岔导曲部不平顺管理限值,当道岔区导曲部位存在复合不平顺时,其安全风险要大于水平、轨向不平顺。