【摘 要】
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轮轨关系是影响高速列车运行安全性、平稳性及旅客乘坐舒适性的关键技术之一。2015年中国铁路总公司设立高速轮轨深化研究5年滚动资助重大项目,系统地开展高速轮轨关系研究,高速铁路轮轨型面匹配优化研究是其中的主要课题之一,依托该课题本文以CRH3型动车组存在的低锥度晃车问题为背景,探究了产生低频晃车的原因,开展了车轮型面的多目标优化设计,具体研究工作如下:(1)建立了用于计算轮轨接触点分布、等效锥度、法
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轮轨关系是影响高速列车运行安全性、平稳性及旅客乘坐舒适性的关键技术之一。2015年中国铁路总公司设立高速轮轨深化研究5年滚动资助重大项目,系统地开展高速轮轨关系研究,高速铁路轮轨型面匹配优化研究是其中的主要课题之一,依托该课题本文以CRH3型动车组存在的低锥度晃车问题为背景,探究了产生低频晃车的原因,开展了车轮型面的多目标优化设计,具体研究工作如下:（1）建立了用于计算轮轨接触点分布、等效锥度、法向接触应力的轮轨接触计算模型;依据CRH3型动车组动力学参数,建立了具有50个自由度的拖车多刚体车辆动力学模型,模型的非线性临界速度大于400km/h。（2）通过对车轮型面的跟踪测试,统计分析得到车轮型面的磨耗演变规律及磨耗对轮轨接触和车辆动力学性能的影响情况。结果表明20万公里镟修周期内平均磨耗深度为0.64mm,等效锥度由新轮0.103增加至20万公里0.172,最大法向接触应力不断增大,新轮临界速度为686km/h,20万公里时临界速度为563km/h,降幅17.9%,型面磨耗对车辆平稳性及轮轨磨耗性能影响明显,对曲线通过性能指标影响较小。（3）结合实测晃车区段钢轨过打磨廓形探究了CRH3型动车组产生晃车的原因。晃车问题一般发生在车轮镟修不久、装配T70抗蛇行减振器的CRH3型动车组上,晃车区段的钢轨型面存在负偏差,对应的轮轨匹配等效锥度较低,小于0.08。晃车发生时车体存在1～2Hz的低频晃动,横向平稳性指标超过2.5,车体振动特性表现为侧滚和摇头的耦合振动。（4）采用圆弧、直线的方式描述车轮型面设计区段,重点分析了6个圆弧参数(R5,R6,x R6,R7,x R7,R8)与轮轨接触和车辆动力学的关联性。结果表明R5和R8对轮轨接触和车辆动力学性能影响较小,R6和x R6对曲线通过性能指标有明显的影响,R7和x R7对轮轨接触和直线运行性能影响较大,型面优化设计时应将R6,x R6,R7,x R7作为重点优化设计参数。（5）基于多目标优化理论建立了车轮型面多目标优化数学模型,利用Isight进行试验设计和RBF代理模型构造,使用NSGA-Ⅱ算法进行求解寻优,得到优化型面Opt。先从轮轨接触和车辆动力学性能两个方面对Opt和LMB进行了对比验证,然后在UM中建立了磨耗预测模型,又对Opt与LMB进行了20万公里磨耗预测的对比验证,利用仿真手段初步验证了车轮型面的优化效果。图108幅,表19个,参考文献95篇
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